Тесты надёжности PV-модулей: полный список, что именно ломает каждый из них и что можно проводить собственными силами
Содержание
Испытания надёжности фотоэлектрических модулей сводятся к фиксированному перечню ускоренных испытаний, каждое из которых предназначено для разрушения определённой части модуля, и каждое из них оценивается по одним и тем же четырём измерениям: мощность по IV, электролюминесценция, визуальный осмотр и сопротивление изоляции. IEC 61215 задаёт базовый уровень квалификации; требования заказчиков и сторонние программы, такие как PVEL, добавляют к нему более высокую жёсткость. Ниже приведён полный перечень испытаний, что каждое испытание на самом деле пытается разрушить и какая сторона модуля — ячейка или ламинат — обычно отказывает первой.
Прочтите это первым: сокращения не являются стандартными
Перед таблицами — одно предупреждение, которое избавляет от большой путаницы на закупочных совещаниях. Отраслевые сокращения для этих испытаний используются непоследовательно, и некоторые из них противоречат стандарту, на который они якобы ссылаются.
IEC 61215-2 нумерует свои процедуры как пункты MQT. Соответствующие из них:
| Процедура IEC 61215-2 | Номер MQT |
|---|---|
| Испытание на стойкость к горячим точкам | MQT 09 |
| Испытание термоциклированием | MQT 11 |
| Испытание на влагостойкость при замораживании | MQT 12 |
| Испытание на влажное тепло | MQT 13 |
| Испытание на ток утечки во влажном состоянии | MQT 15 |
| Испытание механической нагрузкой | MQT 16 |
| Испытание градом | MQT 17 |
| Тепловое испытание байпасного диода | MQT 18 |
Теперь сравните это с тем, как те же испытания обычно записываются в коммерческих предложениях и внутренних отчётах:
- HF обычно используется для обозначения града. В IEC 61215 HF — это цикл влагостойкости при замораживании (MQT 12). Удар града — это MQT 17, и он не имеет обозначения HF.
- DH иногда используется для обозначения влажного тепла с этапом замораживания. Влажное тепло — это MQT 13; этап замораживания — это отдельное испытание на влагостойкость при замораживании (MQT 12).
- HS используется как для горячей точки и так и длявыдержки во влажной среде
, причём выдержка во влажной среде вообще не является названием процедуры IEC 61215 — процедура влажного тепла в стандарте — это DH. Всё это не педантизм. Если в вашей спецификации испытаний указано HF, и ваш поставщик читает это как влагостойкость при замораживании, а ваш заказчик читает это как град, вы обнаружите разницу в отчёте о квалификации, а не в коммерческом предложении.
Пишите номер MQT, а не сокращение.
| Квалификационные испытания | Испытание | Что оно имитирует | Типичная жёсткость |
|---|---|---|---|
| Ссылка на IEC | Термоциклирование (TC) | Суточные и сезонные колебания температуры | MQT 11 |
| −40 °C до +85 °C; 200 циклов для квалификации, 50 для отбраковки | Влагостойкость при замораживании (HF) | Замораживание-оттаивание при наличии влаги | MQT 12 |
| Циклическое, с фазой замораживания после воздействия влаги | Влажное тепло (DH) | Жаркий влажный прибрежный или тропический климат | MQT 13 |
| 85 °C / 85 %RH в течение 1 000 ч; заказчики часто продлевают до 2 000 ч | Стойкость к горячим точкам | Частичное затенение, переводящее ячейку в обратное смещение | MQT 09 |
| Одна ячейка частично затенена при 1 солнце в течение 5 ч | Удар града | Механическое воздействие льда | MQT 17 |
| Заданные масса и скорость ледяного шара в определённых точках удара | Механическая нагрузка | Давление ветра и снега на ламинат | MQT 16 |
| Равномерная нагрузка, обычно 2 400 Па или выше, спереди и сзади | УФ-предкондиционирование | Годы воздействия ультрафиолета | Заданная доза УФ, спереди и сзади для двусторонних модулей |
| IEC 61215-2 | Ток утечки во влажном состоянии | Целостность изоляции во влажных условиях | MQT 15 |
| Сопротивление изоляции измеряется при увлажнённом модуле | Тепловое испытание байпасного диода | Нагрев диода при длительном токе байпаса | MQT 18 |
Принудительный ток через диод с контролем температуры Два момента в этом перечне стоит сказать прямо. TC50 — это отбраковочное испытание для внутренней разработки; TC200 — это то, что требуется для квалификации.
А DH1000 — это базовый уровень квалификации — заказчик, запрашивающий DH2000, запрашивает удвоенное воздействие, что является реальным инженерным различием, а не бумажной формальностью.
Расширенные и рыночно-специфичные испытания
| Квалификационные испытания | Это не квалификационные требования IEC 61215. Они исходят от сторонних программ, спецификаций заказчиков или рынка назначения, и именно в них фактически заключается множество тендерных требований. | Почему это запрашивается |
|---|---|---|
| Примечание | PID, увеличенная длительность | Высоковольтная нагрузка системы, миграция ионов натрия |
| Сторонние программы обычно проводят 192 ч при 85 °C / 85 %RH с приложением −1 000 В или −1 500 В против более короткой длительности по стандарту. Часто требуется в тендерах коммунального масштаба | Влажное тепло, увеличенная длительность | Удвоенное квалификационное воздействие |
| Коррозия под воздействием соляного тумана | Прибрежные и морские установки | IEC 61701 — поражает металлизацию, рамы и межсоединения |
| Аммиачная коррозия | Сельскохозяйственные объекты и объекты рядом с животноводством | IEC 62716 — поражает металлизацию, инкапсулянт и раму |
| Песок и пыль | Пустынные и засушливые районы | Абразивный износ просветляющего покрытия и стекла, а также накопление |
| Снеговая нагрузка | Длительная статическая нагрузка, не циклическая | Длительный статический прогиб, а не повторяющееся циклическое воздействие |
| Погружение | Применения в зонах риска затопления и на плавучих платформах | Полный отказ герметизации является видом отказа |
| Импульс / перенапряжение | Переходные процессы, вызванные молнией | Защита соединительной коробки и изоляционные расстояния |
Что на самом деле выходит из строя: сторона ячейки против стороны модуля
Это самая важная часть в производстве, потому что она показывает, указывает ли отказ на вашего поставщика ячеек или на вашу собственную линию ламинации и сборки. Таблица ниже объединяет причины отказов, о которых сообщается в китайской отраслевой компиляции этих испытаний, реорганизованные по испытаниям.
| Квалификационные испытания | Причины со стороны ячейки | Причины со стороны модуля |
|---|---|---|
| Светоиндуцированная деградация (LID) | Бор-кислородные комплексы, активируемые светом в легированном бором кремнии; высокое содержание кислорода; спекание и отжиг вне окна; металлическое загрязнение в пластине | Температуры ламинации и отверждения, изменяющие отожжённое состояние ячейки; неблагоприятная водородная среда внутри ламината, ускоряющая активацию дефектов |
| LeTID, поздняя стадия деградации | Распределение водорода внутри пластины; дрейф параметров спекания и отжига; углеродное и металлическое загрязнение | Разложение инкапсулянта, поставляющее дополнительный водород; длительная высокая рабочая температура, ускоряющая реакцию |
| PID | Слои пассивации с плохой плотностью или содержащие точечные отверстия; неполная краевая изоляция, вызывающая краевую утечку; недостаточное сопротивление изоляции пассивации | Высвобождение натрия из натрий-кальциевого стекла; низкое удельное объёмное сопротивление инкапсулянта; отказ краевого уплотнения, допускающий проникновение влаги; недостаточное заземление рамы |
| Влажное тепло | Слабая краевая пассивация; металлизация, подверженная коррозии; недостаточная краевая изоляция | Плохой влагобарьер заднего листа; отказ краевого герметика; гидролиз инкапсулянта с образованием уксусной кислоты; пустоты, оставшиеся из-за неполной ламинации |
| Горячая точка | Высокий обратный ток утечки; загрязнение или локальные области низкого тока; разорванные пальцы и микротрещины, создающие несоответствие токов | Несоответствие токов внутри строки; неправильный выбор обходного диода или холодная пайка; длительное внешнее затенение или загрязнение |
| Микротрещины (обнаруживаются методом EL) | Хрупкость тонкой пластины; остаточное напряжение от печати и спекания; повреждения при обращении во время резки, сортировки и транспортировки | Неравномерное давление ламинации; растягивающее напряжение от пайки ленты; напряжение при обрамлении, обращении и механической нагрузке; напряжение при охлаждении после ламинации |
| УФ-деградация | Просветляющее покрытие с недостаточной УФ-стабильностью; сдвиг показателя преломления, повышающий оптическое поглощение | Недостаточный УФ-стабилизатор в инкапсулянте или заднем листе; пожелтение, снижающее пропускание; растрескивание заднего листа, пропускающее влагу |
| Термоциклирование | Остаточное напряжение в ячейке; несоответствие теплового расширения между металлизацией и кремнием | Несоответствие расширения между лентой, ячейкой, стеклом и инкапсулянтом; холодные паяные соединения, концентрирующие напряжение; остаточное напряжение ламинации |
| Одна ячейка частично затенена при 1 солнце в течение 5 ч | Тонкая пластина с низкой ударной вязкостью; микротрещины, уже присутствующие при поступлении; остаточное технологическое напряжение | Недостаточная толщина стекла или плохая закалка; инкапсулянт слишком твёрдый или слишком тонкий, чтобы поглощать энергию; слабая поддержка рамы; неподходящее расстояние между ячейками |
| Заданные масса и скорость ледяного шара в определённых точках удара | Уже существующие микротрещины; низкая прочность пластины при прогибе | Недостаточная прочность или склеивание рамы; плохой дизайн расстояния между ячейками; недостаточная жёсткость заднего листа; внутреннее напряжение ламинации |
| Соляной туман | Серебряные и серебряно-алюминиевые пальцы, уязвимые для атаки хлоридов; слабая краевая защита; низкая плотность спечённой пасты | Повреждённое анодирование рамы; отказ герметизации рамы или заднего листа; дефекты герметизации соединительной коробки; коррозия покрытия ленты |
| Аммиак | Деградация металлизации и пассивации под воздействием аммиака и влаги | Проницаемость инкапсулянта и заднего листа; реакция рамы и материалов; ускоренный гидролиз |
| Влагостойкость и изоляция | Неполная краевая изоляция; недостаточная краевая изоляция; заусенцы и острые кромки, вызывающие частичный разряд | Недостаточные или поражённые точечными отверстиями изоляционные слои; чрезмерное сопротивление заземления рамы; недостаточное расстояние утечки в соединительной коробке |
| Отслаивание и адгезия | Низкая поверхностная энергия покрытия ячейки, дающая слабую адгезию инкапсулянта | Температура, время или давление ламинации ниже целевых; плохая подготовка поверхности стекла или заднего листа; несоответствие состава инкапсулянта |
Прочитайте две колонки, и разделение последовательно: колонка ячейки касается качества материала и термической истории; колонка модуля касается интерфейсов, герметизации, напряжения и технологического окна. Именно это практическое диагностическое правило и кодирует данная таблица.
Что вы можете тестировать внутри предприятия, а что нет
Большинство заводов рассматривают испытания на надёжность как то, что происходит в лаборатории. На практике разделение иное, и понимание того, где проходит граница, меняет то, насколько быстро вы можете реагировать на отказ.
Испытания, требующие камеры или лаборатории
Термоциклирование, влаго-морозильное испытание, влажное тепло, PID, соляной туман, аммиак и УФ-предварительная обработка — все они требуют климатических камер с калиброванным контролем и длительным временем работы без присмотра. Никто не проводит их как ежедневную производственную проверку.
Испытания, которые вы можете и должны проводить на линии
Результаты измерений — те четыре, по которым оценивается каждый из приведённых выше тестов — все пригодны для производства:
- IV-мощность и электрические характеристики. Симулятор класса A+A+A+ и IV-тестер дают вам измерение мощности, относительно которого выражается каждый результат теста. Наши IV-тестер модулей XJCM-13A+, солнечный симулятор OTMT-A и IV-тестер ST-TLD3A+ созданы для встроенного или автономного использования на производственных скоростях.
- Электролюминесценция. Именно так фактически обнаруживаются микроТрещины, разорванные пальцы, неактивные области и ячейки, поражённые PID. Встроенная EL- и VI-инспекция, отдельная EL-станция для модулей, такая как OEL-S2400, и портативное устройство для полевой или входной инспекции — это три разные задачи. Портативный EL-тестер — это то, что вы используете для проверки входящих ячеек и возвращённых модулей, не останавливая линию.
- Изоляция, hipot и непрерывность заземления. Это показатели безопасности, и они достаточно быстры для проверки каждого модуля. Комплексный тестер безопасности CHT9980A охватывает hipot, изоляцию и непрерывность заземления в одной станции; CHT9951A и CHT9930A охватывает отдельные функции.
- Визуальный осмотр. Всё ещё обязательный результат измерений и всё ещё самый дешёвый.
Где внутреннее тестирование действительно окупается
Две ситуации. Во-первых, когда клиент возвращает модули или партия не проходит на месте назначения: наличие собственных возможностей EL и IV означает, что вы можете охарактеризовать отказ за часы, а не отправлять образцы и ждать. Во-вторых, когда вы меняете материал — новый инкапсулянт, более тонкую пластину, другую шину — сравнение IV и EL до и после на вашей собственной линии выявляет связанные с процессом виды отказов (пустоты ламинации, напряжение пайки, трещины при обращении) задолго до того, как это сделает камерный тест.
Чего внутреннее тестирование не может — так это заменить камерные тесты. Оно может сказать вам, что что-то изменилось; оно не может сказать, как модуль ведёт себя после 1 000 часов при 85 °C и 85 %RH.
Как читать отчёт о надёжности
Какой бы тест ни был задействован, отчёт имеет смысл только если он отвечает на эти вопросы:
- Какая процедура и какая редакция? Номер MQT и год стандарта. IEC 61215-2 был пересмотрен; результаты не взаимозаменяемы между редакциями.
- Какими были четыре результата измерений до и после? IV-мощность, EL, визуальный осмотр, сопротивление изоляции. Прохождение только по мощности может скрыть изменение EL, которое предсказывает полевой отказ.
- Каков был критерий прохождения и кто его установил? Критерий стандарта и критерий заказчика обычно различаются. Пределы деградации мощности в 5 % распространены, но не универсальны.
- Сколько образцов, из какого производственного периода? Результат по трём модулям, изготовленным за один день, — это выборка за тот день.
- Каков был отказ, если он был, и на какую сторону стола он попал? Здесь и становится полезным разделение ячейка-против-модуля, приведённое выше: оно говорит вам, кто должен действовать.
Часто задаваемые вопросы
Является ли IEC 61215 стандартом надёжности или стандартом безопасности?
IEC 61215 — это квалификация конструкции и утверждение типа — он устанавливает, что конструкция может выдержать перечисленные нагрузки. Безопасность — это IEC 61730. Модулю нужно и то, и другое, и прохождение одного ничего не говорит о другом.
В чём разница между TC50 и TC200?
Только в количестве циклов, но цель различается. TC50 — это тест для разработки и отбора, используемый для быстрого выявления очевидных проблем с материалом и пайкой. TC200 — это квалификационное требование по IEC 61215. Прохождение TC50 не подразумевает прохождения TC200.
Почему заказчики запрашивают PID на 192 часах, когда стандарт короче?
Потому что стандартная продолжительность была установлена как квалификационный минимум, а покупатели коммунального масштаба видели полевые отказы PID, которые тест на уровне минимума не предсказал. Расширенный PID, обычно при высоком напряжении и 85 °C / 85 %RH, — это требование программы заказчика или третьей стороны, а не требование IEC.
Имеет ли значение LID для N-типовых модулей?
Бор-кислородный LID — это в первую очередь проблема легированного бором P-типа. N-типовые ячейки, такие как TOPCon и гетеропереходные, в значительной степени от него свободны, что является одной из причин, по которой отрасль перешла на них. Механизм деградации, за которым нужно следить на N-типе, — это LeTID, где потери обусловлены поведением водорода, а не бор-кислородными комплексами.
Можем ли мы квалифицировать модуль без камеры?
Нет. Камерные тесты и есть квалификация. Что вы можете сделать без камеры — это рано выявить вызванные процессом виды отказов с помощью EL и IV и избежать отгрузки модулей, которые не пройдут камерный тест, который собирается провести ваш заказчик.
Откуда взято содержание о причинах отказов в этой статье?
Сводный список тестов и причины отказов на стороне ячейки и на стороне модуля взяты из китайской отраслевой компиляции, опубликованной 新能供应链, с обозначениями стандартов, исправленными по списку процедур IEC 61215-2. Приведённые здесь показатели серьёзности и критерии прохождения — это типичные отраслевые значения, а не замена тексту стандарта или спецификации вашего заказчика. Там, где источник и стандарт расходились в сокращениях, мы следовали стандарту и указали это выше.
