Sprievodca zariadením na testovanie PV modulov a testovania odolnosti voči životnému prostrediu

Úloha environmentálneho testovania pri kvalifikácii fotovoltických modulov

A Skúšobná komora FV modulov je presná klimatizačná skriňa navrhnutá tak, aby simulovala celý rad environmentálnych záťaží, ktorým solárne panely čelia počas svojej menovitej životnosti – zvyčajne 25 až 30 rokov vystavenia vonkajšiemu prostrediu. Stlačením desaťročí degradácie v reálnom svete do kontrolovaných laboratórnych cyklov tieto komory umožňujú výrobcom, certifikačným orgánom a výskumným inštitúciám identifikovať režimy zlyhania predtým, ako moduly vstúpia do poľa.

Zariadenia na testovanie environmentálnej odolnosti fotovoltaiky musia spĺňať náročnejšie požiadavky na výkon ako štandardné priemyselné klimatické komory. Fotovoltaické moduly kombinujú rozdielne materiály – tvrdené sklo, zapuzdrenie, pokovovanie buniek, zadné fólie a spojovacie boxy – každý s rôznymi koeficientmi tepelnej rozťažnosti a absorpčným správaním vlhkosti. Zrýchlené testy starnutia musia súčasne namáhať všetky rozhrania materiálov na vytvorenie údajov o poruchách, ktoré spoľahlivo korelujú s mierou degradácie poľa.

Základné testovacie štandardy upravujúce testovacie komory fotovoltických modulov

Medzinárodné kvalifikačné štandardy pre kryštalický kremík a tenkovrstvové fotovoltické moduly definujú špecifické environmentálne sekvencie, ktoré musia testovacie komory replikovať. Súlad s týmito normami je nevyhnutným predpokladom pre prístup na trh na väčšine veľkých solárnych trhov.

• IEC 61215 — Primárny kvalifikačný štandard pre pozemné fotovoltaické moduly, pokrývajúci tepelné cyklovanie (TC200: 200 cyklov od -40 °C do 85 °C), vlhké teplo (DH1000: 1 000 hodín pri 85 °C/85 % relatívnej vlhkosti), mrazenie vlhkosti a predprípravu UV. Komory používané na testovanie podľa IEC 61215 musia dosahovať rýchlosti prechodu teploty ≥100 °C/hod a regulácia relatívnej vlhkosti v rozmedzí ±2 % nastavenej hodnoty.
• IEC 61730 — Modulová bezpečnostná norma, ktorá prebieha súbežne s IEC 61215 a zahŕňa dodatočné testy elektrickej izolácie pri teplotnom a vlhkostnom namáhaní.
• IEC 62782 — Skúšky cyklického dynamického mechanického zaťaženia vyžadujúce komory alebo skúšobné prípravky schopné aplikovať tlakové rozdiely ± 1 000 Pa pri súčasnom riadení teploty a vlhkosti.
• UL 61730 — Severoamerický bezpečnostný štandard, úzko zosúladený s IEC 61730, ale s ďalšími požiadavkami na použitie na trhoch v USA a Kanade.
• IEC 61701 — Testovanie korózie v soľnej hmle pre moduly nasadené v pobrežnom a morskom prostredí, ktoré si vyžaduje špecializované komory so soľnou hmlou schopné nepretržitej tvorby aerosólu pri kontrolovanej koncentrácii a rýchlosti sedimentácie.

Nad rámec základnej kvalifikácie, rozšírené protokoly stresového testovania ako napr IEC TS 62804 (potenciálne vyvolaná degradácia) a IEC TS 63126 (vysokoteplotné testovanie pre moduly nad 70 °C) sú stále viac vyžadované vývojármi projektov na úrovni verejných služieb a finančnými inštitúciami, ktorí vykonávajú nezávislú technickú due diligence.

Typy testovacích komôr fotovoltických modulov a zariadení na ochranu životného prostredia

Kompletné kvalifikačné laboratórium fotovoltických modulov zvyčajne vyžaduje niekoľko rôznych typov komôr, z ktorých každá je optimalizovaná pre špecifickú triedu environmentálneho stresu.

Kombinované komory: Tepelné cyklovanie s elektrickým zaťažením

Pokročilé PV testovacie laboratóriá čoraz viac špecifikujú elektricky predpäté komory tepelného cyklu , ktoré privádzajú kontrolovaný prúd alebo napätie na testovaný modul počas celého teplotného cyklu. Prevádzkové moduly na Isc alebo Voc počas tepelných výkyvov namáhajú vzájomné prepojenia článkov, spájkované spoje a obtokové diódy za podmienok, ktoré viac kopírujú skutočnú prevádzku v teréne ako nezaujaté cyklovanie. Tieto systémy vyžadujú integrované napájacie prípojnice, priechodné konektory dimenzované na plný rozsah vlhkosti komory a kanály na zber údajov schopné zaznamenávať charakteristiky modulu IV pri každej teplotnej úrovni.

Kritické technické špecifikácie pre výber PV testovacej komory

Výber testovacej komory fotovoltických modulov vyžaduje vyhodnotenie špecifikácií, ktoré presahujú rozsahy teploty a vlhkosti uvedené na produktovom liste. Nasledujúce parametre majú najväčší vplyv na presnosť testu, priepustnosť a dlhodobé prevádzkové náklady:

• Využiteľné vnútorné rozmery — Štandardné moduly plnej veľkosti merajú až 2 278 × 1 134 mm (pre 72-článkové formáty) a veľkoformátové moduly novej generácie presahujú 2 400 × 1 300 mm. Uistite sa, že vnútorný pracovný priestor komory obsahuje najväčší formát modulu v testovacom programe s minimálnou vzdialenosťou 100 mm na všetkých stranách pre prúdenie vzduchu.
• Rovnomernosť teploty — IEC 61215 vyžaduje, aby všetky body na povrchu modulu zostali vnútri ±2°C nastavenej teploty počas fázy namáčania. Komory, ktoré spĺňajú túto špecifikáciu, vyžadujú starostlivo navrhnuté prepážky na prúdenie vzduchu a viacero snímačov teploty rozmiestnených po pracovnom objeme.
• Nábehová rýchlosť a kapacita kompresora — Minimálna rýchlosť nábehu 100 °C/h pre tepelné cyklovanie je dosiahnuteľná s väčšinou moderných komôr, ale trvalé rýchlosti nábehu 150–200 °C/h podstatne skrátiť čas cyklu, zvýšiť ročnú priepustnosť testov. To si vyžaduje predimenzované chladiace kompresory a vysokokapacitné elektrické ohrievače, čo zvyšuje investičné náklady aj prevádzkovú spotrebu energie.
• Kapacita generátora vlhkosti a stabilita riadenia — Testy vlhkého tepla pri 85°C/85% RH kladú vysoké požiadavky na systémy vstrekovania vlhkosti a kondenzácie v komore. Prekročenie vlhkosti počas fázy nábehu môže spôsobiť predčasnú kondenzáciu na povrchoch modulov, čo môže spôsobiť testovacie artefakty. Špecifikujte komory s doby odozvy regulácie RH s uzavretou slučkou ≤30 sekúnd .
• Elektrické priechodky a integrácia monitorovania — Na testovanie s odchýlkou a sledovanie krivky in-situ IV musí komora poskytovať viackolíkové priepustné konektory s prúdovými menovitými hodnotami zodpovedajúcimi ISC modulu (zvyčajne 10–20 A na reťazec) a napäťovou izoláciou najmenej 1 500 V DC.
• Bezpečnostné systémy — Komory používané na testovanie s elektrickým predpätím vyžadujú ochranu pred elektrickým oblúkom, detekciu uzemnenia a blokovanie núdzového vypnutia v súlade s požiadavkami na bezpečnosť laboratórnych zariadení IEC 61010-1.

Kontrolný zoznam zdrojov a kvalifikácie pre zariadenia na testovanie environmentálnej odolnosti

Obstaranie testovacích komôr FV modulov predstavuje významnú kapitálovú investíciu – jednotlivé komory sa pohybujú od 30 000 USD za základné jednotky vlhkého tepla po viac ako 300 000 USD za veľkoformátové multi-stress systémy . Náležitá starostlivosť vo fáze získavania zdrojov podstatne znižuje riziko získania zariadenia, ktoré nemôže podporovať akreditáciu alebo produkuje nekorelujúce údaje zo skúšok.

• Akceptácia akreditačným orgánom — Potvrďte, že model komory a riadiaci softvér boli prijaté laboratóriami akreditovanými podľa ISO/IEC 17025 na testovanie podľa IEC 61215. Niektoré certifikačné orgány vedú zoznamy schválených zariadení; pred nákupom overte.
• Následnosť kalibrácie — Snímače teploty a vlhkosti musia byť kalibrované podľa národných metrologických noriem (NIST, PTB alebo ekvivalentných) s kalibračnými certifikátmi, ktoré možno odvodiť od jednotiek SI. Vyžiadajte si kalibračnú dokumentáciu pre všetky snímače ako súčasť balíka akceptačných testov z výroby (FAT).
• Možnosť zaznamenávania a exportovania údajov — Skúšobné protokoly IEC 61215 vyžadujú nepretržité zaznamenávanie teploty a vlhkosti v komore počas každej skúšobnej sekvencie. Potvrďte, že riadiaci softvér exportuje údaje vo formáte kompatibilnom s laboratórnym systémom LIMS (laboratórny informačný systém).
• Prístup k údržbe a náhradné diely — Údržba kompresora, čistenie generátora vlhkosti a výmena tesnenia dverí sú bežné položky údržby. Vyhodnoťte pokrytie servisnej siete dodávateľa v regióne nasadenia zariadenia a potvrďte dodaciu lehotu dostupnosti náhradných dielov predtým, než sa zaviažete k nákupu.
• Spotreba energie a prevádzkové náklady — Vlhká tepelná komora beží nepretržite pri 85 °C/85 % relatívnej vlhkosti 8-15 kWh za hodinu v závislosti od objemu komory a kvality izolácie. Počas 1000-hodinového testu DH to predstavuje významný rozdiel v prevádzkových nákladoch medzi dobre izolovanými a zle izolovanými konštrukciami komôr.

Najspoľahlivejšou metódou overenia, či dodané zariadenie bude spĺňať výkonnostné špecifikácie požadované pre akreditované kvalifikačné testovanie fotovoltických modulov, je vyžiadanie si svedka továrenského akceptačného testu v zariadení výrobcu – kde komora prechádza kompletným tepelným cyklom IEC 61215 a sekvenciou vlhkého tepla s kalibrovanými referenčnými snímačmi.