光伏組件擴(kuò)展熱循環(huán) 試驗(yàn)程序 征求意見稿

GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019光伏組件擴(kuò)展熱循環(huán)試驗(yàn)程序本文件定義了一種基于IEC61215-2熱循環(huán)測(cè)試的擴(kuò)展測(cè)試序列，該測(cè)試序列用于區(qū)分熱循環(huán)耐久性更高的光伏組件，以及評(píng)估安裝在易受熱循環(huán)應(yīng)力影響區(qū)域的組件的性能1。同時(shí)，本文件規(guī)定了通過提高循環(huán)最高溫度和（或）增加測(cè)試組件數(shù)量以減少總測(cè)試時(shí)間的做法。本文件適用于前板采用玻璃封裝的晶體硅光伏組件。非玻璃封裝的柔性組件因其受力方式與玻璃封裝組件不同，因此，文中使用的等效系數(shù)不適用于該類組件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。IEC61215-1:2016地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第1部分：測(cè)試要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1:Testrequirements）IEC61215-1-1地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第1-1部分：晶硅光伏組件測(cè)試特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-1:Specialrequirementsfortestingofcrystallinesiliconterrestrialphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-2地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第1-2部分：碲化鎘薄膜組件測(cè)試特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-2:Specialrequirementsfortestingofthin-filmCadmiumTelluride(CdTe)basedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-3地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第1-3部分：非晶硅薄膜組件測(cè)試特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-3:Specialrequirementsfortestingofthin-filmamorphoussiliconbasedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-4地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第1-4部分：銅銦鎵硒薄膜組件測(cè)試特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-4:Specialrequirementsfortestingofthin-filmCu(InGA)(SSe)2basedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-2:2016地面光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型第2部分：測(cè)試程序（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart2:Testprocedures）IEC61730-1地面光伏組件安全鑒定第1部分：結(jié)構(gòu)要求（Photovoltaic(PV)modulesafetyqualificationPart2:Requirementsforconstruction）注：GB/T20047.1—2006光伏(PV)組件安全鑒定第1部分：結(jié)構(gòu)要求（IEC61730-1:2004，IDT）IEC61730-2地面光伏組件安全鑒定第2部分：測(cè)試要求（Photovoltaic(PV)modulesafetyqualificationPart2:Requirementsfortesting）IECTS61836太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語、定義和符號(hào)（SolarphotovoltaicenergysystemsTerms-definitionsandsymbols）IECTS62915光伏組件定型、設(shè)計(jì)和安全鑒定重測(cè)（Photovoltaic(PV)modulesTypeapprovaldesignandsafetyqualification-Retesting）IECTS62941:2016地面光伏組件光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型質(zhì)量控制導(dǎo)則（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesGuidelineforincreasedconfidenceinPVmoduledesignqualificationandtypeapproval）1附錄B中提供了指導(dǎo)，以評(píng)估在目標(biāo)部署地點(diǎn)是否有必要進(jìn)行該測(cè)試。12GB/TXXXX—202X/IEC62892:20193術(shù)語和定義IECTS61836界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1等效循環(huán)次數(shù)equivalentcycles造成與焊料疲勞損傷程度相同的熱循環(huán)次數(shù)。4樣品用于測(cè)試的組件應(yīng)隨機(jī)從一個(gè)或多個(gè)已通過IEC61215、IEC61730-1和IEC61730-2認(rèn)證的組件生產(chǎn)批次中選取。這些組件應(yīng)由符合相應(yīng)圖紙和工藝要求規(guī)定的材料和零部件所制造。并通過制造商的常規(guī)檢測(cè)、質(zhì)量控制及產(chǎn)品驗(yàn)收程序。組件各部分應(yīng)完整，并附帶制造商的貯運(yùn)、安裝和連接等說明。用于測(cè)試的組件數(shù)量與要求的循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系如表1和附錄A所示。至少需要3塊組件進(jìn)行測(cè)試，其中2塊用于實(shí)際測(cè)試，1塊作為參考組件。由于這些測(cè)試是針對(duì)量產(chǎn)組件的加速應(yīng)力測(cè)試而設(shè)計(jì)的，因此不允許使用工程試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試。5標(biāo)志和文檔要求每個(gè)被測(cè)組件應(yīng)包含IEC61215-1中定義的清晰且不可擦除的標(biāo)識(shí)。還應(yīng)提供通過了IEC61215-1要求的文件和符合IECTS62941:2016第4章要求的文件，供測(cè)試機(jī)構(gòu)檢查并確定質(zhì)量管理體系的充分性。6變更如果材料的選擇、零部件或制造工藝發(fā)生的變更需要進(jìn)行IECTS62915中規(guī)定的200次熱循環(huán)的重測(cè)判定，那么在本文件中也應(yīng)進(jìn)行重新測(cè)試。7試驗(yàn)程序7.1初始測(cè)試a)按照IEC61215-2MQT01進(jìn)行外觀檢查；b)按照IEC61215-2MQT02進(jìn)行最大功率確定；c)按照IEC61215-2MQT03進(jìn)行絕緣試驗(yàn)；d)按照IEC61215-2MQT15進(jìn)行濕漏電流試驗(yàn)。7.2熱循環(huán)試驗(yàn)熱循環(huán)試驗(yàn)的目的是確定組件承受因溫度快速、不均勻或重復(fù)變化而引起的熱失配、熱疲勞和其它應(yīng)力的能力。7.2.2裝置依照IEC61215-2:20164.11.2的要求。7.2.3程序依照IEC61215-2:20164.11.3，并做以下修改：a)根據(jù)表1所示，可將循環(huán)的最高溫度（TMAX）提高到85℃以上，以減少要求的循環(huán)次數(shù)。TMAX由測(cè)試申請(qǐng)方指定并記錄在測(cè)試報(bào)告中。3GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019b)為了測(cè)量組件的電路連續(xù)性，在熱循環(huán)測(cè)試升溫階段（溫度從-40℃到TMAX-5℃),連續(xù)電流應(yīng)設(shè)置為IEC61215-2中規(guī)定的電流。在降溫階段、-40℃保持階段以及溫度TMAX-5℃以上階段，應(yīng)將連續(xù)電流降低到不超過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（STC）最大功率點(diǎn)電流的1.0%。c)循環(huán)次數(shù)如表1所示。當(dāng)測(cè)試組件數(shù)量超過10塊或測(cè)試溫度TMAX-85℃>25℃時(shí)，要求的熱循環(huán)次數(shù)的計(jì)算可參考附錄A。表1要求的熱循環(huán)次數(shù)TMAX-85℃測(cè)試組件數(shù)量234567890731683651627609593580569559171166563461159257756555454426936476175945775625505395303674630601579562547535525516465761458556454753352151150256405985705495335195084984896623583555535519506495485477760856854152150649348247346585925535285084934814704614539577539514495481468458449441563526501483469457447438430549513489471457445436427420535500477459446434425417409522488465448435424414406399509476454437424413404396390497465443427414403394387380485453432416404394385378371473443422406394384376368362462432412397385375367360353451422402387376366358351345204414123933783673583503433372143040238336935834934233532922420393375361350341334327321234113843663533423333263203142440137535834433432631931230725392367349337327318311305300注：表1中要求的循環(huán)次數(shù)是基于焊料熱疲勞的Coffin-Manson經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式以及95%組件測(cè)試樣品通過500次熱循環(huán)等效應(yīng)力測(cè)試的單參數(shù)威布爾分布的分析得出[1,2]。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系適用于鉛錫焊帶和無鉛有限元模擬結(jié)果說明了這種關(guān)系可以保守估計(jì)等效性。這些模擬結(jié)果顯示，高溫下封裝材料的軟化會(huì)加速焊7.3最終測(cè)試a)按照IEC61215-2MQT01進(jìn)行外觀檢查；b)按照IEC61215-2MQT02進(jìn)行最大功率確定；c)按照IEC61215-2MQT03進(jìn)行絕緣試驗(yàn)；d)按照IEC61215-2MQT15進(jìn)行濕漏電流試驗(yàn)；e)按照IEC61215-2MQT18.2進(jìn)行旁路二極管功能試驗(yàn)。在執(zhí)行IEC61215-2的測(cè)試時(shí)，同時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)（IEC61215-1-1、IEC61215-1-2、IEC61215-1-3和IEC61215-1-4）對(duì)不同技術(shù)的特殊要求。7.4要求應(yīng)滿足下列要求：——測(cè)試過程中無電流中斷現(xiàn)象；——無IEC61215-1第7章規(guī)定的嚴(yán)重外觀缺陷；2方括號(hào)中數(shù)字為參考文獻(xiàn)4GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019——最大輸出功率的衰減不超過試驗(yàn)前測(cè)試值的5%；——絕緣電阻應(yīng)滿足初始測(cè)試同樣的要求；——所有旁路二極管的功能正常。8報(bào)告測(cè)試完成后，測(cè)試機(jī)構(gòu)應(yīng)編寫一份測(cè)試報(bào)告，包括測(cè)量的性能特征、任何故障和重新測(cè)試的詳細(xì)情況。報(bào)告也應(yīng)包含組件的詳細(xì)說明。每一份檢測(cè)報(bào)告至少應(yīng)包括以下信息：a)標(biāo)題；b)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的名稱和地址以及試驗(yàn)開展地點(diǎn)；c)報(bào)告和每一頁的唯一標(biāo)識(shí)；d)在合適處注明客戶的姓名和地址；e)測(cè)試組件的描述和標(biāo)識(shí)；f)測(cè)試組件的特征和條件；g)在合適處注明收到測(cè)試組件的日期和測(cè)試日期；h)抽樣的參照程序；i)試驗(yàn)方法的任何偏離、增補(bǔ)或刪減，以及某特定試驗(yàn)的相關(guān)信息，例如用于驗(yàn)證測(cè)試序列結(jié)束時(shí)旁路二極管的功能的環(huán)境條件和測(cè)試程序；j)測(cè)量結(jié)果、檢查結(jié)果以及推論（適當(dāng)時(shí)應(yīng)附上表格、曲線圖、示意圖和照片），包括每次試驗(yàn)后的最大功率損失、測(cè)試導(dǎo)致的干濕絕緣電阻變化以及導(dǎo)致最終功率下降的其他變化；k)在相關(guān)處，測(cè)試結(jié)果的測(cè)量不確定度的說明；l)對(duì)報(bào)告內(nèi)容負(fù)責(zé)人員的簽名和職務(wù)或等效標(biāo)識(shí)，報(bào)告出具日期；m)在相關(guān)處，測(cè)試結(jié)果僅與被測(cè)項(xiàng)目有關(guān)的聲明；n)聲明未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室的書面許可，不允許部分復(fù)制證書或報(bào)告，只能整體復(fù)制。制造商應(yīng)保存一份報(bào)告以供參考。5GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019要求的熱循環(huán)次數(shù)的計(jì)算如表A.1所示，要求的熱循環(huán)次數(shù)NR由兩個(gè)因素共同決定：a)循環(huán)最大溫度，TMAX(℃);b)測(cè)試組件的數(shù)量，n。第一步是確定等效循環(huán)次數(shù)Ne，它是TMAX的函數(shù)。此循環(huán)次數(shù)與IEC61215-2MQT11熱循環(huán)（-40℃至85℃)500次產(chǎn)生的焊料疲勞損傷程度相同。TMAX和Ne的關(guān)系為：公式（A.1）定義了如何通過增加循環(huán)最大溫度來減少等效循環(huán)次數(shù)，從而減少總體測(cè)試時(shí)間，如圖A.1所示。該公式是基于焊料熱疲勞Coffin-Manson經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得出[1,2]。這種關(guān)系適用于鉛錫焊帶和無鉛焊帶。光伏組件的有限元模擬結(jié)果說明了這個(gè)關(guān)系式可以保守估計(jì)其等效性[3]。這些模擬結(jié)果顯示，高溫下封裝材料的軟化會(huì)加速焊料疲勞損傷的積累。因此，雖然規(guī)定較高的循環(huán)最大溫度可減少總測(cè)試時(shí)間，但其等效性或總體應(yīng)力水平可能比預(yù)期的要大。圖A.1等效循環(huán)次數(shù)與循環(huán)最大溫度和組件運(yùn)行最大溫度（85℃)的差值的關(guān)系用測(cè)試組件數(shù)量n和等效熱循環(huán)次數(shù)Ne來確定要求的熱循環(huán)次數(shù)NR：式中：這個(gè)公式是由一個(gè)單參數(shù)威布爾分布推導(dǎo)出來的，基于95%組件測(cè)試樣品通過500次熱循環(huán)等效應(yīng)力測(cè)試后相對(duì)最大功率衰減應(yīng)小于5%的規(guī)定。這里威布爾分布形狀參數(shù)選擇6[1]。圖A.2給出了一個(gè)形狀參數(shù)為6、500次循環(huán)后通過概率為95%的威布爾分布圖，用來說明假設(shè)的分布。在這個(gè)分布中，特性壽命（63.5%的失效概率）對(duì)應(yīng)820次循環(huán)，1%的失效（相對(duì)最大功率衰減＞5%）對(duì)應(yīng)378次循環(huán)，而99%失效對(duì)應(yīng)1057次循環(huán)。式(A.2)的結(jié)果NR就是本文件所要求的n塊組件樣本量的熱循環(huán)次數(shù)。6GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019圖A.2形狀參數(shù)為6，500次循環(huán)時(shí)通過概率為95%的威布爾分布圖下面是計(jì)算要求的熱循環(huán)次數(shù)的示例：a)選擇循環(huán)參數(shù)：TMAX=95℃,n=2。b)計(jì)算等效循環(huán)次數(shù)：c)計(jì)算試驗(yàn)要求的循環(huán)次數(shù)：樣本量對(duì)要求的循環(huán)次數(shù)和相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間的影響如表A.1所示。表A.1樣本量對(duì)循環(huán)次數(shù)和測(cè)試時(shí)間的影響N7GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019基于應(yīng)用地氣候的加速因子分析表明，一些環(huán)境溫度高并且局部多云的氣候條件對(duì)光伏組件的焊料疲勞[3]影響更大。本附件的目的就是用來指導(dǎo)評(píng)估特定應(yīng)用地是否需要進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)估組件的焊料產(chǎn)生熱機(jī)械疲勞的環(huán)境耐久性。已經(jīng)證明，焊料疲勞損傷率取決于組件溫度相關(guān)的三個(gè)因子：-，表示電池的日平均最高溫度；r(55)，表示溫度反轉(zhuǎn)項(xiàng)。圖B.1電池一天的溫度曲線示意圖（用以說明電池最高溫度、最高溫度變化和溫度反轉(zhuǎn)項(xiàng)）圖B.1電池一天的溫度曲線示意圖說明了以上三個(gè)因素。溫度反轉(zhuǎn)項(xiàng)r(55)是電池溫度在55℃反轉(zhuǎn)的次數(shù)（圖B.1,r(55)=4）。確定一個(gè)特定的應(yīng)用地是否需要進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試，需利用應(yīng)用地組件電池一年的60分鐘平均溫度數(shù)據(jù)來估算以上三個(gè)因子。為了保證分析的準(zhǔn)確性，更高頻次采樣的溫度數(shù)據(jù)應(yīng)縮減采樣率折算成60分鐘平均溫度數(shù)據(jù)。-和-T-項(xiàng)代表了全年觀察到的日平均值，r(55)項(xiàng)是全年的總次數(shù)。圖B.2給出了特定應(yīng)用地在綜合考慮三個(gè)因子后是否需要進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試的建議。這是基于有限元模擬，加速熱循環(huán)試驗(yàn)所積累的焊料疲勞損傷程度與不同氣候條件下組件服役過程中焊料所積累的疲勞損傷程度等效。圖中定義的區(qū)域代表了氣候特征，在這種氣候下組件服役25年的時(shí)間產(chǎn)生的焊料疲勞損傷超過了200到250個(gè)加速熱循環(huán)試驗(yàn)帶來的等效疲勞損傷。通過分析組件電池溫度中-和-T-項(xiàng)來使用該圖。如果r(55)因子大于圖中陰影區(qū)域顯示的值，則表示該特定應(yīng)用地的氣候具有特別的破壞性，建議進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試評(píng)估。8GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019圖B.2特定應(yīng)用地進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)的建議為了便于說明，將德國弗萊堡（FreiburgGermany）和美國亞利桑那州菲尼克斯（PhoenixArizona）這兩個(gè)城市的溫度因子繪制在圖B.2中。這兩個(gè)城市的三個(gè)因子詳細(xì)數(shù)據(jù)見表B.1。因?yàn)榉颇峥怂沟膔(55)=396，所以建議進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試評(píng)估。而對(duì)于弗萊堡(r(55)=38)，不必進(jìn)行擴(kuò)展熱循環(huán)測(cè)試來評(píng)估該地的組件的熱機(jī)械疲勞耐久性。表B.1組件電池溫度因子Tcmax?Tr(55)如果沒有一年的組件電池溫度數(shù)據(jù)，可以通過特定地點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)來計(jì)算組件電池一年的溫度數(shù)據(jù)。如果應(yīng)用這種方法，建議使用組件制