CN104579167A - 一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，包括：⑴对开路状态的待测试光伏组件进行户外暴晒；⑵对完成户外暴晒的待测试光伏组件进行紫外光暴晒；⑶将完成紫外光暴晒的待测试光伏组件短路连接，对短路状态的待测试光伏组件进行盐雾腐蚀试验；⑷对完成盐雾腐蚀试验的待测试光伏组件进行冷凝湿度试验；⑸对完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件进行STH综合环境试验。本发明以反应真实服役环境条件为目的，引入光照，同时考虑四季及昼夜变化，设计光/热/湿循环试验；以再现材料失效为目的，引入紫外、盐雾等组合试验，全方位考核光伏组件关键材料的耐久性；可克服标准测试方法的不足，反映光伏组件在湿热环境条件下长期服役期的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，用于评估光伏组件在湿热环境条件下长期使用的耐久性。
背景技术
近年来，随着光伏组件制造成本的下降，随之而来的长寿命和高可靠性问题就越来越受到业内的关注。欧美等发达国家多年的应用情况显示，获得认证的光伏组件在户外长期使用过程中，在复杂的环境应力作用下依然发生失效，发电效率大幅衰减，严重诱发火灾、漏电等严重安全问题。
现行的测试标准以再现光伏组件现场工作过程中的失效模式为目的，设计多种类型的加速试验对光伏组件在使用初期时的安全可靠性进行测试评估，但是，这些加速试验均存在以下问题：⑴加速寿命试验不是试图模仿现场环境，只是试着用各种可能的方法寻找设计和加工过程的缺陷；⑵目的是确定失效模式，不是为了证明产品符合特定的要求；⑶不是为了确定可靠性而是提高可靠性；⑷测试条件与实际应用环境没直接关联，可能会引起争议；⑸不能揭示随时间变化的失效模式；⑹试验用光伏组件没有一块完整的经历所有试验。
另外，标准中加速试验的试验结果与失效原因的关联性并不一定与真实情况一致，也就是说即使在高加速寿命试验中获取的结果和实时现场使用的数据符合也不能证明它们是由相同机理引起的，真实的失效原因和作用机理必须要得到证明。最后，加速寿命实验最适合加速物理作用的衰减模式，但是在加速化学作用衰减模式上效果可能不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，可克服标准测试方法的不足，能够真实反映光伏组件在湿热环境条件下长期服役期的使用性能。
本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴对开路状态的待测试光伏组件进行户外暴晒，总辐照量为5.0～20kWh/m2；
⑵对完成户外暴晒的待测试光伏组件进行紫外光暴晒；
⑶将完成紫外光暴晒的待测试光伏组件短路连接，对短路状态的待测试光伏组件进行盐雾腐蚀试验；
⑷对完成盐雾腐蚀试验的待测试光伏组件进行冷凝湿度试验；
⑸对完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件进行STH综合环境试验。
本发明以反应真实服役环境条件为目的，引入光照，同时考虑四季及昼夜变化，设计光/热/湿循环试验；以再现材料失效为目的，引入紫外、盐雾等组合试验，全方位考核光伏组件关键材料的耐久性；因此，可克服标准测试方法的不足，反映光伏组件在湿热环境条件下长期服役期的使用性能。
本发明在所述步骤⑴中，自然光辐照度大于600W/m2的总辐照量大于5kWh/m2，完成户外暴晒后，清洗待测试光伏组件，在标准测试条件下对清洗后的待测试光伏组件进行IV曲线测试，记录测试结果。
本发明在所述步骤⑵中，将开路状态的待测试光伏组件放入紫外试验箱内，待测试光伏组件的平面和紫外辐照光线入射角度垂直，待测试光伏组件的温度为60±5℃，待测试光伏组件承受的紫外波长为280～385nm的紫外辐照量为30kwh/㎡，其中紫外波长为280～320nm的紫外辐照量大于或者等于1.5kwh/㎡。
本发明在所述步骤⑵中，对完成紫外光暴晒的待测试光伏组件进行户外暴晒，最小辐照量为5kwh/㎡，完成户外暴晒后进行性能检测。
本发明在所述步骤⑶中，盐雾腐蚀试验是：将短路状态的待测试光伏组件放置在盐雾腐蚀试验箱内，待测试光伏组件与垂直面之间的夹角为22.5°±5°；待测试光伏组件暴露在盐雾环境条件下300～500h，盐雾的PH值为6.5～7.2。
本发明在所述步骤⑷中，冷凝湿度试验是：将短路状态的待测试光伏组件放入冷凝湿度试验箱内，冷凝湿度试验箱内温度为38～40℃，相对湿度为98％～100％，待测试光伏组件暴露125±5h，冷凝湿度试验箱中取出待测试光伏组件，对待测试光伏组件进行性能检测，记录测试结果。
本发明在所述步骤⑸中STH综合环境试验是：将完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件放入STH综合环境试验箱中，对待测试光伏组件进行80～100min的光/热/湿序列的循环(其中单个循环中光照时间为40±2min)，循环次数为1500～2000。取出待测试光伏组件，对待测试光伏组件进行性能检测，记录测试结果。
本发明在所述步骤⑵中，待测试光伏组件的性能检测包括：外观检查、照数码照片、在太阳能模拟器中进行3次IV曲线测量和FLIR红外成像。
本发明在所述步骤⑷和步骤⑸中，待测试光伏组件的性能检测包括：外观检查、数码照相、太阳能模拟设备中进行IV曲线测量、FLIR红外热成像、EL成像和湿漏电实验。
本发明在所述步骤⑷中，从冷凝湿度试验箱中取出待测试光伏组件后，对待测试光伏组件进行性能检之前，清洗待测试光伏组件，若待测试光伏组件为薄膜组件，进行光老炼试验。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明以反应真实服役环境条件为目的，引入光照，同时考虑四季及昼夜变化，设计光/热/湿循环试验；以再现材料失效为目的，引入紫外、盐雾等组合试验，全方位考核光伏组件关键材料的耐久性；因此，可克服标准测试方法的不足，反映光伏组件在湿热环境条件下长期服役期的使用性能。
⑵本发明对光伏组件用封装胶膜、背板、接线盒、金属边框、电池片栅线等关键材料的耐老化或耐腐蚀能力进行测试评估；从组件整体服役环境角度，测试评估其在模拟昼夜、四季交替变化等环境条件下的性能变化；从真实服役环境出发，在湿热环境条件与干热环境条件下进行太阳跟踪试验，考核光伏组件性能变化。
⑶本发明测试评估技术具有可延展性，以上述测试项目为核心，根据光伏发电系统实际使用环境，可附加多种类型的环境试验(如农场应用增加氨气试验等)。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明的流程框图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，本试验序列需要至少一个光伏组件作为待测试光伏组件，另需一个光伏组件作为控制组件。
接到待测试光伏组件后，进入实验室测试流程，对待测试光伏组件进行编号及外观检查。
包括以下步骤：
⑴对开路状态的待测试光伏组件进行户外暴晒，以避免因早期光致衰减现象而导致的光伏组件出现性能衰减；
待测试光伏组件在开路条件下，放置在户外静态架子上，暴露于开路状态的自然光下，确保待测试光伏组件的总辐照量为5～20kWh/m2(其中辐照度大于600W/m2的总辐照量需大于5kWh/m2)，由放在同样角度的日照强度计测算。清洗待测试光伏组件后，在标准测试(STC，温度25℃，辐照1000W/m2)条件下进行IV曲线测试，记录测试结果。
⑶对完成户外暴晒的待测试光伏组件进行紫外光暴晒：
①使用电校准辐射计或分光辐射谱仪，波长设定在280～385nm范围，辐照强度不超过250W/㎡。②将开路状态的待测试光伏组件放入紫外试验箱，待测试光伏组件的平面和紫外辐照光线入射角度垂直。③待测试光伏组件的温度保持在60±5℃。④待测试光伏组件承受的紫外波长在280～385nm的紫外辐照量为30kwh/㎡，其中紫外波长280～320nm之间，紫外辐照量不小于1.5kwh/㎡。⑤将待测试光伏组件移出紫外试验箱，评估之前再次将待测试光伏组件预处理，即对完成紫外光暴晒的待测试光伏组件进行自然光暴晒，最小辐照量为5kwh/㎡，完成自然光暴晒后进行性能检测，包括外观检查、照数码照片、在太阳能模拟器中进行3次IV曲线测量、进行FLIR红外成像。
⑷将完成紫外光暴晒的待测试光伏组件短路连接，对短路状态的待测试光伏组件进行盐雾腐蚀试验：
按照ASTM B117和ISO 9227规定，将待测试光伏组件放置在盐雾腐蚀试验箱内，待测试光伏组件与垂直面之间的夹角为22.5±5°。待测试光伏组件暴露在盐雾环境条件下400h，盐雾的PH值为6.5～7.2，盐雾由5％的NaCl溶液在35℃时雾化生成，盐雾平面汇集区为80cm2,每小时收集的溶液为1.0～2.5mL。
⑸对完成盐雾腐蚀试验的待测试光伏组件进行冷凝湿度试验：
①按照ASTM D2247和ISO 6270规定将待测试光伏组件放入冷凝湿度试验箱内。②温度为38℃，相对湿度98％，将待测试光伏组件暴露125h(或根据ISO6270规定，采用40℃的暴露温度)。③将待测试光伏组件从冷凝湿度试验箱取出，必要时可进行清洗，对于薄膜组件在进行IV曲线测量之前需进行适当的光老炼试验。④进行组件性能检测，包括外观检查、数码照相、太阳能模拟设备中进行IV曲线测量、FLIR红外热成像、EL成像和湿漏电实验(绝缘试验)，记录测试结果。
⑹对完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件进行STH综合环境试验：
①光/热/湿(STH)综合环境试验包含1600个循环，每个循环为90min的光/热/湿序列。
②STH的循环为一个90min的温度循环，用以加速模拟严酷夏季的湿热环境，组件在电阻负载和最大功率之下进行试验，具体步骤为：
i.初始设定：无光照的情况下控制黑标温度、环境温度均为5℃，相对湿度95％；
ii.在25min内，保持环境温度、黑标温度为5℃，相对湿度95％；
iii.启动光照，(组件正面的辐照度为1100W/m2)，箱内温度逐步升高，在20min内，控制黑标温度升高至80℃，环境温度为40℃,相对湿度保持在50％以上，此时组件样品的实际温度上升至70～80℃；
iv.保持光照20min，此期间环境温度保持40℃，黑标温度保持80℃，此阶段，相对湿度保持在50％以上，组件样品的实际温度维持在75℃～80℃之间；
v.关掉光照，箱内温度下降，在5min内，使得黑标温度下降至40℃，此阶段相对湿度逐渐增加，最终达到95％；
vi.继续冷却，在20min内，控制黑标温度、环境温度下降至5℃，相对湿度保持在95％以上；回到循环开始点i)项。
以上单个循环总时间为90min，其中光照部分iii)与iv)项的时间控制精度为±1min，其他阶段时间长控制保证循环总时长在80～100min。循环中温度控制精度为±3℃，相对湿度控制误差为±5％。
③待1600个光/热/湿STH循环完成后，将组件从冷凝湿度试验箱取出，必要时进行清洗。
④进行组件性能检测，包括外观检查、数码照相、太阳能模拟设备中进行IV曲线测量、FLIR红外热成像、EL成像和湿漏电实验(绝缘试验)，记录测试结果。
每组环境试验后的性能检测要求里提及的几种测量和检测方法的顺序并不重要。但在进行IV曲线测量之前，需要清洗，对于薄膜组件需考虑进行光老炼试验。
外观检查，需在光线合适的房间进行，并使用高分辨率数码相机进行拍照记录；进行IV曲线测量、确定最大功率，根据IEC 61215或IEC 61646的10.6的要求进行；进行EL成像，即电致发光成像，此过程中需向组件施加正向偏置电压；进行湿漏电试验，根据IEC 61215或IEC 61646的10.15的要求进行。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于包括以下步骤：
⑴对开路状态的待测试光伏组件进行户外暴晒，总辐照量为5.0～20kWh/m2；
⑵对完成户外暴晒的待测试光伏组件进行紫外光暴晒；
⑶将完成紫外光暴晒的待测试光伏组件短路连接，对短路状态的待测试光伏组件进行盐雾腐蚀试验；
⑷对完成盐雾腐蚀试验的待测试光伏组件进行冷凝湿度试验；
⑸对完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件进行STH综合环境试验。
2.根据权利要求1所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑴中，自然光辐照度大于600W/m2的总辐照量大于5kWh/m2，完成户外暴晒后，清洗待测试光伏组件，在标准测试条件下对清洗后的待测试光伏组件进行IV曲线测试，记录测试结果。
3.根据权利要求2所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑵中，将开路状态的待测试光伏组件放入紫外试验箱内，待测试光伏组件的平面和紫外辐照光线入射角度垂直，待测试光伏组件的温度为60±5℃，待测试光伏组件承受的紫外波长为280～385nm的紫外辐照量为30kwh/㎡，其中紫外波长为280～320nm的紫外辐照量大于或者等于1.5kwh/㎡。
4.根据权利要求3所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑵中，对完成紫外光暴晒的待测试光伏组件进行户外暴晒，最小辐照量为5kwh/㎡，完成户外暴晒后进行性能检测。
5.根据权利要求4所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑶中，盐雾腐蚀试验是：将短路状态的待测试光伏组件放置在盐雾腐蚀试验箱内，待测试光伏组件与垂直面之间的夹角为22.5°±5°；待测试光伏组件暴露在盐雾环境条件下300～500h，盐雾的PH值为6.5～7.2。
6.根据权利要求5所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑷中，冷凝湿度试验是：将短路状态的待测试光伏组件放入冷凝湿度试验箱内，冷凝湿度试验箱内温度为38～40℃，相对湿度为98～100％，待测试光伏组件暴露125±5h，从冷凝湿度试验箱中取出待测试光伏组件，对待测试光伏组件进行性能检测，记录测试结果。
7.根据权利要求6所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑸中STH综合环境试验是：将完成冷凝湿度试验的待测试光伏组件放入STH综合环境试验箱中，对待测试光伏组件进行80～100min的光/热/湿序列的循环，其中，单个循环中光照时间为40±2min，循环次数为1500～2000，取出待测试光伏组件，对待测试光伏组件进行性能检测，记录测试结果。
8.根据权利要求7所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑵中，待测试光伏组件的性能检测包括：外观检查、照数码照片、在太阳能模拟器中进行3次IV曲线测量和FLIR红外成像。
9.根据权利要求8所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑷和步骤⑸中，待测试光伏组件的性能检测包括：外观检查、数码照相、太阳能模拟设备中进行IV曲线测量、FLIR红外热成像、EL成像和湿漏电实验。
10.根据权利要求9所述的光伏组件湿热环境耐久性测试方法，其特征在于：在所述步骤⑷中，从冷凝湿度试验箱中取出待测试光伏组件后，对待测试光伏组件进行性能检测之前，清洗待测试光伏组件，若待测试光伏组件为薄膜组件，进行光老炼试验。
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