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型式认可标准IEC 61215、IEC 61730等标准的测试项目只能检测出部分由缺陷或损伤导致的组件严重失效和功率早期衰减。且当前业内使用的组件长期衰减的加严测试(IEC TS 63209-1)主要是将上述两个标准中的单项测试进行时间或循环上翻倍加长,测试周期长,成本高;不同气候类型下组件户外的主要衰减因素不同,其会对组件的可靠性提出不同的考验(如下图),而目前尚未有标准存在针对性的环境差异老化测试序列。
为此,鉴衡研发出《光伏组件加强老化测试方法 – 寒冷气候》、《光伏组件加强老化测试方法 – 干热气候》、《光伏组件加强老化测试方法 – 湿热气候》等系列团体标准,以更少的成本,明确产品在特定气候条件下的环境适应性,快速有效地对光伏组件生产工艺、材料等进行改进和优化,提升产品可靠性。业主也可以通过多气候加强老化测试,比较不同组件供应商的测试数据,选择到更适合实际使用地点的优质组件。

干热气候

干热气候是我国的典型气候之一,其特点为气温高、湿度低、日温差大、太阳辐射强以及部分地区存在沙尘等,其典型地区为我国西北地区、新疆吐鲁番地区、内蒙古西部地区等。针对干热气候的气候特点,鉴衡就温度、光照紫外、沙尘这三个组件老化的主要影响因子设计了三种的可靠性序列,包括加严热循环序列、综合老化UV&TC序列、以及可选的沙尘序列。

为什么做这些测试:
01

加严热循环序列

02

综合老化UV&TC序列

03

沙尘序列

加严热循环序列

干热地区的日温差较大,同时正午太阳辐照度通常较强,光伏组件的工作温度将达到60℃2,而凌晨光伏组件的温度将下降至环境温度,通常为零下,因此需要热循环(TC)测试来评估光伏组件承受温度变化的能力。光伏组件中不同部件的热膨胀系数各不相同,随着组件温度每日的循环变化,组件中的不同部件会受到膨胀和收缩的影响,热膨胀系数的差异将在组件内部产生应力,这种应力作用在光伏组件的每一层材料之间,容易引发断栅、隐裂等可靠性问题,从而导致组件失效,即热疲劳相关的失效,特别是电池焊接失效。电池焊接失效将使组件性能大幅降低。

常规热循环测试周期长、成本高,而加严热循环测试在其基础上进行了加严,大幅缩短了测试周期。并且加严热循环测试已进行了验证试验,试验结果显示加严热循环测试能与常规热循环测试结果等效,同时表明了温度加严并不会对接线盒和连接器产生影响。

综合老化UV&TC序列

紫外辐射是组件中聚合物材料(如背板、封装材料)老化的主要影响因子,背板的常见紫外老化表现为黄变、开裂、粉化等,封装材料的常见紫外老化表现为黄变与褐变等。而干热地区的强辐照对背板、封装材料的可靠性是更高的考验,需要紫外相关测试评估聚合物材料的可靠性风险。考虑到紫外衰减因子通常与其他环境应力因素协同作用,干热气候下选择热循环测试模拟组件的日温差变化情况,同时施加紫外应力与热应力相比单一影响因素的紫外测试,更贴近材料在户外的真实情况,该测试即为综合老化UV&TC测试。

同时,综合老化测试还能识别传统序列测试检测不到的失效模式,特别针对新型电池技术与封装材料搭配;由于多种老化因子同时作用于组件上,复合老化测试的效率更高,复现失效耗时更短;大、小样品均可进行该测试,对组件、材料厂的研发工作提供了便利。

沙尘序列

干热气候典型地区中的沙漠及部分周边地区,遭受沙尘暴的频次高、强度大。在这种情况下,沙尘会对组件表面玻璃造成磨损,特别是高风速下,表面镀膜的玻璃更容易受到影响。然而,考虑到并非干热气候的所有地区都频繁遭受沙尘的影响,因此沙尘序列作为该环境条件下的可选项,使用者可根据组件应用区域与实际情况自行选择,如参照我国年沙城暴日数分布图确定。

加强老化干热气候实证

验证光伏组件在干热气候条件下的真实发电量表现;
评估组件在干热气候条件下的户外可靠性,尤其是在高低温冲击、沙尘、大风等恶劣条件下组件及零部件、紧固件的可靠性表现,为发电集团进行干热气候地区项目的设备选型、组件制造商进行组件设计优化、材料供应商进行材料验证及改进等提供重要依据。
托克托·中温带半干旱大陆性季风气候

托克托·中温带半干旱大陆性季风气候

地点: 内蒙古自治区呼和浩特市托克托县,东经111.28°,北纬40.44°;面积约6000平米

气候特点: 中温带半干旱大陆性季风气候,冬季漫长严寒,夏季炎热,春秋两季气候变化剧烈。年平均气温7.3℃,极端最高温度为40.5℃,极端最低温度为-29.7℃,年平均降水量362mm,年日照时数3520h

目的: 验证不同组件类型在沙戈荒地面条件下的发电性能、不同安装方式的发电性能、组件工作温度、功率衰减情况和组件外观(边框、玻璃)抗风沙能力、功率衰减情况;

基地类型: 盐碱地地面;

支架类型: 固定(倾角可调)支架;平单轴、斜单轴、双轴跟踪支架;

气象设备: 高精度气象站,辐照度、温湿度、风速风向、降雨降雪量、污染率;

数采: 直流电表精度0.5以内;采集频次不少于1次/min;

实验室: 基本实验室,功率测试、红外、EL、绝缘、湿漏;光功率预测系统;

交通情况: 位于内蒙首府呼和浩特市西南50km处,交通便利,便于组件运输和实验室实验;

湿热气候

我国南方及沿海地区例如上海、厦门、海南等为湿热气候1的典型地区,湿热气候特点为湿度高、雨量大、气温较高、日温差小等,也是我国典型环境之一。湿热气候最显著的衰减因子为湿度,水汽与UV的互相作用也不可小觑,还有高温高湿下的偏压以及沿海地区的盐雾,对应的四种可靠性序列依次为加严湿热序列、综合老化UV&DH序列、PID序列和可选的盐雾序列。

为什么做这些测试:
01

加严湿热序列

02

综合老化UV&DH序列

03

PID序列

03

盐雾序列

加严湿热序列

湿热气候的降水量多,相对湿度高,同时夏季温度也较高,因此在该气候下运行的组件将会同时受到高温、高湿的影响,湿热测试则能评估组件长期在高温和高湿条件下的表现。在湿热应力的作用下,水汽和高温将影响光伏组件的密封材料。当密封材料的密封性由于材料本身质量问题及层压工艺优劣问题而降低时,水汽将透过密封材料进入组件内部,造成封装材料变色及电池、焊带等腐蚀,影响组件的发电性能。 同样的,常规湿热测试存在耗时久、成本高的问题,因此加严湿热测试在常规湿热测试的基础上进行了温度与湿度的增加,节省了大量测试时间。

综合老化UV&DH序列

有关紫外测试的必要性前文已阐述,在此不再赘述。湿热气候下,同时施加紫外应力与湿热应力相比单一老化因子的可靠性测试,更贴近材料在户外的真实情况,能更好复现组件在户外实际使用的情况,该测试即为综合老化UV&DH序列。

PID序列

在高温高湿的环境中,光伏组件会出现电势诱导衰减(PID)效应。目前发现的PID种类共有三种,分别为PID-p、PID-s、PID-c

•最常见的为PID-s,即光伏组件在受到负偏压时,玻璃中的钠离子/金属离子穿透膜层进入电池片PN结,形成了电池内部的漏电通道,导致了组件的电流输出减少。

•PID-p代表了组件长期在高电压下工作,在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流,大量电荷聚集在电池片表面,导致填充因子、短路电流、开路电压降低,即外加电场下造成的极化作用。

•PID-c产生的原因是光伏组件的边缘部分有水汽进入,EVA发生水解后会生成醋酸,醋酸和玻璃中的钠反应,可以生成大量的自由移动的钠离子,与电池片表面的银栅线发生反应,从而腐蚀电池栅线,导致串联电阻的升高,导致组件性能衰减,并且此类衰减不可恢复电池。

尽管部分PID是可恢复的,但严重的PID和部分不可恢复的PID类型对组件性能的影响可达30%。

盐雾序列

湿热气候的典型地区多为沿海地区,此类具有潮湿特点及盐碱地、重工业污染区等具有强腐蚀性特点的地区,往往更容易发生盐雾。盐雾腐蚀,主要源于含氯化物盐的微小液滴,其形成的弥散系统可通过氯离子与金属内部产生电化学反应导致破坏。因此,若光伏组件安装在易受盐雾影响的环境中,可能导致金属边框、接线端子和背板涂层等部件受损,进而降低其输出功率和安全可靠性。盐雾序列作为湿热气候环境下的可选序列,使用者可根据组件应用区域与实际情况自行选择,如参照GB/T 4797.6中盐雾严酷度示意图决定。

加强老化湿热气候实证

验证光伏组件在湿热气候条件下的真实发电量表现;
评估组件在湿热气候条件下的户外可靠性,尤其是在高温高湿环境中组件及零部件的可靠性表现,为发电集团进行湿热气候地区项目的设备选型、组件制造商进行组件设计优化、材料供应商进行材料验证及改进等提供重要依据。
海口+三亚·热带海洋性季风气候

海口·热带海洋性季风气候

地点: 海南省海口市美兰区,东经110.48°,北纬19.97°;面积约2300平米;

气候特点: 热带海洋性季风气候,温暖多雨,光热充足,温差小。年平均气温24.4℃,最高平均气温28℃左右,最低平均气温18℃左右,年日照时数2000h以上,年平均降水量1696.6mm;

目的: 验证N型、P型等不同组件类型在高温高湿地区的发电性能与单瓦发电量增益、工作温度监控;验证西欧客户指定支架类型的不同组件类型在高温高湿地区的发电性能、工作温度监控;

基地类型: 混凝土平屋顶;

支架类型: 固定(倾角可调)支架、特殊定制支架;

气象设备: 辐照度、光谱、温湿度、风速风向、降雨量;

数采: 直流电表精度0.5以内;采集频次不少于1次/min;

实验室: 基本实验室,功率测试、红外、EL、绝缘、湿漏;

交通情况: 美兰机场、美兰高铁站附近,毗邻海文高速;

三亚·热带海洋性季风气候

地点: 海南省三亚市崖州区,东经109.22°,北纬18.39°;面积约6000平米

气候特点:热带海洋性季风气候,年平均气温25.7℃,气温最高月为6月,平均28.7°C;气温最低月为1月,平均21.4°C。全年日照时间2534小时。年平均降水量1347.5毫米

目的: 验证N型、P型等不同组件类型在高温高湿地区的发电性能与单瓦发电量增益、工作温度监控;

基地类型: 泥土/草地地面

支架类型: 固定(倾角可调)支架、平单轴跟踪支架

气象设备: 辐照度、温湿度、风速风向、降雨量

数采: 直流电表精度0.5以内;采集频次不少于1次/min

实验室: 共享海口实证基地实验室

交通情况: 三亚机场、崖州高铁站附近,毗邻海南环岛高速

寒冷气候

寒冷气候是我国的典型气候之一,其特点为冬季寒冷干燥、年温差大、日照丰富以及冬季降雪等,其典型地区为我国北方地区例如北京、哈尔滨等。寒冷气候下共有三种的可靠性序列,分别为低温载荷序列、综合老化UV&HF序列、以及不均匀雪载荷序列,模拟组件在寒冷气候中运行冬季的实际情况。

为什么做这些测试:
01

低温载荷序列

02

综合老化UV&HF序列

03

不均匀雪载荷序列

低温载荷序列

寒冷气候冬季多有降雪,有时还伴有大风,在类似施加外界机械应力的情况下,组件中的电池片会产生隐裂,隐裂扩展、延伸,会造成组件发电量的降低。因此载荷序列是必须的,一是检测光伏组件中的电池片是否容易产生隐裂,二是在产生隐裂后是否会导致组件的严重功率损失。常规载荷序列由四项测试依次组成:静态机械载荷(SML)、动态机械载荷(DML)、热循环测试和湿冻测试。静载会在易受影响的光伏组件中产生微裂纹,然后动态载荷将会进一步扩展裂纹,接下来热循环和湿冻测试则会让这些裂纹影响到组件的功率输出。

综合老化UV&HF序列

但是常规机械载荷序列都是在室温下进行,并不能真实反映光伏组件在寒冷气候冬季的低温条件下经受风、雪或覆冰等载荷的能力,因此低温载荷序列是必要的。低温机械载荷测试是在低温环境下(-40℃或-20℃)测试光伏组件在不同的安装方式下的载荷能力,能够有效判断出低温环境是否会引起组件封装胶膜、背板、边框材料等部件的机械性能下降、脆化甚至玻璃化,影响组件的性能,造成组件失效。该测试能模拟冬季组件的户外真实使用场景,使载荷的测试数据更具现实意义。

不均匀雪载荷序列

由于寒冷气候冬季气温低且干燥,降雪后不易融化,因此大雪后光伏组件表面往往会堆积大量积雪。而大多数光伏组件都以倾斜方式安装,不均匀的载荷将造成组件和边框甚至安装支架的变形,巨大的雪载会对组件造成破坏性的损害,进而导致组件寿命急剧缩减乃至失效。不均匀雪载测试是专门评估光伏组件在遇到强降雪时,承受这种不均匀压力的能力。该测试模拟了积雪在倾斜组件表面的堆积情况,有效检验组件抵抗积雪的机械载荷真实性能表现。

加强老化寒冷气候实证

验证光伏组件在极端寒冷气候条件下的真实发电量表现,明确低温对组件发电性能带来的提升;
评估组件在极端寒冷气候条件下的户外可靠性,尤其是在大风、大雪、低温等恶劣条件下组件及零部件、紧固件的可靠性表现,为发电集团进行寒冷气候地区项目的设备选型、组件制造商进行组件设计优化、材料供应商进行材料验证及改进等提供重要依据。
漠河·寒温带大陆性季风气候

漠河·寒温带大陆性季风气候

地点: 黑龙江省大兴安岭地区漠河市,东经122.35°,北纬53.48°;面积3000平米;

气候特点: 寒温带大陆性季风气候,年平均气温在-5.5℃,各月平均气温在0℃以下的月份长达8个月之久。气温年较差为49.3℃。平均无霜期为86.2天。年平均降水量为460.8mm,日照时数为2377~2625h;

目的: 验证组件在三种不同紧固安装方式(螺栓、铝合金压块、加强式)三种紧固安装方式应对极端气候(极寒)的表现,对比发电性能及功率衰减情况;

基地类型: 泥土/草地/雪地地面;

支架类型: 固定(倾角可调)支架;

气象设备: 辐照度、温湿度、风速风向、降雨降雪量;

数采: 直流电表精度0.5以内;采集频次不少于1次/min;

实验室: 暂无;

交通情况: 位于北极村国家气象站内,G111国道北端,直航哈尔滨、加格达奇;