光伏组件扩展热循环 试验程序 征求意见稿

GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019光伏组件扩展热循环试验程序本文件定义了一种基于IEC61215-2热循环测试的扩展测试序列，该测试序列用于区分热循环耐久性更高的光伏组件，以及评估安装在易受热循环应力影响区域的组件的性能1。同时，本文件规定了通过提高循环最高温度和（或）增加测试组件数量以减少总测试时间的做法。本文件适用于前板采用玻璃封装的晶体硅光伏组件。非玻璃封装的柔性组件因其受力方式与玻璃封装组件不同，因此，文中使用的等效系数不适用于该类组件。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEC61215-1:2016地面光伏组件设计鉴定与定型第1部分：测试要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1:Testrequirements）IEC61215-1-1地面光伏组件设计鉴定与定型第1-1部分：晶硅光伏组件测试特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-1:Specialrequirementsfortestingofcrystallinesiliconterrestrialphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-2地面光伏组件设计鉴定与定型第1-2部分：碲化镉薄膜组件测试特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-2:Specialrequirementsfortestingofthin-filmCadmiumTelluride(CdTe)basedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-3地面光伏组件设计鉴定与定型第1-3部分：非晶硅薄膜组件测试特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-3:Specialrequirementsfortestingofthin-filmamorphoussiliconbasedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-1-4地面光伏组件设计鉴定与定型第1-4部分：铜铟镓硒薄膜组件测试特殊要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart1-4:Specialrequirementsfortestingofthin-filmCu(InGA)(SSe)2basedphotovoltaic(PV)modules）IEC61215-2:2016地面光伏组件设计鉴定与定型第2部分：测试程序（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesDesignqualificationandtypeapprovalPart2:Testprocedures）IEC61730-1地面光伏组件安全鉴定第1部分：结构要求（Photovoltaic(PV)modulesafetyqualificationPart2:Requirementsforconstruction）注：GB/T20047.1—2006光伏(PV)组件安全鉴定第1部分：结构要求（IEC61730-1:2004，IDT）IEC61730-2地面光伏组件安全鉴定第2部分：测试要求（Photovoltaic(PV)modulesafetyqualificationPart2:Requirementsfortesting）IECTS61836太阳光伏能源系统术语、定义和符号（SolarphotovoltaicenergysystemsTerms-definitionsandsymbols）IECTS62915光伏组件定型、设计和安全鉴定重测（Photovoltaic(PV)modulesTypeapprovaldesignandsafetyqualification-Retesting）IECTS62941:2016地面光伏组件光伏组件设计鉴定和定型质量控制导则（Terrestrialphotovoltaic(PV)modulesGuidelineforincreasedconfidenceinPVmoduledesignqualificationandtypeapproval）1附录B中提供了指导，以评估在目标部署地点是否有必要进行该测试。12GB/TXXXX—202X/IEC62892:20193术语和定义IECTS61836界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1等效循环次数equivalentcycles造成与焊料疲劳损伤程度相同的热循环次数。4样品用于测试的组件应随机从一个或多个已通过IEC61215、IEC61730-1和IEC61730-2认证的组件生产批次中选取。这些组件应由符合相应图纸和工艺要求规定的材料和零部件所制造。并通过制造商的常规检测、质量控制及产品验收程序。组件各部分应完整，并附带制造商的贮运、安装和连接等说明。用于测试的组件数量与要求的循环次数之间的关系如表1和附录A所示。至少需要3块组件进行测试，其中2块用于实际测试，1块作为参考组件。由于这些测试是针对量产组件的加速应力测试而设计的，因此不允许使用工程试验样品进行测试。5标志和文档要求每个被测组件应包含IEC61215-1中定义的清晰且不可擦除的标识。还应提供通过了IEC61215-1要求的文件和符合IECTS62941:2016第4章要求的文件，供测试机构检查并确定质量管理体系的充分性。6变更如果材料的选择、零部件或制造工艺发生的变更需要进行IECTS62915中规定的200次热循环的重测判定，那么在本文件中也应进行重新测试。7试验程序7.1初始测试a)按照IEC61215-2MQT01进行外观检查；b)按照IEC61215-2MQT02进行最大功率确定；c)按照IEC61215-2MQT03进行绝缘试验；d)按照IEC61215-2MQT15进行湿漏电流试验。7.2热循环试验热循环试验的目的是确定组件承受因温度快速、不均匀或重复变化而引起的热失配、热疲劳和其它应力的能力。7.2.2装置依照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)根据表1所示，可将循环的最高温度（TMAX）提高到85℃以上，以减少要求的循环次数。TMAX由测试申请方指定并记录在测试报告中。3GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019b)为了测量组件的电路连续性，在热循环测试升温阶段（温度从-40℃到TMAX-5℃),连续电流应设置为IEC61215-2中规定的电流。在降温阶段、-40℃保持阶段以及温度TMAX-5℃以上阶段，应将连续电流降低到不超过标准测试条件下（STC）最大功率点电流的1.0%。c)循环次数如表1所示。当测试组件数量超过10块或测试温度TMAX-85℃>25℃时，要求的热循环次数的计算可参考附录A。表1要求的热循环次数TMAX-85℃测试组件数量234567890731683651627609593580569559171166563461159257756555454426936476175945775625505395303674630601579562547535525516465761458556454753352151150256405985705495335195084984896623583555535519506495485477760856854152150649348247346585925535285084934814704614539577539514495481468458449441563526501483469457447438430549513489471457445436427420535500477459446434425417409522488465448435424414406399509476454437424413404396390497465443427414403394387380485453432416404394385378371473443422406394384376368362462432412397385375367360353451422402387376366358351345204414123933783673583503433372143040238336935834934233532922420393375361350341334327321234113843663533423333263203142440137535834433432631931230725392367349337327318311305300注：表1中要求的循环次数是基于焊料热疲劳的Coffin-Manson经验关系式以及95%组件测试样品通过500次热循环等效应力测试的单参数威布尔分布的分析得出[1,2]。这种对应关系适用于铅锡焊带和无铅有限元模拟结果说明了这种关系可以保守估计等效性。这些模拟结果显示，高温下封装材料的软化会加速焊7.3最终测试a)按照IEC61215-2MQT01进行外观检查；b)按照IEC61215-2MQT02进行最大功率确定；c)按照IEC61215-2MQT03进行绝缘试验；d)按照IEC61215-2MQT15进行湿漏电流试验；e)按照IEC61215-2MQT18.2进行旁路二极管功能试验。在执行IEC61215-2的测试时，同时应考虑标准（IEC61215-1-1、IEC61215-1-2、IEC61215-1-3和IEC61215-1-4）对不同技术的特殊要求。7.4要求应满足下列要求：——测试过程中无电流中断现象；——无IEC61215-1第7章规定的严重外观缺陷；2方括号中数字为参考文献4GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019——最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5%；——绝缘电阻应满足初始测试同样的要求；——所有旁路二极管的功能正常。8报告测试完成后，测试机构应编写一份测试报告，包括测量的性能特征、任何故障和重新测试的详细情况。报告也应包含组件的详细说明。每一份检测报告至少应包括以下信息：a)标题；b)检测实验室的名称和地址以及试验开展地点；c)报告和每一页的唯一标识；d)在合适处注明客户的姓名和地址；e)测试组件的描述和标识；f)测试组件的特征和条件；g)在合适处注明收到测试组件的日期和测试日期；h)抽样的参照程序；i)试验方法的任何偏离、增补或删减，以及某特定试验的相关信息，例如用于验证测试序列结束时旁路二极管的功能的环境条件和测试程序；j)测量结果、检查结果以及推论（适当时应附上表格、曲线图、示意图和照片），包括每次试验后的最大功率损失、测试导致的干湿绝缘电阻变化以及导致最终功率下降的其他变化；k)在相关处，测试结果的测量不确定度的说明；l)对报告内容负责人员的签名和职务或等效标识，报告出具日期；m)在相关处，测试结果仅与被测项目有关的声明；n)声明未经实验室的书面许可，不允许部分复制证书或报告，只能整体复制。制造商应保存一份报告以供参考。5GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019要求的热循环次数的计算如表A.1所示，要求的热循环次数NR由两个因素共同决定：a)循环最大温度，TMAX(℃);b)测试组件的数量，n。第一步是确定等效循环次数Ne，它是TMAX的函数。此循环次数与IEC61215-2MQT11热循环（-40℃至85℃)500次产生的焊料疲劳损伤程度相同。TMAX和Ne的关系为：公式（A.1）定义了如何通过增加循环最大温度来减少等效循环次数，从而减少总体测试时间，如图A.1所示。该公式是基于焊料热疲劳Coffin-Manson经验关系得出[1,2]。这种关系适用于铅锡焊带和无铅焊带。光伏组件的有限元模拟结果说明了这个关系式可以保守估计其等效性[3]。这些模拟结果显示，高温下封装材料的软化会加速焊料疲劳损伤的积累。因此，虽然规定较高的循环最大温度可减少总测试时间，但其等效性或总体应力水平可能比预期的要大。图A.1等效循环次数与循环最大温度和组件运行最大温度（85℃)的差值的关系用测试组件数量n和等效热循环次数Ne来确定要求的热循环次数NR：式中：这个公式是由一个单参数威布尔分布推导出来的，基于95%组件测试样品通过500次热循环等效应力测试后相对最大功率衰减应小于5%的规定。这里威布尔分布形状参数选择6[1]。图A.2给出了一个形状参数为6、500次循环后通过概率为95%的威布尔分布图，用来说明假设的分布。在这个分布中，特性寿命（63.5%的失效概率）对应820次循环，1%的失效（相对最大功率衰减＞5%）对应378次循环，而99%失效对应1057次循环。式(A.2)的结果NR就是本文件所要求的n块组件样本量的热循环次数。6GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019图A.2形状参数为6，500次循环时通过概率为95%的威布尔分布图下面是计算要求的热循环次数的示例：a)选择循环参数：TMAX=95℃,n=2。b)计算等效循环次数：c)计算试验要求的循环次数：样本量对要求的循环次数和相应的试验时间的影响如表A.1所示。表A.1样本量对循环次数和测试时间的影响N7GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019基于应用地气候的加速因子分析表明，一些环境温度高并且局部多云的气候条件对光伏组件的焊料疲劳[3]影响更大。本附件的目的就是用来指导评估特定应用地是否需要进行扩展热循环测试，以正确评估组件的焊料产生热机械疲劳的环境耐久性。已经证明，焊料疲劳损伤率取决于组件温度相关的三个因子：-，表示电池的日平均最高温度；r(55)，表示温度反转项。图B.1电池一天的温度曲线示意图（用以说明电池最高温度、最高温度变化和温度反转项）图B.1电池一天的温度曲线示意图说明了以上三个因素。温度反转项r(55)是电池温度在55℃反转的次数（图B.1,r(55)=4）。确定一个特定的应用地是否需要进行扩展热循环测试，需利用应用地组件电池一年的60分钟平均温度数据来估算以上三个因子。为了保证分析的准确性，更高频次采样的温度数据应缩减采样率折算成60分钟平均温度数据。-和-T-项代表了全年观察到的日平均值，r(55)项是全年的总次数。图B.2给出了特定应用地在综合考虑三个因子后是否需要进行扩展热循环测试的建议。这是基于有限元模拟，加速热循环试验所积累的焊料疲劳损伤程度与不同气候条件下组件服役过程中焊料所积累的疲劳损伤程度等效。图中定义的区域代表了气候特征，在这种气候下组件服役25年的时间产生的焊料疲劳损伤超过了200到250个加速热循环试验带来的等效疲劳损伤。通过分析组件电池温度中-和-T-项来使用该图。如果r(55)因子大于图中阴影区域显示的值，则表示该特定应用地的气候具有特别的破坏性，建议进行扩展热循环测试评估。8GB/TXXXX—202X/IEC62892:2019图B.2特定应用地进行扩展热循环的建议为了便于说明，将德国弗莱堡（FreiburgGermany）和美国亚利桑那州菲尼克斯（PhoenixArizona）这两个城市的温度因子绘制在图B.2中。这两个城市的三个因子详细数据见表B.1。因为菲尼克斯的r(55)=396，所以建议进行扩展热循环测试评估。而对于弗莱堡(r(55)=38)，不必进行扩展热循环测试来评估该地的组件的热机械疲劳耐久性。表B.1组件电池温度因子Tcmax∆Tr(55)如果没有一年的组件电池温度数据，可以通过特定地点的气象数据来计算组件电池一年的温度数据。如果应用这种方法，建议使用组件制