【PVPMC】CGC鉴衡认证--钱龙生--光伏组件加速老化测试方法

光伏组件加速老化测试方法 钱龙生（ Eason Qian） 2019-12-10 Accelerated aging testing for photovoltaic(PV) modules 1 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 目录 Contents 01 背景Background 02 光伏组件加速老化测试 Accelerated aging testing for photovoltaic(PV) modules 2 03 结论Conclusion CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 01 背景Background 3 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 背景 Background • 光伏组件在户外使用 25年，其衰减直接影响发电量和收益。 业内一般承诺，组件在 25年使用期内，功率衰减不超过 20%。 • 组件能否在外界实际使用的环境条件下安全、可靠，并保证其发电性能保持在一定水平之上，尤其是组件长期使用下的发电功率衰减 问题，在光伏行业受到广泛的关注。 • Photovoltaic modules are intended to be used outdoors for 25 years. Its degradation will directly affect the power generation and revenue. The industry generally promises that the power degradation of modules will not exceed 20% within the 25 year service lifetime. • Whether the module can be safe and reliable under the actual use of the external environment, and ensure its power performance to maintain above a certain level, especially the power degradation of the module under long-term use, has been widely concerned in the photovoltaic industry. 4 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 背景 • 根据以往的电站测试经验表明，大量已通过组件的设计鉴定与定型阶段的测试，在电站实际应用中可能根据现场的 环境不同，生产的厂商不同，所用原材料不同，生产的场所和时期不同等，均会对组件的质量产生重要影响（隐裂、 蜗牛纹、热斑、 EVA黄变等），从而导致其功率衰减水平差异较大。 Background 5 • According to the past test experience from power plant, a large number of modules that passed the design qualification and type approval, when in the practical application of power plant, the quality of modules will be greatly affected (e.g. hidden crack, snail pattern, hot spot, EVA yellow change, etc.) per the different site environment, different manufacturers, different raw materials, different production sites and periods, etc. The power degradation level is different. CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 光伏组件衰减类型 Degradation type of PV modules  由缺陷 /损伤导致的功率衰减 /失效 • 组件初期失效的主要致因 ， 衰减率高 • 可以通过 IEC 61215标准测试项目发现 • Short term: detected by basic reliability tests  组件长期自然老化导致的衰减 • 随着组件使用而逐渐衰减 ， 衰减率较平稳 • 原材料 /零部件的自然老化 • 电池片的老化 • 应综合考虑 全光谱光照 与 温湿度 共同的影响 • Long term: detected by stress tests and accelerated aging tests 6 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） Degradation mode of PV modules光伏组件衰减机制 • 第一阶段：光致衰减，指因组件自身物理特性， 其发电功率在初始使用的较短时间内发生较大 幅度的下降，随后趋于稳定。 • 第二阶段：自然老化衰减，指组件在长期户外 使用中，因材料老化导致的极缓慢的发电功率 下降。 • Stage 1: Photo-degradation, the large scale power degradation in a short period of initial use due to the physical characteristics of the module itself, and then it tends to be stable. • Stage 2: Natural aging degradation, which means the extremely slow power degradation caused by material aging during the long-term outdoor use of the module. 7 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 组件失效模式和影响因子 组件失效 模式 主要影响因子 光照紫 外 光照 光热 环境温 度 环境 湿度 雨水 盐雾 沙尘 风 冰雹 初始光致衰减 ■ ■ ■ 电池片退化 ■ ■ 电池裂片 ■ ■ 热斑 ■ ■ 封装材料脱层和固化缺陷 ■ ■ ■ ■ 封装材料失去粘性和脆化 ■ ■ 封装材料和背板的黄变 ■ ■ ■ 由背板分解引起的接地故障 ■ ■ 玻璃破损 ■ ■ ■ 玻璃磨损导致透光率下降 ■ ■ 互联条断裂 ■ ■ ■ ■ 焊接故障 ■ ■ 接线盒粘接故障 ■ ■ ■ 旁路二极管故障 ■ ■ ■ 二极管过热导致的封装材料、背板、接线盒故障 ■ ■ 结构问题 ■ ■ 电位诱导衰减效应（ PID） ■ ■ 盐雾和盐水导致的腐蚀 ■ ■ ■ ■  组件失效的影响因子包括： • 光照 • 温度 • 湿度 • 风 、 雨 、 雪等 • 以上因素的耦合  光照 、 温度 和 湿度 是组件 老化的 主要影响因子  光照不仅仅是紫外光照 ， 应包括 全光谱 范围的光照 Failure modes and influencing factors of PV modules 8  Main factors: • Irradiance • Temperature • Humidity CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 基础可靠性测试 Basic reliability testing for PV modules 现行 IEC标准在组件可靠性方面的探索 • IEC 61215/IEC 61730系列 ——组件性能及基本可靠性要求 • IEC 61701/IEC 62716/IEC 62804/IEC TS 62782等 ——特殊环境耐候性 • 这些测试方法对于揭示组件设计上的可靠性问题有很好的帮助 • 在这些基础上的加严试验成为最常见易操作的加速老化测试方法 IEC/EN 61215, IEC/EN/UL 61730 光伏组件性能及安全试验 •Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval •Photovoltaic (PV) module safety qualification IEC 61701 光伏组件盐雾腐蚀试验 •Salt mist corrosion testing of photovoltaic (PV) modules IEC 62716 光伏组件氨腐蚀试验 •Photovoltaic (PV) modules – Ammonia corrosion testing IEC TS 62804-1 光伏组件 PID测试 •Photovoltaic (PV) modules – Test methods for the detection of potential- induced degradation IEC TS 62782 光伏组件动态机械载荷测 试 •Photovoltaic (PV) modules – Cyclic (dynamic) mechanical load testing Current IEC standards for basic reliability testing • IEC 61215/IEC 61730 series • IEC 61701/IEC 62716/IEC 62804/IEC TS 62782/etc. 9 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 单项加严测试 Single stress testing for PV modules 0 200 400 600 - 4.0 - 3.5 - 3.0 - 2.5 - 2.0 - 1.5 - 1.0 - 0.5 0.0 0.5 Per forma nce degradation (%) TC( cy cles) T y pe1-Pmax T y pe2-Pmax T y pe3-Pmax 0 1000 2000 3000 -5 -4 -3 -2 -1 0 Pm a x d e g ra d a ti o n (% ) D H ( H ) M o d u l e 1 -Pm a x M o d u l e 2 -Pm a x M o d u l e 3 -Pm a x M o d u l e 4 -Pm a x 0 30 60 90 -3 .0 -2 .5 -2 .0 -1 .5 -1 .0 -0 .5 0 .0 Pm a x d e g ra d a ti o n (% ) UV(K W H) M o d u l e 1 -Pm a x M o d u l e 2 -Pm a x M o d u l e 3 -Pm a x M o d u l e 4 -Pm a x TC600 DH3000 UV90 10 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 单项加严测试 DH 3000 IEC 61215-2 MQT 13 DH1000 UV 60 IEC 61215-2 MQT 10 UV 15kWh/m2 LeTID 486 or more LeTID test method 162h TC 600 IEC 61215-2 MQT 11(b) TC 200 HF 30 IEC 61215-2 MQT 12 HF10 PID 192 or more IEC TS 62804-1 PID 96hin 85℃ , RH85% 共同特点 • 以 IEC标准的单项可靠性试验为一组 • 实施 2-3组测试，每组之间进行判定测试 Common features • Based on single testing of IEC standard • Double or triple the dosen Single stress testing for PV modules 11 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 序列加严测试 Extended stress testing for PV modules IEC TS 63209 ED 1 12 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 序列加严测试 C450 Extended stress testing for PV modules 13 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 序列加严测试 PQP (Product Qualification Program) Extended stress testing for PV modules 14 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） TC600 DH3000 UV45 HF30 PID192 LeTID486 … 单项加严测试 Single stress test key words Single, extended or accelerated aging test? IEC TS 63209 ED 1 CSA C450 PQP . 序列加严测试 Extended stress test Irradiance Temperature Humidity 加速老化测试 Accelerated aging test UV Temperature Humidity 单项、序列还是加速老化？ 15 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 02 光伏组件加速老化测试Accelerated aging testing for PV modules 16 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 光伏组件加速老化测试 光伏组件加速老化测试的要求 • 可控的温湿度测试环境 • 高稳定性全光谱范围的稳态光源 • 与户外衰减曲线一致的合适的测试条件 Accelerated aging testing for PV modules Requirements for accelerated aging testing for PV modules • Controllable temperature and humidity test environment • Stable light source with high stability and full spectral range • Suitable test conditions consistent with outdoor degradation curve 17 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 光伏组件加速老化测试 光伏组件累积辐照加速老化测试： 更短时间反映组件长期衰减 • 老化时辐照强度设定为 3000W/m2； • 组件温度设定为 70℃ ±5℃ ； • 辐照度及温度随时间变化， 8h为一个循环 周期，光照 7h(70℃ ） +无光照 1h(室温 ) ， 进行 72次循环，共计 24天。 Accelerated aging testing for PV modules： • Irradiance: 3000W/m2 ； • Temperature: 70℃ ±5℃ • 1 cycle: 8h (7h with irradiance and under 70 ℃ , 1h without irradiance and under room temperature), total 72 cycles in 24 days. Accelerated aging testing for PV modules 18 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 光伏组件加速老化测试 • 由鉴衡认证牵头提出的 《 光伏组件加速老化测试方法 》 团标提案已启动，欢迎业界同仁参与到此标准编制中。 • Accelerated aging test for PV modules, the social organization standard raised by CGC has been started successfully, welcome the industry peers to participate in the standard establishing work. Accelerated aging testing for PV modules 19 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 光伏组件加速老化测试 光伏组件累积辐照加速老化测试平台 ✓ 测试 平台通过“ 863”重点计划 课题验收 ✓ 温湿度测试环境，温度控制范围 -40℃ ~105℃ ， 湿度控制范围 20%~80% ✓ 高稳定性的全光谱（ 250-1400nm）稳态光源，最大辐照度 达 4000W/m2 （获得 NIM和 FJL校准报告） ✓ 可设置合适的测试条件 ✓ 可外接监控电流或偏置电压 Accelerated aging testing platform ✓ Passed and accepted by national 863 key project ✓ Temperature: -40℃ ~105℃ ， Humidity: 20%~80% ✓ Full optical spectrum with high stability （ 250-1400nm） by stable light source, Max. irradiance: 4000W/m2 （ with NIM and FJL calibration reports） ✓ Suitable test conditions can be set ✓ External monitoring current or bias voltage can be added Accelerated aging testing for PV modules 20 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 03 结论Conclusion 21 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 结论 01 03 组件自然老化引起的功率衰减定性趋势已得到公认： 大致呈线性趋势逐年下降，主要原因是电池片缓慢 衰减与封装材料的性能老化。 辐照量积累 是导致组 件长期功率衰减的主要因素之一。 Irradiance accumulation is one of the main factors leading to the long-term power degradation of PV module. 未来方向：可对相应条件下组件和材料进行 等级排序 。 (Future direction) To rank the modules and materials under corresponding conditions. 02 光伏组件 加速老化测试 Accelerated aging testing for PV modules 可有效 分析组件的潜在失效模式 和 可靠性风险 。 To analyze the potential failure mode and reliability risk of modules. Conclusion 22 CGC 第十三届国际光伏性能建模与仿真研讨会（ PVPMC） 谢 谢！ 北京市东城区和平里北街 6号远东科技文化园 26号楼三层 3F,Building 26,Far East ST Cultural Park, No.6 Hepingli North St., Dongcheng District, Beijing, 100013,P.R.C. 钱龙生 (Eason Qian) 15800787394 ( 010 ) 5979-6665 传递信息 建立信任 提供知识 推动进步 CREATING TRUST, PROMOTING PROGRESS 23