محفظه های تست ماژول PV: گرمای مرطوب، یخ زدگی UV و رطوبت

محفظه‌های تست ماژول PV تجهیزات ضروری برای تایید قابلیت اطمینان طولانی مدت پانل‌های خورشیدی هستند قبل از اینکه وارد میدان شوند سه نوع مهم محفظه - محفظه های تست حرارت مرطوب، محفظه های آزمایش پیری UV، و محفظه های آزمایش انجماد رطوبت - هر کدام مکانیسم تخریب خاصی را شبیه سازی می کنند که ماژول ها در طول عمر کاری 25 تا 30 ساله با آن مواجه خواهند شد. آنها با هم هسته اصلی توالی آزمون صلاحیت IEC 61215 و IEC 61730 را تشکیل می دهند که توسط سازمان های صدور گواهینامه بین المللی مورد نیاز است. انتخاب مشخصات محفظه مناسب و درک آنچه که هر آزمایش در مورد حالت‌های خرابی ماژول نشان می‌دهد به تولیدکنندگان، آزمایشگاه‌های آزمایش و مهندسین تدارکات اجازه می‌دهد تا با اطمینان در مورد کیفیت محصول تصمیم بگیرند.

چرا اتاق‌های تست ماژول PV برای قابلیت اطمینان خورشیدی اهمیت دارند؟

پنل های خورشیدی در معرض برخی از سخت ترین شرایط محیطی نسبت به هر محصول مصرفی تولید انبوه قرار دارند. نصب روی پشت بام در آب و هوای گرمسیری مرطوب ممکن است تغییرات دمایی روزانه 40 درجه سانتیگراد، تابش اشعه ماوراء بنفش پایدار بیش از 1000 W/m² و رطوبت نسبی بالای 85 درصد را برای ماه‌ها در یک زمان تجربه کند. نصب در مقیاس کاربردی در یک محیط بیابانی استرس دوچرخه‌سواری حرارتی ناشی از گرمای شدید روز و به دنبال آن شب‌های سرد را اضافه می‌کند.

خرابی های میدانی در ماژول های PV گران هستند. جایگزینی یک پنل واحد در یک آرایه ابزار ممکن است هزینه داشته باشد 150 تا 400 دلار شامل نیروی کار و تدارکات و تخریبی که توان خروجی را حتی 0.5 درصد در سال فراتر از نرخ تضمینی کاهش می دهد، تأثیر مالی قابل توجهی در طول عمر دارایی 30 ساله دارد. محفظه‌های پیری تسریع شده، سال‌ها قرار گرفتن در معرض میدان را به روزها یا هفته‌ها استرس کنترل‌شده آزمایشگاهی فشرده می‌کنند و تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا قبل از ارسال محصولات، نقاط ضعف را در چسبندگی کپسول، متالیزاسیون سلول، آب‌بندی جعبه اتصال و یکپارچگی قاب شناسایی کنند.

استاندارد IEC 61215 - چارچوب صلاحیت بین‌المللی اولیه برای ماژول‌های سیلیکون کریستالی و لایه نازک - آزمایش‌های مبتنی بر محفظه خاصی را به‌عنوان الزامات قبولی/شکست الزامی می‌کند. ماژول هایی که در این تست ها شکست می خورند نمی توانند گواهی شوند و ماژول های تایید نشده از اکثر فرآیندهای تدارکات تجاری و ابزار مستثنی هستند.

محفظه تست حرارت مرطوب : شبیه سازی استرس رطوبتی طولانی مدت

تست گرمای مرطوب به طور گسترده ای به عنوان سخت ترین آزمایش تک محفظه ای در توالی صلاحیت PV در نظر گرفته می شود. مستقیماً مسیرهای ورودی رطوبت را هدف قرار می دهد که منجر به رایج ترین و از نظر اقتصادی مهم ترین حالت های شکست میدان در ماژول های سیلیکون کریستالی می شود.

شرایط آزمون و الزامات استاندارد

طبق IEC 61215-2، آزمایش گرمای مرطوب نیاز به قرار گرفتن در معرض ماژول ها دارد دمای 85 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 85 درصد (RH) به مدت 1000 ساعت مداوم - وضعیتی که معمولاً در صنعت به آن "85/85" گفته می شود. این ترکیب انتشار رطوبت را از طریق مواد محصورکننده با سرعتی تقریباً 50 تا 100 برابر سریع‌تر از شرایط معمولی در فضای باز تسریع می‌کند و به طور موثر چندین دهه قرار گرفتن در معرض آب و هوای مرطوب را در کمتر از شش هفته شبیه‌سازی می‌کند.

برای گذراندن، یک ماژول باید پس از تکمیل 1000 ساعت خیساندن، تمام موارد زیر را داشته باشد:

• حداکثر توان خروجی (Pmax) تنزل بیش از 5٪ نیست در مقایسه با خط پایه پیش آزمون
• هیچ شواهدی دال بر نقص بصری عمده از جمله لایه لایه شدن، حباب زدن، خوردگی، یا اتصالات شکسته وجود ندارد
• مقاومت عایق باید بالاتر از حد آستانه تعیین شده قبل از آزمایش باقی بماند
• بدون شرایط خطای زمین که نشان دهنده انزوای الکتریکی به خطر افتاده باشد

آنچه آزمایش حرارت مرطوب نشان می دهد

شرایط 85/85 به طور خاص بر یکپارچگی محصور کننده تأکید می کند - به ویژه فیلم های EVA (اتیلن وینیل استات) و POE (الاستومر پلی الفین) که سلول ها را به شیشه جلو و صفحه پشتی می چسباند. نفوذ رطوبت از طریق این لایه‌ها باعث تشکیل اسید استیک در کپسول‌های EVA می‌شود که به تماس‌های سلول نقره‌ای حمله می‌کند، شینه‌ها را خورده و عملکرد الکتریکی اتصالات سلولی را کاهش می‌دهد.

ماژول‌هایی با آب‌بندی لبه‌های ناکافی، کپسول‌کننده نامناسب، یا واشرهای جعبه اتصال نامرغوب، افت مقاومت عایق قابل اندازه‌گیری را در 200 تا 300 ساعت اول قرار گرفتن در معرض حرارت مرطوب نشان می‌دهند. این باعث می‌شود که تست در غربالگری مشکلات کیفیت تولید قبل از استقرار در میدان بسیار مؤثر باشد.

مشخصات محفظه برای تست گرمای مرطوب

• محدوده دما: معمولاً 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد، با یکنواختی 0.5± درجه سانتیگراد در سراسر منطقه آزمایش
• محدوده رطوبت: 20٪ تا 98٪ RH، با دقت کنترل RH 2٪ در شرایط آزمایش
• حجم محفظه: محفظه های ماژول PV باید دارای ماژول های با اندازه کامل باشند. ابعاد داخلی مشترک از 1500 × 1000 × 800 میلی متر تا 2400 × 1400 × 1000 میلی متر یا بزرگتر برای ظرفیت چند ماژول
• گردش هوا: سیستم‌های همرفت اجباری توزیع یکنواخت دما و رطوبت را تضمین می‌کنند، با جریان هوا که برای جلوگیری از تراکم بر روی سطوح ماژول در طول عملیات حالت پایدار طراحی شده است.
• خلوص آب: تامین آب دیونیزه یا مقطر به سیستم رطوبت از رسوبات معدنی جلوگیری می کند که بر دقت رطوبت و فواصل نگهداری محفظه تأثیر می گذارد.

محفظه تست پیری UV: کمی سازی تخریب نوری

اشعه ماوراء بنفش مسئول دسته مشخص و قابل توجهی از تخریب ماژول PV است که آزمایش گرمای مرطوب آن را نمی گیرد. محفظه‌های آزمایش پیری UV، قرار گرفتن در معرض تجمعی اشعه ماوراء بنفش خورشیدی را شبیه‌سازی می‌کنند تا تغییر رنگ محصورکننده، شکنندگی ورق پشتی و تخریب پوشش سطح را ارزیابی کنند.

شرایط آزمون و الزامات IEC

IEC 61215-2 پیش شرط UV را قبل از چرخه حرارتی و تست انجماد رطوبت مشخص می کند. تست استاندارد UV نیاز به a دوز کلی UV 15 کیلووات ساعت در متر مربع در باند طول موج 280-400 نانومتر، با حداقل 5 کیلووات ساعت در متر مربع در زیر باند 280-320 نانومتر (UV-B). دمای محفظه در آن حفظ می شود 60°C ± 5°C در طول تابش برای تکرار تنش ترکیبی حرارتی و فتوشیمیایی در معرض قرار گرفتن در فضای باز.

برای آزمایش‌های طولانی مدت UV - مورد استفاده در تحقیقات و برای ماژول‌هایی که بازارهایی با شاخص سالانه UV بالا مانند استرالیا، خاورمیانه یا تأسیسات در ارتفاع بالا را هدف قرار می‌دهند - دوزهای تجمعی 60-120 کیلووات ساعت در متر مربع برای شبیه سازی 10-20 سال قرار گرفتن در معرض UV میدانی استفاده می شود.

مکانیسم های تخریب اهداف آزمایش UV

• زرد شدن محصور کننده: EVA تحت قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش از طریق یک فرآیند اکسیداسیون عکس تغییر رنگ می دهد، جذب نوری را افزایش می دهد و جریان اتصال کوتاه (Isc) را با مسدود کردن انتقال نور به لایه سلول کاهش می دهد.
• تخریب صفحه پشتی: صفحات پشتی پلیمری، به ویژه آنهایی که از لایه‌های فلوروپلیمر یا PET استفاده می‌کنند، می‌توانند در اثر قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش، گچ سطح، ترک خوردن و از دست دادن خواص عایق الکتریکی را تجربه کنند.
• خرابی پوشش ضد انعکاس: پوشش های سل-ژل یا پلیمر AR روی شیشه جلویی می توانند تحت تابش اشعه ماوراء بنفش تخریب شوند، انتقال را کاهش دهند و تلفات بازتاب نور را در طول زمان افزایش دهند.
• خرابی چسب و درزگیر: چسب های قاب و ترکیبات گلدان جعبه اتصال تحت تنش UV خاصیت ارتجاعی و چسبندگی خود را از دست می دهند و مسیرهایی را برای ورود رطوبت در قرار گرفتن در معرض مزرعه بعدی ایجاد می کنند.

فناوری لامپ UV در اتاق های آزمایش

محفظه های پیری UV برای آزمایش PV از یکی از دو فناوری لامپ اصلی استفاده می کنند که هر کدام دارای مزایای متمایز هستند:

• لامپ های قوس زنون: یک خروجی طیف کامل نزدیک به نور طبیعی خورشید، از جمله نوارهای مرئی و مادون قرمز در کنار UV ارائه دهید. برای آزمایش در جایی که رئالیسم طیفی گسترده مورد نیاز است، ترجیح داده می شود. فواصل تعویض لامپ معمولاً وجود دارد 1500-2000 ساعت .
• لامپ های فلورسنت UV (UVA-340 یا UVB-313): خروجی غلیظ UV را برای تجمع سریعتر دوز فراهم کنید. لامپ‌های UVA-340 طیف خورشیدی زیر 360 نانومتر را کاملاً تکرار می‌کنند و انتخاب ارجح برای آزمایش PV مطابق با استاندارد IEC 61215 هستند. هزینه عملیاتی کمتر از سیستم های قوس زنون.

یکنواختی تابش در سراسر صفحه آزمایش باید در داخل باشد ± 15٪ طبق الزامات IEC، نیاز به کالیبراسیون منظم لامپ با استفاده از یک پرتو سنج UV کالیبره شده قابل ردیابی مطابق با استانداردهای ملی است.

محفظه تست انجماد رطوبت: تست چرخه حرارتی تحت رطوبت

تست انجماد رطوبت، قرار گرفتن در معرض رطوبت بالا را با چرخه دمای زیر صفر ترکیب می‌کند تا اثرات مخرب چرخه‌های انجماد و ذوب را بر ساختارهای ماژول پر از رطوبت شبیه‌سازی کند. این به ویژه برای ماژول های مستقر در آب و هوای معتدل و قاره ای که دمای زمستان به طور منظم به دنبال دوره های رطوبت بالا به زیر صفر درجه سانتیگراد کاهش می یابد، مرتبط است.

پروتکل تست انجماد رطوبت IEC 61215

توالی انجماد رطوبت IEC 61215-2 شامل مراحل زیر است که برای 10 سیکل :

1. حالت ماژول را در 85 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 85 درصد به مدت 20 ساعت برای دستیابی به اشباع رطوبت محصور کننده و آب بند لبه
2. کاهش دمای سطح شیب دار به -40 درجه سانتی گراد در حالی که رطوبت تا زمانی که تراکم و تشکیل یخ در ساختار ماژول رخ دهد حفظ می شود
3. حداقل در دمای 40- درجه سانتیگراد نگه دارید 30 دقیقه برای اطمینان از تعادل حرارتی و تشکیل کامل یخ
4. برای تکمیل یک چرخه، با کل زمان چرخه تقریباً، تا 85 درجه سانتیگراد / 85 درصد RH برگردید. 24 ساعت

معیارهای قبولی منعکس کننده معیارهای تست گرمای مرطوب است: تخریب Pmax نباید از 5٪ تجاوز کند هیچ نقص بصری مهمی وجود ندارد و مقاومت عایق باید بالاتر از آستانه خط پایه باقی بماند.

حالت های شکست تست انجماد رطوبتی را شناسایی می کند

انبساط حجمی آب در هنگام یخ زدن (تقریباً 9% انبساط حجمی) باعث ایجاد تنش مکانیکی در لایه لایه ماژول می شود. این تنش در فصل مشترک بین مواد با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت متمرکز می شود - به ویژه در رابط های سلول به کپسول، در امتداد اتصالات لحیم شینه، و در پیوند چسب جعبه اتصال.

• شروع لایه برداری: رطوبتی که به رابط سلول-کپسوله نفوذ کرده است، منجمد و منبسط می شود، و باعث شروع یا انتشار جبهه های لایه لایه می شود که قبل از آزمایش نامرئی هستند اما در تصویربرداری الکترولومینسانس پس از آن آشکار می شوند.
• خستگی مفصل لحیم کاری: چرخه حرارتی مکرر در محدوده دمایی 125 درجه سانتیگراد (40- درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد) باعث تسریع ترک خوردن ناشی از خستگی در آلیاژهای لحیم کاری قلع سرب و بدون سرب می شود که در نوارهای اتصال سلولی استفاده می شود.
• خرابی آب بندی قاب: مهر و موم های قاب لاستیکی سیلیکونی یا بوتیل که رطوبت را جذب کرده اند می توانند در طول فاز انجماد ترک بخورند و به طور دائم مانع رطوبت ماژول را در معرض خطر قرار دهند.
• شکستگی صفحه پشتی: شکنندگی لایه های پلیمری لایه پشتی در دمای پایین، به ویژه در محصولات تک لایه مبتنی بر PET، با ترکیب رطوبت و چرخه یخ زدگی تسریع می شود.

الزامات محفظه برای تست یخ زدگی رطوبت

• محدوده دما: -40 درجه سانتی گراد تا 100 درجه سانتی گراد، با نرخ های شیب دار کنترل شده معمولاً در تنظیم شده است 100 درجه سانتیگراد در ساعت در طول انتقال
• کنترل رطوبت: تزریق رطوبت فعال تا 98% RH در دماهای بالا. کنترل رطوبت در زیر نقطه شبنم در فاز سرد مورد نیاز نیست
• سیستم خنک کننده: تبرید آبشاری یا خنک‌سازی به کمک نیتروژن مایع برای دستیابی و حفظ -40 درجه سانتی‌گراد به طور قابل اعتماد در حجم آزمایشی بزرگ
• کنترل کننده قابل برنامه ریزی: برنامه نویسی پروفایل چند بخش برای خودکارسازی توالی 10 چرخه با کنترل انتقال دقیق و ثبت داده ها در فواصل حداقل 1 دقیقه ای

مقایسه محفظه تست ماژول PV سه هسته ای

چگونه این آزمون‌ها در توالی کامل صلاحیت IEC 61215 قرار می‌گیرند

سه آزمایش مبتنی بر محفظه به صورت مجزا عمل نمی کنند. IEC 61215 آنها را در یک جریان آزمایش متوالی سازماندهی می‌کند که در آن آزمایش‌های پیش‌تنظیمی UV، چرخه حرارتی، و آزمایش‌های مبتنی بر رطوبت با هم تعامل دارند تا تخریب تجمعی را آشکار کنند که هیچ آزمایشی به تنهایی آن را نمی‌گیرد.

توالی تست استاندارد مربوط به این اتاق ها به شرح زیر است:

1. آماده سازی UV (محفظه پیری اشعه ماوراء بنفش): ماژول ها قبل از آزمایشات بعدی، دوز 15 کیلووات ساعت در متر مربع UV را برای پوشش های سطحی و پوششی پیش تنش دریافت می کنند.
2. چرخه حرارتی (محفظه شوک حرارتی مجزا): 200 چرخه بین 40- تا 85 درجه سانتی گراد با نرخ های شیب دار کنترل شده، اغلب بلافاصله پس از آماده سازی UV انجام می شود.
3. یخ زدگی رطوبت (محفظه انجماد رطوبت): 10 چرخه از توالی ترکیبی رطوبت-خیساندن و انجماد پس از چرخه حرارتی
4. گرمای مرطوب (محفظه حرارتی مرطوب): خیساندن 1000 ساعت، معمولاً روی یک نمونه موازی تنظیم شده به ترتیب چرخه حرارتی / انجماد رطوبت اجرا می شود.

این ساختار متوالی عمدی است. آماده سازی UV پیوندهای چسب و چگالی اتصال عرضی محصور کننده را تضعیف می کند و ماژول را نسبت به تنش های مکانیکی ناشی از چرخه حرارتی بعدی و تست های انجماد رطوبت حساس تر می کند. ماژولی که گرمای مرطوب را به صورت مجزا از خود عبور می دهد اما پس از مواجهه کامل متوالی از کار می افتد، مشکلات کیفیت نهفته ای را نشان می دهد که پروتکل های تک آزمایشی از دست می دهند.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب اتاق های تست ماژول PV

تهیه محفظه‌های تست ماژول PV نیاز به ارزیابی دقیق فراتر از مشخصات پایه دما و رطوبت دارد. پارامترهای زیر مستقیماً بر دقت آزمایش، توان عملیاتی و هزینه کل مالکیت تأثیر می‌گذارند.

فراتر از IEC 61215: آزمایش گسترده و ویژه برنامه

صلاحیت IEC 61215 نشان دهنده حداقل نوار برای دسترسی به بازار است، نه تضمینی برای عملکرد میدانی 25 ساله. این صنعت پروتکل‌های تست تکمیلی را توسعه داده است که از سه نوع محفظه مشابه در شرایط سخت‌تر برای پیش‌بینی بهتر قابلیت اطمینان بلندمدت استفاده می‌کند.

• IEC TS 63209 (تست استرس طولانی): مدت زمان تست استاندارد IEC 61215 - 2000 ساعت گرمای مرطوب، 400 چرخه حرارتی و 20 چرخه انجماد رطوبت - را دو یا سه برابر می کند تا بین محصولات با کیفیت متفاوت در محدوده گواهی شده تفاوت قائل شود.
• افزایش دوز UV برای بازارهای با تابش بالا: ماژول هایی که در بیابان یا استقرار در ارتفاعات هدف قرار می گیرند آزمایش می شوند 60-120 کیلووات ساعت در متر مربع دوز UV برای شناسایی فرمول‌های کپسول‌کننده و ساختارهای ورقه‌ای که عملکرد را تحت قرار گرفتن در معرض تجمعی شدید UV حفظ می‌کنند.
• آزمایش PID (تخریب القایی بالقوه): آزمایش PID در محفظه‌های حرارتی مرطوب با بایاس الکتریکی اعمال شده در پایانه‌های ماژول انجام می‌شود، آزمایش PID در 85 درجه سانتی‌گراد/85 درصد RH با ولتاژ سیستم 1000 ولت، مهاجرت یون سدیم از طریق شیشه را نشان می‌دهد که مقاومت شنت سلولی را کاهش می‌دهد.
• تست توالی برای ماژول های دو وجهی: ماژول‌های دو وجهی به توالی‌های آزمایش گرمای مرطوب و فرابنفش اصلاح‌شده نیاز دارند که در معرض قرار گرفتن با کپسول‌کننده‌های پشتی و صفحه پشتی را به حساب می‌آورند، زیرا پروتکل‌های استاندارد IEC 61215 برای محصولات تک‌وجهی ایجاد شده‌اند.

آزمایشگاه‌های آزمایش مستقل در مقیاس بزرگ مانند TÜV Rheinland، UL Solutions، و PVEL (PV Evolution Labs) کارت‌های امتیازی سالانه تولیدکنندگان ماژول را بر اساس عملکرد در این توالی‌های آزمایشی گسترده منتشر می‌کنند. ماژول‌های چارک بالای کارت امتیازی PVEL به طور مداوم تخریب گرمای مرطوب را زیر 2% نشان می‌دهند. و کاهش یخ زدگی رطوبت کمتر از 1.5٪ پس از توالی های آزمایشی طولانی - ارائه یک معیار مبتنی بر داده برای تصمیم گیری های خرید.