المصدر: صور غير مكتملة
شهدت صناعة الخلايا الكهروضوئية (PV) تحولًا سريعًا بشكل لا يصدق بعد عام 2000 نتيجة لاختراقات تكنولوجية استثنائية ، من مستوى المواد حتى تصنيع الوحدات على نطاق واسع.
مع توقع نمو الصناعة الكهروضوئية باستمرار في السنوات القادمة ، يجذب سؤالان رئيسيان الانتباه بين مشغلي السوق:
1. ما الذي يشكل وحدة "نوعية جيدة"؟
2. كيف ستكون "موثوقة" في الميدان؟
كلاهما ، حتى الآن ، لم يتم الرد عليها بطريقة شاملة.
معايير PV للأداء الموضحة في هذه المقالة ، وهي IEC 61215 (Ed. 2 - 2005) و IEC 61646
(Ed.2 - 2008) ، تعيين تسلسل اختبار وشروط ومتطلبات محددة للتأهيل التصميمي للوحدة الكهروضوئية.
يعتبر مؤهل التصميم أنه يمثل قدرة أداء الوحدة الكهروضوئية تحت التعرض لفترات طويلة للمناخ القياسي (المحدد في IEC 60721-2-1). بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من المعايير الأخرى (IEC 61730-1 ، IEC 61730-2
و UL1703) التي تتناول مؤهلات السلامة لوحدة نمطية ، ولكن سيتم تناول هذا المجال في مقال لاحق.
في مجال الشهادة ، يعتمد تأهيل التصميم على اختبار النوع وفقًا لـ IEC أو EN أو المعايير الوطنية الأخرى.
تجدر الإشارة إلى عدم ملاءمة المصطلحات مثل "شهادة IEC" أو "شهادة IEC" ، بالإضافة إلى الإعلان باستخدام شعار IEC بدلاً من شعار هيئة الشهادة التي أصدرت الشهادة. IEC ليست هيئة إصدار الشهادات ؛ وهو اختصار للجنة الكهروتقنية الدولية ، وهي منظمة دولية للتقييس.
عندما يتم الجمع بين اختبار النوع وعمليات الفحص الدورية للمصنع من قبل هيئة إصدار الشهادات ، فإن هذا يشكل أساسًا للشهادات الصادرة عن هيئة التصديق هذه (وبالتالي تحمل علامتها / شعارها الخاص).
قد يشكل هذا ، إلى حد ما ، معيارًا قياسيًا لـ "الجودة الأساسية". ومع ذلك ، فإن مصطلح "الجودة" عام للغاية وغالبًا ما يساء استخدامه إذا كان يعتمد فقط على التوافق مع IEC.
جانب آخر حساس من "الجودة" هو "موثوقية" الوحدة - مصدر قلق كبير للمتعاقدين / المستثمرين PV.
الموثوقية لا يتم تعريفها ولا تغطيها معايير IEC الحالية. يُعزى نقص معايير الموثوقية جزئيًا إلى حقيقة أنه حتى الآن ، لا توجد بيانات إحصائية كافية تم جمعها من المجالات الكهروضوئية (حتى التركيبات الكهروضوئية "الأقدم" لا يزال يتعين عليها الوصول إلى عمرها 20/25 عامًا حسب الضمان) .
لكن كلا من المواصفة القياسية IEC 61215 و IEC 61646 ينصان بوضوح على أن الموثوقية لا يتم تناولها فيها ، وبالتالي فإن تأهيل التصميم لهذه المعايير لا يعني موثوقية الوحدة الكهروضوئية. لذلك ، يجتمع خبراء من الشركات المصنعة وبيوت الاختبار وهيئات التقييس في محاولة لوضع الأساس لمعيار الموثوقية الكهروضوئية. من المتوقع أن يتم إعداد مسودة أولى ، في وقت ما في المستقبل القريب.
الضمان هو أيضا قضية جديرة بالذكر. من الشائع في السوق بيع / شراء الوحدات الكهروضوئية التي يغطيها ضمان لمدة 20 عامًا. من المفترض أن يغطي الضمان التشغيل الآمن (بدون مخاطر كهربائية وحرارية وميكانيكية ومخاطر حريق) ومستوى مقبول من الأداء ، أي انخفاض محدود في إنتاج الطاقة (يعلن معظمهم عن فقدان Pmax بنسبة 1٪ سنويًا).
بعد توضيح النطاق العام للتطبيق والقيود فيما يتعلق بجودة المواصفة القياسية IEC 61215/61646 ، يقدم ما يلي وصفًا عامًا للاختبارات ، ويسلط الضوء على تلك التي لها أهمية كبيرة بالنسبة للسيليكون البلوري (c-Si) والوحدات الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة. بينما تم تصميم المواصفة القياسية IEC 61215 استنادًا إلى المعرفة الراسخة بتقنيات السيليكون البلوري الرئيسية الموجودة ، فقد اعتمدت المواصفة القياسية IEC 61646 بشكل أساسي على تقنية السيليكون غير المتبلور (a-Si). لذلك ، تتطلب التقنيات الجديدة نسبيًا مثل CIGS و CdTe وما إلى ذلك ، والتي تقدم سلوكًا وحساسية خاصة تجاه التعرض للضوء والتأثيرات الحرارية عناية واعتبارات خاصة أثناء الاختبار.
ستتم الإشارة إلى الاختلافات في المعيارين في النص المائل.
يتطلب كلا المعيارين أخذ عينات للاختبار بشكل عشوائي من دفعة الإنتاج وفقًا للمواصفة IEC 60410.
يجب تصنيع الوحدات من مواد ومكونات محددة وإخضاعها لعمليات ضمان الجودة لدى الشركة المصنعة. يجب أن تكون جميع العينات كاملة في كل التفاصيل وتزويدها بتعليمات التركيب / التركيب الخاصة بالشركة المصنعة.
يصف الشكل 1 طبيعة الاختبارات.
يمكن تلخيص النهج العام لكلا المعيارين في:
حدد "عيوب بصرية كبيرة.”
حدد "يتخطى الفشل" المعايير.
فعلالاختبارات الأوليةعلى جميع العينات.
عينات المجموعةللقيام بذلكتسلسل الاختبار.
فعلبعد الاختبارات بعد اختبارات واحدةوتسلسل الاختبار(IEC 61215).
قم بإجراء الاختبارات بعد الاختبارات الفرديةونقع الضوء النهائي بعد تسلسل الاختبار(IEC 61646).
ابحث عن "العيوب البصرية الرئيسية"وتحقق "نجاح / فشل"المعايير.
شكل 1
تمر عينات مختلفة من خلال تسلسل اختبار مختلف بالتوازي ، كما هو موضح في الشكلين 2 و 3.
الشكل 2: تسلسل اختبار التأهيل (IEC 61215)
الشكل 3: تسلسل الاختبار (IEC 61646)
تم تعريف خمسة "عيوب بصرية رئيسية" في المواصفة IEC 61215 ، بينما توجد ستة عيوب في المواصفة القياسية IEC 61646(مائل هي الفروق في IEC 61646):
أ) الأسطح الخارجية المكسورة أو المتشققة أو الممزقة ، بما في ذلك الركائز والركائز والإطارات وصناديق الوصلات ؛
ب) الأسطح الخارجية المنحنية أو غير المنحرفة ، بما في ذلك الركائز الفوقية والركائز والإطارات وصناديق التوصيل إلى الحد الذي يضعف فيه تركيب و / أو تشغيل الوحدة ؛
ج) انشقاق في خلية يمكن أن يؤدي انتشارها إلى إزالة أكثر من 10٪ من مساحة تلك الخلية من الدائرة الكهربائية للوحدة ؛
ج) فراغات أو تآكل مرئي في أي من طبقات الأغشية الرقيقة للدائرة النشطة للوحدة النمطية ، وتمتد لأكثر من 10٪ من أي خلية ؛ (IEC 61646)
د) الفقاعات أو التصفيحات التي تشكل مسارًا مستمرًا بين أي جزء من الدائرة الكهربائية وحافة الوحدة ؛
ه) فقدان السلامة الميكانيكية ، إلى الحد الذي يضعف فيه تركيب و / أو تشغيل الوحدة ؛
و) علامات الوحدة (التسمية) لم تعد مرفقة ، أو المعلومات غير قابلة للقراءة. (IEC 61646)
إلى جانب 6 معايير "نجاح / فشل" تشغيلية:
أ) لا يتجاوز تدهور قدرة الخرج القصوى الحد المقرر بعد كل اختبار ولا 8٪ بعد كل تسلسل اختبار ؛
أ) بعد النور النهائي للضوء ، لا تقل قدرة الخرج القصوى في شركة الاتصالات السعودية عن 90٪ من الحد الأدنى للقيمة المحددة من قبل الشركة المصنعة. (IEC 61646)
ب) لم تظهر أي عينة أي دائرة مفتوحة أثناء الاختبارات ؛
ج) لا يوجد دليل مرئي على وجود عيوب كبيرة ؛
د) يتم استيفاء متطلبات اختبار العزل بعد الاختبارات ؛
هـ) يتم استيفاء متطلبات اختبار تيار التسرب الرطب في بداية ونهاية كل تسلسل وبعد اختبار الحرارة الرطبة ؛
و) تم استيفاء المتطلبات المحددة للاختبارات الفردية.
إذا فشلت عينتان أو أكثر في أي من معايير الاختبار هذه ، فسيعتبر التصميم فاشلاً في التأهيل. إذا فشلت عينة واحدة في أي اختبار ، يجب أن تخضع عينتان أخريان لكامل تسلسل الاختبار ذي الصلة من البداية. إذا فشلت إحدى هاتين العيدين أو كلتيهما أيضًا ، يُعتبر التصميم فاشلاً لمتطلبات التأهيل. إذا اجتازت كلتا العينتين تسلسل الاختبار ، فسيعتبر التصميم مستوفياً لمتطلبات التأهيل.
ملحوظة:يمكن أن تكون بعض حالات الفشل ، على الرغم من وجودها في عينة واحدة ، مؤشرًا على مشكلات التصميم الخطيرة التي تتطلب تحليل الفشل ومراجعة التصميم لتجنب العوائد من الميدان (مشكلة الموثوقية). في مثل هذه الحالات ، يجب على المختبر إيقاف تسلسل الاختبار ودعوة الشركة المصنعة لإجراء تحليل تفصيلي للفشل ، وتحديد السبب الجذري ووضع الإجراءات التصحيحية اللازمة قبل تقديم العينات المعدلة لإعادة الاختبار.
تجدر الإشارة إلى الفرق في البند أ) بين المواصفة القياسية IEC 61215 و IEC 61646 بشأن تدهور Pmax.
في المواصفة القياسية IEC 61215 ، يجب ألا يزيد انحلال Pmax عن 5٪ من Pmax الأولي المقاس في بداية كل اختبار فردي ، ولا يزيد عن 8٪ بعد كل تسلسل اختبار.
يوجد في IEC 61646 عنصران حاسمان:
1. تعريف الحد الأدنى Pmax (مشتق من Pmax ± t (٪) المحدد على بطاقة التصنيف ، حيث يشير t (٪) إلى تفاوت الإنتاج).
2. يجب أن تخضع جميع العينات لنقع الضوء ويجب أن تظهر Pmax النهائي ≥ 0.9 x (Pmax - t (٪)).
بمعنى آخر ، يتخلى IEC 61646 عن معيار انحلال Pmax بعد الاختبارات الفردية (-5٪) وتسلسل الاختبار (-8٪) المستخدم في IEC 61215 ، ويعتمد بدلاً من ذلك على التحقق من انحلال Pmax بالرجوع إلى تصنيف الطاقة بعد تم الانتهاء من جميع الاختبارات والعينات غارقة في الضوء.
هناك اختلاف آخر هو أن المواصفة القياسية IEC 61215 تتطلب أن تكون جميع العينات "مشروطة مسبقًا" من خلال تعريضها (الدائرة المفتوحة) إلى إجمالي 5.5 كيلووات / ساعة / م2.
لا يوجد متطلبات في المواصفة القياسية IEC 61646 بغرض تجنب التأثيرات المحددة التي يمكن أن يكون لها التكييف المسبق على تقنيات الأغشية الرقيقة المختلفة. بعض تقنيات الأغشية الرقيقة أكثر حساسية للتدهور الناتج عن الضوء ، في حين أن البعض الآخر أكثر حساسية لتأثيرات الحرارة المظلمة. لذلك ، فإن الاختبارات الأولية اللاحقة ستكون نهجًا غير متجانس لتقييم التغييرات من خلال تسلسلات الاختبار. بدلاً من ذلك ، تدعو المواصفة القياسية IEC 61646 إلى امتصاص الضوء النهائي على جميع العينات بعد التسلسل البيئي وعينة التحكم وقياس Pmax النهائي للحكم على ما إذا كان التحلل مقبولًا بالرجوع إلى الحد الأدنى للقيمة المقدرة لـ Pmax.
هنا يتبع وصفا موجزا للاختبارات.(سيتم توضيح الاختلافات في المواصفة القياسية IEC 61646 بخط مائل).
الفحص البصري: هو فحص تشخيصي عادةً.
الغرض هو الكشف عن أي من "العيوب البصرية الرئيسية" المحددة أعلاه عن طريق فحص الوحدة في منطقة مضاءة جيدًا (1000 لوكس).
يتم تكرارها عدة مرات طوال جميع تسلسلات الاختبار ويتم إجراؤها أكثر من أي اختبار آخر.
القدرة القصوى (Pmax): عادةً ما تكون معلمة أداء.
كما يتم إجراؤه عدة مرات قبل وبعد الاختبارات البيئية المختلفة. يمكن إجراؤه إما باستخدام جهاز محاكاة الشمس أو في الهواء الطلق.
على الرغم من أن المعيار يتيح إمكانية إجراء اختبار لمجموعة من درجات حرارة الخلية (25 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية) ومستويات الإشعاع (700 واط / م 2 إلى 1100 واط / م 2) ، فمن الشائع بين المختبرات الكهروضوئية إجراء ذلك في ما يسمى بشروط الاختبار القياسية (STC). بحكم التعريف ، تتطابق STC مع: 1000 وات / م 2 ، درجة حرارة الخلية 25 درجة مئوية ، مع إشعاع طيف شمسي مرجعي يسمى Air Mass 1.5 (AM1.5) ، كما هو محدد في IEC 60904-3.
تستخدم معظم المختبرات اختبارًا داخليًا باستخدام أجهزة محاكاة تعمل بالطاقة الشمسية ذات طيف أقرب ما يمكن إلى AM1.5. يمكن تصنيف خصائص الانحراف والانحراف عن معيار AM1.5 وفقًا لمعيار IEC 60904-9. يقدم العديد من موردي أجهزة محاكاة الطاقة الشمسية أنظمة مصنفة على أعلى تصنيف ممكن: AAA ، حيث يشير الحرف الأول إلى جودة الطيف ، والحرف الثاني ؛ تماثل الإشعاع في منطقة الاختبار والحرف الثالث ؛ الاستقرار الزمني للإشعاع. يمكن العثور على تصنيف المحاكيات الشمسية في IEC 60904-9: 2007.
ملحوظة:الإعلانات الذاتية من قبل الموردين لا تشكل بالضرورة دليلا على تتبع القياس إلى
مقياس PV العالمي.
إن قياس Pmax الصحيح والقابل للتتبع إلى مقياس PV العالمي له أهمية حاسمة. ليس فقط أحد معايير النجاح / الفشل ، ولكن يمكن أيضًا استخدام القيم المقاسة من قبل المستخدمين النهائيين كمؤشر أداء لتقييم إنتاجية الطاقة.
حدد كلا المعيارين العديد من متطلبات الدقة لقياس درجة الحرارة والجهد والتيار والإشعاع.
من المهم ملاحظة أن التكرار المطلوب لقياس الطاقة في IEC 61215 هو مجرد ± 1٪.
لا يوجد أي ذكر لهذه المتطلبات في المواصفة القياسية IEC 61646 ، ربما بسبب مشاكل "عدم الاستقرار" و "التكرار" المعروفة في تقنيات الأغشية الرقيقة المختلفة. بدلاً من ذلك ، فإن IEC 61646 لديه توصية عامة:
"يجب بذل كل جهد ممكن للتأكد من أن قياسات ذروة القدرة تتم في ظروف تشغيل مماثلة ، أي تقليل حجم التصحيح عن طريق إجراء جميع قياسات ذروة القدرة على وحدة معينة عند نفس درجة الحرارة والإشعاع تقريبًا."
عامل مهم آخر يساهم في دقة قياس Pmax ، خاصة للأغشية الرقيقة ، هو عدم التوافق الطيفي بين الخلايا المرجعية التي يستخدمها المختبر والتكنولوجيا المحددة قيد الاختبار.
مقاومة العزل: اختبار السلامة الكهربائية.
الغرض هو تحديد ما إذا كانت الوحدة تحتوي على عزل كهربائي كافٍ بين أجزائها الحاملة للإطار والإطار (أو العالم الخارجي). يتم استخدام اختبار قوة عازل لتطبيق مصدر جهد DC يصل إلى 1000 فولت بالإضافة إلى ضعف الحد الأقصى لجهد النظام. بعد الاختبار ، لن يكون هناك أي عطل ، أو أي تتبع سطحي. للوحدات التي تزيد مساحتها عن 0.1 م2يجب ألا تقل المقاومة عن 40 متر مكعب لكل متر مربع.
اختبار تيار التسرب الرطب: هو اختبار السلامة الكهربائية أيضًا.
الغرض هو تقييم عزل الوحدة ضد اختراق الرطوبة في ظروف التشغيل الرطبة (المطر ، الضباب ، الندى ، الثلج المذاب) ، لتجنب التآكل ، خطأ الأرض ، وبالتالي خطر الصدمة الكهربائية.
يتم غمر الوحدة في خزان ضحل إلى عمق يغطي جميع الأسطح باستثناء إدخالات الكابلات لمربعات الوصلات غير المصممة للغمر (أقل من IPX7). يتم تطبيق جهد اختبار بين موصلات الإخراج القصيرة وحل الماء المائي حتى أقصى جهد للنظام للوحدة لمدة دقيقتين.
يجب ألا تقل مقاومة العزل عن 40 متر مكعب لكل متر مربع للوحدات التي تزيد مساحتها عن 0.1 متر2.
من المهم أن تعرف أن موصلات التزاوج يجب أن تكون مغمورة في المحلول أثناء الاختبار وهذا حيث يمكن أن يكون تصميم الموصل الخاطئ سببًا في حدوث فشل مهم.
ملحوظة:إن فشل اختبار تيار التسرب الرطب بسبب الموصلات المعيبة ليس حدثًا نادرًا ، وعلى هذا النحو ، فإنه يمثل بالتأكيد خطرًا حقيقيًا على المشغلين في هذا المجال. لا يوجد معيار IEC يعالج الموصلات الكهروضوئية ، ولكن يوجد معيار أوروبي منسق (EN 50521). خضعت الموصلات المعتمدة لـ EN 50521 لاختبارات شديدة ، بما في ذلك الدورات الحرارية (200) والحرارة الرطبة (1000 ساعة) ، ويمكن استخدامها كمعيار لاختيار الموردين. ومع ذلك ، سيكون الاختبار مع الوحدة هو القول الفصل. إن مراقبة الموصلات المزودة بصناديق الوصلات عن كثب هي مهمة دقيقة لمصنعي الوحدات الكهروضوئية. يمكن أن يمثل التغيير "السهل" لموردي الموصلات بتصميم مختلف خطرًا كبيرًا لاختبار التسرب الرطب الحالي.
تم تصنيف اختبار التسرب الرطب كواحد من أكثر حالات الفشل المتكررة أثناء التأهيل الكهروضوئي في مختبرات الاختبار. عندما لا يكون الفشل بسبب مشكلة في الموصل (كما هو مذكور أعلاه) ، فمن المرجح أن يحدث الفشل بعد اختبار الحرارة الرطبة و / أو اختبار تجميد الرطوبة للوحدات التي تواجه مشاكل في عمليات التصفيح وختم الحواف أثناء الإنتاج.
معاملات درجة الحرارة: هي معلمة أداء.
الغرض هو تحديد معاملات درجة حرارة تيار الدائرة القصيرة Isc (α) ، جهد الدائرة المفتوحة Voc (β)
والقدرة القصوى (Pmax) (δ) من قياسات الوحدة. المعامِلات المحددة لذلك صالحة فقط عند الإشعاع الذي أجريت عنده القياسات (أي عند 1000 واط / م)2لمعظم المختبرات التي تستخدم جهاز محاكاة الطاقة الشمسية).
بالنسبة للوحدات ذات الخطية المعروفة عبر نطاق إشعاع معين وفقًا للمواصفة IEC 60891 ، يمكن اعتبار المعاملات المحسوبة صالحة على نطاق الإشعاع هذا.
IEC 61646 أكثر "حذرًا" ويقدم ملاحظة إضافية بخصوص وحدات الأغشية الرقيقة ، والتي قد تعتمد معاملات درجة حرارتها على الإشعاع والتاريخ الحراري للوحدة ... ولكن من وجهة نظر الاختبار ، يتم وضع مربع اختبار معامل درجة الحرارة ببساطة تحت تسلسل الاختبار الأيسر الأول (الشكل 3). يتكون "الإشعاع والتاريخ الحراري" لتلك العينة ببساطة من "الرحلة" التي استغرقتها للوصول إلى المختبر ، والظروف البيئية التي تم تخزينها في ظلها ، والاختبارات الأولية ، وأخيرًا من اختبار التعرض الخارجي (60 كيلووات ساعة / م2).
يتم استخدام طريقتين للقياس باستخدام أجهزة محاكاة تعمل بالطاقة الشمسية:
1. أثناء تسخين الوحدة أو
2. تبريد الوحدة ؛
على مدى 30 درجة مئوية (على سبيل المثال ،25 درجة مئوية - 55 درجة مئوية) ، وفي كل 5 درجات مئوية ، يأخذ جهاز محاكاة الشمس قياس IV (لا يتم عكس Isc ، Voc ، Pmax ، ولكن يتم قياسه أثناء المسح الرابع) بما في ذلك Isc و Voc و Pmax.
يتم رسم قيم Isc و Voc و Pmax كدوال لدرجة الحرارة لكل مجموعة من البيانات. يتم حساب المعاملات α و β و from من منحدرات الخطوط المستقيمة التي تناسب المربعات الصغرى للوظيفة الثلاثة المرسومة
بالنظر إلى مستوى معين من الإشعاع ، تجدر الإشارة إلى أن β (لـ Voc) و δ (لـ Pmax) هما الأكثر حساسية لتغيرات درجة الحرارة. كلاهما يحمل علامة "-" ، مما يدل على أن Voc و Pmax ينخفضان مع زيادة درجة الحرارة ، في حين أن α (لـ Isc) لديها علامة "+" ، على الرغم من أن قيمة أصغر بكثير من β و δ. يمكن التعبير عن جميع المعاملات الثلاثة كنسب نسبية من خلال قسمة α و β و calculated المحسوب على قيم Isc و Voc و Pmax عند 25 درجة مئوية (1000 واط / م 2).
معاملات درجة الحرارة هي معايير الأداء التي يستخدمها المستخدمون غالبًا لمحاكاة إنتاج الطاقة من الوحدات في المناخات الحارة. يجب على المرء أن يتذكر أنها صالحة عند 1000 واط / م2مستوى الإشعاع المستخدم في المختبر ما لم يثبت خطية الوحدة على مستويات مختلفة من الإشعاع.
درجة حرارة خلية التشغيل الاسمية (NOCT): هي معلمة أداء.
يتم تعريف NOCT لوحدة مثبتة على حامل مفتوح في البيئة المرجعية القياسية التالية:
زاوية الميل: 45 درجة من الأفقي
الإشعاع الكلي: 800 واط / م2
درجة الحرارة المحيطة: 20 درجة مئوية
سرعة الرياح: 1 م / ث
لا يوجد حمل كهربائي: دائرة مفتوحة
يمكن لمصمم النظام استخدام NOCT كدليل لدرجة الحرارة التي تعمل عندها الوحدة في هذا المجال وبالتالي فهي معلمة مفيدة عند مقارنة أداء تصميمات الوحدات المختلفة. ومع ذلك ، فإن
تعتمد درجة حرارة التشغيل الفعلية بشكل مباشر على هيكل التركيب ، والإشعاع ، وسرعة الرياح ، ودرجة الحرارة المحيطة ، والانعكاسات والانبعاثات من الأرض والأجسام القريبة ، إلخ.
ما يسمى بـ "الطريقة الأولية" لتحديد NOCT هي طريقة قياس خارجية يستخدمها كل من IEC 61215 و IEC 61646 ، وهي قابلة للتطبيق عالميًا على جميع الوحدات الكهروضوئية. في حالة الوحدات غير المصممة للتركيب على أرفف مفتوحة ، يمكن استخدام الطريقة الأساسية لتحديد متوسط توازن درجة حرارة تقاطع الخلايا الشمسية ، مع تركيب الوحدة على النحو الموصى به من قبل الشركة المصنعة.
يتطلب إعداد الاختبار تسجيل البيانات واختيار الإشعاع (مقياس pyronameter) ، ودرجة الحرارة المحيطة (مستشعرات درجة الحرارة) ، ودرجة حرارة الخلية (المزدوجات الحرارية المرفقة على الجانب الخلفي من الوحدة المقابلة للخلايا المركزية) ، وسرعة الرياح (مستشعر السرعة) واتجاه الرياح (مستشعر الاتجاه). يجب أن تكون جميع هذه الكميات ضمن فترات زمنية معينة لتكون مقبولة لحساب NOCT.
يتم استخدام الحد الأدنى من 10 نقاط بيانات مقبولة تم أخذها قبل وبعد "الظهيرة الشمسية" لحساب NOCT النهائي.
التعرض الخارجي: هو اختبار للإشعاع.
الغرض هو تقييم أولي لقدرة الوحدة على تحمل التعرض للظروف الخارجية. ومع ذلك ، فإنه ينطوي فقط على التعرض لما مجموعه 60 كيلووات ساعة / م2وهي فترة قصيرة إلى حد ما لإصدار أي أحكام حول عمر الوحدة.
من ناحية أخرى ، يمكن أن يكون هذا الاختبار مؤشرًا مفيدًا للمشكلات المحتملة التي قد لا يتم الكشف عنها بواسطة الاختبارات المعملية الأخرى.
تتطلب المواصفة IEC 61215 انحطاط القدرة القصوى (Pmax) بحيث لا تتجاوز 5٪ من القيمة الأولية.
تتطلب المواصفة القياسية IEC 61646 ألا تكون القدرة القصوى (Pmax) أقل من "Pmax - t٪."
بينما وحدات C-Si سابقة التكييف وفقًا للمواصفة IEC 61215 (5.5 كيلووات ساعة / م2) لا تُظهر أهمية مع هذا الاختبار ، فقد تواجه بعض تقنيات الأغشية الرقيقة مشاكل أكثر. يمكن تفسير السبب بحقيقة أنه في IEC 61646 ، يجب أن يكون Pmax المقاس بعد التعرض لـ 60 كيلو واط / م 2 أعلى من "Pmax - t٪ المحدد من قبل الشركة المصنعة. هذه العينة هي تحت تسلسل الاختبار الأول ، حيث "التاريخ" الوحيد هو الاختبارات الأولية والتعرض الخارجي لمجموع 60 كيلو واط ساعة / م 2 تحت ظروف مناخية مختلفة على مدار 24 ساعة اعتمادًا على موقع المختبر. إن المعرفة القوية للتكنولوجيا قيد الاختبار من قبل الشركة المصنعة من حيث التحلل الناجم عن الضوء والحساسية للحرارة والرطوبة وما إلى ذلك أمر ضروري لتحديد Pmax المقدر واجتياز الاختبار بشكل صحيح.
القدرة على التحمل: هو اختبار حراري / تشخيصي.
الغرض هو تحديد قدرة الوحدة على تحمل التسخين الموضعي الناتج عن تشقق الخلايا أو عدم تطابقها أو فشل التوصيل البيني أو التظليل الجزئي أو الاتساخ.
يحدث التسخين بالنقاط الساخنة عندما يتجاوز تيار التشغيل للوحدة النمطية تيار الدائرة القصيرة المنخفض لخلية (خلايا) معيبة (أو مظللة). سيؤدي ذلك إلى إجبار الخلية (الخلايا) على التحيز العكسي عندما تصبح حمولة تبدد الحرارة. يمكن لظواهر البقعة الساخنة الخطيرة أن تكون دراماتيكية مثل الحروق المباشرة لجميع الطبقات ، أو تشقق الزجاج أو حتى كسره. من المهم ملاحظة أنه حتى في ظل ظروف النقاط الساخنة الأقل حدة ، مع تدخل الصمام الثنائي الجانبي ، يتم استبعاد جزء (يُعرف أيضًا بسلسلة) من الوحدة مما يتسبب في انخفاض معقول في خرج الطاقة للوحدة.
تتم مناقشة نهج محاكاة ظروف النقاط الفعالة الواقعية للفقرة 10.9 ذات الصلة في المواصفة القياسية IEC 61215 باستمرار.
من المقبول جيدًا من قبل مختبرات الاختبار الرئيسية أن الإصدار الحالي من طريقة النقاط الساخنة لا يمثل ، ولا هو قادر على تمثيل حالة النقاط الساخنة الحقيقية. تمت صياغة طريقة النقاط الساخنة المحسنة داخل TC82 من IEC ومن المتوقع أن تصبح معيارية مع 3بحث وتطويرإصدار IEC 61215 في عام 2010. وقد قررت بعض مختبرات الاختبار استخدام الطريقة المحسنة بالفعل.
سيتم توفير المزيد من البصيرة والتفاصيل في مقال لاحق.
على الرغم من أن إحصائيات معدل الفشل في المختبرات المختلفة قد تختلف ، إلا أن النقطة الساخنة لا تزال تبدو من بين 5 حالات الفشل الأكثر شيوعًا لكل من وحدات سي سي والأغشية الرقيقة.
الصمام الثنائي الالتفافي: هو اختبار حراري.
يعد تجاوز الصمام الثنائي جانبًا مهمًا جدًا من تصميم الوحدة. إنه مكون حاسم يحدد السلوك الحراري للوحدة في ظروف النقاط الساخنة وبالتالي يؤثر أيضًا بشكل مباشر على الموثوقية في المجال.
تتطلب طريقة الاختبار إرفاق مزدوج حراري بجسم الصمام (الصمامات) ، وتسخين الوحدة حتى 75 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية وتطبيق تيار يساوي تيار الدائرة القصيرة المقاس في STC لمدة ساعة واحدة.
يتم قياس درجة حرارة كل جسم ثنائي من الصمام الثنائي (Tcase) ويتم حساب درجة حرارة الوصلة (Tj)
باستخدام صيغة باستخدام المواصفات المقدمة من قبل الشركة المصنعة للديود (RTHjc=الثابت المقدم من قبل الشركة المصنعة للديود المرتبطة Tj إلى Tcase ، عادة ما تكون معلمة تصميم ، و UD=جهد الصمام الثنائي ، ID=تيار الصمام الثنائي).
ثم يتم زيادة التيار إلى 1.25 مرة من تيار الدائرة القصيرة للوحدة Isc كما تم قياسه في شركة الاتصالات السعودية لمدة ساعة أخرى مع الحفاظ على درجة حرارة الوحدة عند نفس درجة الحرارة.
يجب أن يكون الصمام الثنائي قيد التشغيل.
لا يزال الفشل في اختبارات الصمام الثنائي الالتفافية يحدث بتردد معين ناتج إما عن طريق إعادة تصنيعها من قبل الشركة المصنعة للديود أو التكوين الكهربائي غير الصحيح فيما يتعلق بتكرير الوحدة النمطية من قبل الشركة المصنعة.
في معظم الحالات ، يتم توفير الثنائيات الالتفافية كمكونات مدمجة في صندوق التوصيل للمجمع الفرعي بأكمله (صندوق التوصيل + كبل +). لذلك ، من الأهمية بمكان التأكد من أن هذا المكون الصغير يتم فحصه عن كثب أثناء ضوابط السلع الواردة من قبل الشركة المصنعة للوحدة النمطية.
الأشعة فوق البنفسجية المسبقة: هو اختبار الإشعاع.
والغرض من ذلك هو تحديد المواد المعرضة للتدهور فوق البنفسجي قبل إجراء الدورة الحرارية واختبارات تجميد الرطوبة.
تتطلب المواصفة القياسية IEC 61215 إخضاع الوحدة لإشعاع فوق بنفسجي إجمالي قدره 15 كيلو وات / ساعة2في مناطق (UVA + UVB)
(280 نانومتر - 400 نانومتر) ، على الأقل 5 كيلو واط ساعة / م2، أي 33 ٪ في منطقة الأشعة فوق البنفسجية (280 نانومتر - 320 نانومتر) ، مع الحفاظ على الوحدة عند 60 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية.
(تتطلب المواصفة القياسية IEC 61646 جزءًا من الأشعة فوق البنفسجية من 3٪ إلى 10٪ من إجمالي الأشعة فوق البنفسجية). تم الآن تنسيق هذا المتطلب أيضًا في المواصفة القياسية IEC 61215 من خلال ورقة قرار CTL n. 733 ضمن مخطط IECEE CB.
أحد الجوانب الحاسمة لإعداد غرف الأشعة فوق البنفسجية هو وجود مستشعرات UVA و UVB معايرة تضمن التتبع أيضًا في درجات حرارة التشغيل 60 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية مع استمرار العمل بشكل صحيح خلال أوقات التعرض الطويلة في غرف الأشعة فوق البنفسجية الساخنة.
يمكن تفسير معدل الفشل المنخفض للغاية في اختبار التعرض للأشعة فوق البنفسجية في المختبرات الكهروضوئية باستخدام كمية منخفضة نسبيًا من الأشعة فوق البنفسجية بالمقارنة مع التعرضات الحقيقية خلال عمر الوحدة.
ركوب حراري TC200 (200 دورة): اختبار بيئي.
الغرض من هذا الاختبار هو محاكاة الضغوط الحرارية على المواد نتيجة للتغيرات في درجات الحرارة القصوى. في معظم الأحيان ، يتم تحدي التوصيلات الملحومة داخل الصفائح بسبب معاملات التمدد الحراري المختلفة للمواد المغلفة المختلفة. قد يؤدي هذا إلى فشل العيوب الرئيسية ، أو تدهور Pmax ، أو انقطاع الدائرة الكهربائية ، أو اختبار العزل.
تتطلب المواصفة القياسية IEC 61215 حقن تيار ضمن ± 2٪ من التيار المقاس عند ذروة القدرة (Imp) عندما تكون درجة حرارة الوحدة أعلى من 25 درجة مئوية.
لا يوجد حقن حالي لـ IEC 61646 ، ولكن يجب مراقبة استمرارية الدائرة الكهربائية (يكفي حمل مقاوم صغير).
تخضع الوحدة لحدود درجة حرارة التدوير لـ -40 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية و -85 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية مع المظهر الجانبي في الشكل 4.
يمكن أن تصل معدلات الفشل في TC200 إلى 30-40٪. إذا تم دمجها مع Damp Heat ، في بعض المختبرات ، يمكن أن يمثل كلاهما أكثر من 70 ٪ من إجمالي حالات الفشل لوحدات c-Si.
معدل الفشل في TC200 أقل بالنسبة للأغشية الرقيقة ، ولكنه لا يزال يستحق اهتمام الشركات المصنعة.
تجميد الرطوبة: هو اختبار بيئي.
والغرض من ذلك هو تحديد قدرة الوحدة على تحمل تأثيرات درجات الحرارة المرتفعة مع الرطوبة متبوعة بدرجات حرارة منخفضة للغاية.
تخضع الوحدة إلى 10 دورات كاملة وفقًا للملف الشخصي المنسق في الشكل 5 (IEC 61646).
الرطوبة النسبية RH=85٪ ± 5٪ تنطبق فقط عند 85 درجة مئوية.
بعد هذا الاختبار ، يُسمح للوحدة بالراحة بين 2 و 4 ساعات قبل الفحص البصري ، ويتم قياس أقصى قوة خرج ومقاومة العزل.
تبقى معدلات فشل هذا الاختبار في حدود 10-20٪.
متانة الإنهاء: هو اختبار ميكانيكي.
لتحديد مدى متانة نهايات الوحدة ، والتي يمكن أن تكون أسلاكًا أو أسلاكًا متحركة أو براغي أو بالنسبة لمعظم الحالات ، موصلات PV (النوع C). تخضع النهايات لاختبار الإجهاد الذي يحاكي التجميع الطبيعي والتعامل من خلال دورات ومستويات مختلفة من قوة الشد واختبارات الانحناء وعزم الدوران كما هو مشار إليه في معيار آخر ، IEC 60068-2-21.
الحرارة الرطبة DH1000 (1000 ساعة): اختبار بيئي.
الغرض هو تحديد قدرة الوحدة على تحمل التعرض طويل المدى لاختراق الرطوبة من خلال تطبيق 85 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية مع رطوبة نسبية 85٪ ± 5٪ لمدة 1000 ساعة.
DH1000 هو الأكثر "خبيثة" وعلى رأس قائمة معدلات الفشل في بعض المختبرات التي تمثل ما يصل إلى 40-50٪ من إجمالي حالات الفشل لوحدات c-Si. يمكن ملاحظة معدلات فشل مماثلة لـ DH1000 أيضًا مع الأغشية الرقيقة.
إن شدة هذا الاختبار تتحدى بشكل خاص عملية التصفيح وإغلاق الحواف من الرطوبة. يمكن ملاحظة عمليات التآكل والتآكل الهامة لأجزاء الخلية نتيجة لاختراق الرطوبة. حتى في حالة عدم اكتشاف عيوب كبيرة بعد DH1000 ، فقد تم التأكيد على الوحدة لدرجة أنها أصبحت "هشة" لاختبار الحمل الميكانيكي اللاحق.
اختبار الحمل الميكانيكي
يهدف اختبار التحميل هذا إلى التحقق من قدرة الوحدة على تحمل أحمال الرياح أو الثلج أو الكهرباء الساكنة أو الجليد.
يأتي الحمل الميكانيكي بعد الحرارة الرطبة وبالتالي يتم إجراؤه على عينة تعرضت لضغوط بيئية شديدة.
يتعلق الجانب الأكثر أهمية في هذا الاختبار بتركيب الوحدة وفقًا لتعليمات التركيب الخاصة بالشركة المصنعة ، أي استخدام نقاط التثبيت المقصودة للوحدة على هيكل التركيب مع المسافة البينية المقصودة بين هذه النقاط ، واستخدام ملحقات التركيب المناسبة ، إن وجدت (الجوز ، البراغي ، المشابك ، إلخ).
تعتبر حالات معينة من وحدات الأغشية الرقيقة ذات المساحات الكبيرة والأجزاء بدون إطار مصدر قلق بالغ فيما يتعلق بالظروف المذكورة أعلاه.
إذا لم يتم توخي الحذر بشأن التركيب الصحيح ، يبقى المرء مع السؤال عما إذا كان الفشل ناتجًا عن مشاكل هيكلية أو بسبب تقنية تركيب غير مناسبة.
هناك جانب آخر يجب أخذه في الاعتبار هو توحيد الحمل المطبق على سطح الوحدة. تتطلب المعايير تطبيق الحمل "بشكل تدريجي وموحد" دون تحديد كيفية التحقق من التوحيد.
يتم تطبيق 2400 باسكال (وهو ما يعادل ضغط الرياح 130 كم / ساعة) لمدة ساعة واحدة على كل وجه من الوحدة.
إذا كانت الوحدة مؤهلة لتحمل التراكمات الثقيلة للثلج والجليد ، فإن الحمل المطبق على الجزء الأمامي من الوحدة خلال الدورة الأخيرة من هذا الاختبار يزداد من 2400 باسكال إلى 5400 باسكال.
في النهاية ، لن تكون هناك عيوب بصرية رئيسية ، ولا توجد دائرة مفتوحة متقطعة تم اكتشافها أثناء الاختبار. كما يتم فحص Pmax (لـ IEC 61215 فقط) ومقاومة العزل بعد هذا الاختبار.
تأثير حائل: هو اختبار ميكانيكي.
للتحقق من أن الوحدة قادرة على تحمل تأثير حجارة البرد التي تكون في درجة حرارة ~ –4 درجة مئوية. معدات الاختبار عبارة عن قاذفة فريدة قادرة على دفع أوزان مختلفة من كرات الجليد بالسرعات المحددة بحيث تصل إلى الوحدة في 11 موقع ارتطام محدد + / - اختلاف مسافة 10 مم. (الجدول 1)
يجب ألا يتجاوز الوقت بين إزالة كرة الثلج من حاوية التخزين البارد والتأثير على الوحدة 60 ثانية.
من الشائع جدًا استخدام كرات الثلج 25 مم / 7.53 جم.
مرة أخرى ، بعد الاختبار ، يجب على المرء التحقق مما إذا كانت هناك أي عيوب كبيرة ناتجة عن حجارة البرد وأيضًا يتم فحص Pmax (لـ IEC 61215 فقط) ومقاومة العزل.
تظهر إحصائيات المختبر معدلات فشل منخفضة للغاية لهذا الاختبار.
امتصاص الضوء: الإشعاع(ينطبق فقط على الأغشية الرقيقة IEC 61646)
يعد هذا المقطع حرجًا لحكم النجاح / الفشل النهائي لوحدات الأغشية الرقيقة. والغرض من ذلك هو تثبيت الخصائص الكهربائية لوحدات الأفلام الرقيقة عن طريق التعرض لفترات طويلة للإشعاع بعد الانتهاء من جميع الاختبارات قبل التحقق من Pmax مقابل الحد الأدنى للقيمة كما هو محدد من قبل الشركة المصنعة.
يمكن إجراء الاختبار تحت أشعة الشمس الطبيعية أو تحت محاكاة الطاقة الشمسية المستقرة.
يتم وضع الوحدات ، تحت حالة حمل مقاوم ، تحت إشعاع بين 600-1000 وات / م 2 ضمن نطاق درجة حرارة 50 درجة مئوية ± 10 درجة مئوية حتى يحدث الاستقرار وهو عندما تكون قياسات Pmax من فترتين متتاليتين من التعرض ما لا يقل عن 43 كيلو واط ساعة / م2كل استوفى الشرط (Pmax - Pmin) / P (المتوسط)< ؛ 2٪.
وأخيرًا ، ملاحظة بخصوص إرشادات IECEE لإعادة الاختبار. ومن المثير للاهتمام ، أنه لم يتم تحديد ما يمكن اعتباره "تغييرًا في تكنولوجيا الخلايا" للأغشية الرقيقة ، وبالتالي ترك منطقة رمادية كبيرة من التفسيرات والنهج المختلفة في الحالات التي يمكن فيها للمرء أن يذكر "تحسين التكنولوجيا والكفاءة" ، "التثبيت تحسين "أو" زيادة انتاج الطاقة. " هل حالات "التغيير في تكنولوجيا الخلية" ، وإذا كانت الإجابة بنعم ، إلى أي مدى وما هي الاختبارات التي يجب تكرارها؟ كما هو مقروء اليوم ، فإن إرشادات إعادة الاختبار تترك مسارًا لتوسيع الشهادات السابقة التي تزداد في السلطة (GG gt ؛ 10٪) بمجرد تكرار اختبار النقاط الساخنة.
تشير الملاحظة 2 من المبدأ التوجيهي لإعادة الاختبار إلى أن "… اختبار نقع الضوء النهائي 10.19 إلزامي لجميع عينات الاختبار" ، ولكن في الممارسة العملية يتم تجاهله في الغالب من قبل مختبرات الاختبار نتيجة لزيادة القوة المتزايدة بشكل معقول دون إخضاع الجانب الرئيسي للرقيق - تقنية الأفلام: استقرار الطاقة.
باختصار ، تم تحديد الاختبار الموصوف في هذه المقالة بواسطة IEC على أنه الحد الأدنى من متطلبات اختبار الأداء ولكن كما هو مذكور في البداية ، يجب على المرء أيضًا الالتزام بمتطلبات تصميم السلامة والاختبار في
IEC 61730-1 و IEC 61730-2. بينما يسعى المصنعون إلى أن يكونوا أكثر قدرة على المنافسة في السوق ، يعمل معظمهم مع هيئة إصدار الشهادات لإثبات أن وحدتهم خضعت لبرنامج اختبار محايد وغير متحيز. في حالة حدوث أي تغييرات أثناء إعادة التصميم أو عمليات الإنتاج الخاصة بها ، تستخدم جهات منح الشهادات المبادئ التوجيهية لإعادة اختبار نظام IECEE CB لتحديد الاختبارات التي يجب تكرارها قبل تمديد الشهادات السابقة. فيما يتعلق بالموثوقية ، يذهب البعض إلى حد إجراء تمديد لبرامج اختبار الموثوقية المجمعة الداخلية والخارجية لأكثر من عام واحد.
السيد Regan Arndt هو مدير أمريكا الشمالية والمعتمد الفني لفريق TÜV SÜDs الضوئية الموجود في فريمونت ، كاليفورنيا. تخرج من هندسة الإلكترونيات في معهد جنوب ألبرتا للتكنولوجيا (SAIT) في كالغاري ، ألبرتا ، كندا ولديه أكثر من 15 عامًا من الخبرة في الاختبار والشهادة في مجالات الخلايا الكهروضوئية ومعدات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ومعدات كهربائية للقياس والتحكم ، واستخدام المختبر. حصل Regan على تدريب رسمي للتصميم والاختبار الكهروضوئي في أكاديمية بكين الصينية للعلوم قسم الطاقة المتجددة. يمكن الوصول إليه على rarndt @ tuvam.com.
الدكتور إنغ. روبرت بوتو هو المدير العالمي لشركة Photovoltacs في TUV SUD. حاصل على درجة الدكتوراه في الهندسة الإلكترونية من Politecnico di Torino (جامعة البوليتكنيك في تورينو) بإيطاليا ودبلوم ماجستير في إدارة الأعمال الدولية من CEIBS - شنغهاي ، الصين. لديه خبرة 15 عامًا في اختبار واعتماد مجموعة متنوعة من المنتجات الكهربائية بما في ذلك الخلايا الكهروضوئية. كما أنه يعمل كأخصائي منتجات أول PV ضمن مجموعة TÜV SÜD ، ولديه حالة الموثق الفني لـ PV ، ومدقق معتمد لتقييمات المختبر ISO IEC 17025.
