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Prove su celle solari

Elevata diffusione e alta aspettativa di vita dei prodotti, ma ridotte, se non assenti, linee guida, questa è l'attuale situazione dell'industria fotovoltaica. Le prove sono essenziali per le aziende che vogliono restare protagoniste in questo mercato altamente competitivo e raggiungere i dati di performance e l'aspettativa di vita attesi, offrendo i prezzi più bassi. Le celle solari possono sopravvivere al tremendo calo dei prezzi degli ultimi anni solo grazie a un miglioramento della qualità, a una produzione economicamente vantaggiosa e a una maggiore sicurezza.

Sfida

Le celle solari sono esposte agli eventi ambientali estremi di ogni giorno. Pioggia, grandine, tempeste e forti sbalzi di temperatura non devono compromettere la funzionalità del prodotto. Al contrario devono essere in grado di sopportare il proprio peso e quello di neve ghiaccio per raggiungere un'aspettativa di vita desiderata di 40 anni senza subire alcun danneggiamento. Queste attese sono elevate sia per le caratteristiche elettriche che per quelle meccaniche. Ad eccezione di eventuali specifiche contrattuali interne tra fornitori e produttori, non esistono linee guida standardizzate per la garanzia della qualità delle celle solari, né tanto meno normative per i requisiti meccanici dei componenti. A causa di queste mancanze e delle esigenze individuali del cliente sono necessari sistemi di prova e test personalizzati, ed è proprio qui che entrano in gioco gli esperti delle prove materiali!

Metodi di prova /normative generali

Metodi di prova /normative generali

ISO 614
EN 1288-5
DIN EN 1465
DIN EN 1464
EN 1288-3
IEC 61215 e EN 61215
IEC/EN 61215 e IEC/EN 61646
EN 1288-2, Ottobre 2007
IEC 61646 e EN 61646

ISO 614

Costruzione e ingegneria navale: vetro di sicurezza temperato per finestre rettangolari e portelloni laterali; metodo di punzonatura per prove di resistenza non distruttive (ISO 614:1989-09)

EN 1288-5

Vetro per edilizia: determinazione della resistenza del vetro - Parte 5: Prova di flessione a doppio anello concentrico su provini piani con piccole superfici sollecitate (ISO/DIS 1288-5:2007); versione tedesca EN ISO 1288-5

DIN EN 1465

Adesivi: determinazione della resistenza al taglio a sovrapposizione di assemblaggi a substrati incollati (ISO 4587:1979 modificata)

DIN EN 1464

Adesivi: determinazione della resistenza allo scollamento dei leganti adesivi ad alta resistenza - metodo a rulli mobili (ISO 4578:1990, modificato). Versione tedesca EN 1464:1994 (DIN EN 1464:1995-01) in sostituzione della DIN 53289:1979-09

EN 1288-3

Vetro per edilizia: determinazione della resistenza del vetro - Parte 3: Prova con provino supportato in due punti (flessione in quattro punti) (ISO/DIS 1288-3:2007); versione tedesca EN ISO 1288-3:2007

zwickiLine con kit per prove di flessione su wafer

IEC 61215 e EN 61215

Le norme IEC 61215 e EN 61215 descrivono un'ampia varietà di prove di qualificazione, basate su potenziali influenze dell'invecchiamento, per il carico artificiale dei materiali utilizzati nei pannelli fotovoltaici. Vengono identificati i seguenti gruppi di carico individuali:

Luce solare, inclusi raggi UV
Clima (caldo, freddo, umido, cambiamenti climatici)
Carico meccanico (grandine, vento, pressione e neve)

Le prove vengono considerate superate se il materiale non riscontra danni visibili di rilievo e se le prestazioni e le proprietà di isolamento non sono cambiate o sono cambiate solo in modo trascurabile rispetto all'inizio del test. Il certificato di prova secondo la norma IEC 61215 è diventato negli ultimi anni il marchio di qualità per i moduli fotovoltaici cristallini ed è oggi richiesto dalla maggior parte delle autorità di finanziamento nazionali e internazionali.

IEC/EN 61215 e IEC/EN 61646

IEC o EN 61215 per pannelli a film spesso e IEC o EN 61646 per pannelli a film sottile (Crystalline Silicon Terrestrial Photovoltaic Modules—Design Qualification and Type Approval).

Dal momento che i pannelli solari devono resistere fino a 25 anni all'aperto in quasi tutte le regioni geografiche con le relative condizioni ambientali, il test IEC 61215 è considerato molto rigoroso. A condizione che non si verifichino guasti durante il processo, questa prova richiede in totale più di 5 mesi. Per soddisfare questo standard così severo, un lotto di pannelli di prova deve superare un protocollo di prove ambientali che prevede l'esposizione a radiazioni UV, temperature estreme, compresa l'esposizione prolungata a temperature e umidità elevate, carico meccanico e torsionale e test di resistenza alla grandine e all'impatto con le pietre. Parallelamente ai test ambientali, i pannelli vengono testati nel loro complesso per quanto riguarda le prestazioni elettriche, l'isolamento identificando le zone o i punti potenzialmente critici.

EN 1288-2, Ottobre 2007

Vetro per edilizia: determinazione della resistenza del vetro - Parte 2: Prova di flessione a doppio anello concentrico su provini piani con grandi superfici sollecitate (ISO/DIS 1288-2:2007); versione tedesca EN ISO 1288-2:2007

Test di punzonatura su vetro di sicurezza temprato secondo la ISO 614 Forma A e B

IEC 61646 e EN 61646

Le norme IEC 61646 e EN 61646 descrivono un'ampia varietà di prove di qualificazione, basate su potenziali influenze dell'invecchiamento, per il carico artificiale dei materiali utilizzati nei pannelli fotovoltaici sottili. Vengono identificati i seguenti gruppi di carico individuali:

  • Luce solare, inclusi raggi UV
  • Clima (caldo, freddo, umido, cambiamenti climatici)
  • Carico meccanico (grandine, vento, pressione e neve)

Le prove vengono considerate superate se il materiale non riscontra danni visibili di rilievo e se le prestazioni e le proprietà di isolamento non sono cambiate o sono cambiate solo in modo trascurabile rispetto all'inizio del test. Il certificato di prova secondo la norma IEC 61646 è diventato negli ultimi anni il marchio di qualità per i moduli fotovoltaici cristallini ed è oggi richiesto dalla maggior parte delle autorità di finanziamento nazionali e internazionali.

Esempi di soluzioni di prova

Per darti un'idea dei test distruttivi nel campo della produzione di celle e pannelli solari, ti presentiamo qui diverse applicazioni di prova associate alle varie fasi della produzione di questi prodotti.

Le celle solari o fotovoltaiche sono componenti elettrici che convertono l'energia radiante contenuta nella luce direttamente in energia elettrica.
Di seguito i tipi più comuni:

  • Le celle solari a film spesso sono realizzate in silicio monocristallino o policristallino. Sono ampiamente utilizzate nell'Europa centrale grazie alla loro elevata efficienza (oltre il 20%). Inoltre, sono caratterizzate da un elevato grado di rendimento per unità di superficie, per produrre una potenza di 1 Kwp, ad esempio, sono necessari circa 8 mq di tetto. Ad esempio, sono necessari circa 8 mq di tetto per produrre una potenza di 1 Kwp. La quantità di materiale e di energia necessaria per produrre questi pannelli è relativamente alta, quindi è fondamentale una garanzia di qualità costante.
  • Possiamo distinguere diversi tipi di celle solari a film sottile a seconda del materiale di substrato utilizzato e dei depositi di vapore: silicio amorfo o microcristallino (a-Si, μ-Si), arseniuro di gallio (GaAs), tellururo di cadmio (CdTe), o composti rame-indio-(gallio)-zolfo-selenio (CIGS). Queste celle si differenziano da quelle realizzate in wafer di silicio cristallino per il relativo processo di produzione e per lo spessore del materiale usato.
  • Celle solari organiche (realizzate in plastica con proprietà semiconduttive)

A causa delle diverse tecnologie e quindi della struttura parzialmente diversa dei tipi di celle solari, i requisiti di prova variano notevolmente.

Prove di peel su film Tedlar

I film plastici EVA (Etil Vinile Acetato) o in resina fusa sono laminati su entrambi i lati per formare una protezione anticorrosione impermeabile, mentre un film di Tedlar® o una lastra di vetro sul retro ha una protezione ulteriore per il pannello. La resistenza dei leganti viene testata mediante un peel test a 90°, in cui il film Tedlar® viene bloccato in morsetti a vite e scollato dalla lastra di vetro. Con una macchina monocolonna è possibile eseguire senza difficoltà test su lastre di vetro di varie dimensioni. Questa prova viene effettuata durante la produzione per verificare che i parametri della macchina siano impostati correttamente. Viene utilizzata anche nei controlli all'ingresso delle merci e durante i test di riqualificazione dopo la data di scadenza. Per soddisfare gli standard, il film Tedlar® deve resistere a forze di peel fino a 250 N.

Prova di pull-out tra la scatola di derivazione e il cavo di collegamento

Per il pannello completo si consigliano varie prove di sicurezza, tra cui quelle di resistenza della struttura del telaio, determinazione delle forze di pressatura ed estrazione delle staffe angolari, prove di pull-out sui collegamenti elettrici e prove di trazione, compressione e flessione sul sistema di montaggio per il fissaggio del pannello. Le prove di estrazione dei cavi dalla scatola di derivazione elettrica possono essere eseguite utilizzando una macchina di prova ZwickRoell a 2 colonne Allround. La scatola di derivazione viene serrata in appositi portacampioni, mentre il cavo di collegamento è tenuto da afferraggi a vite e tirato con forze fino a 5 kN.

Test di punzonatura su vetro di sicurezza temprato secondo la ISO 614 Forma A e B

Nella prova di punzonatura viene posizionata una lastra in vetro 25x25 mm nel kit per prove di flessione a doppio anello (composto da: anello di supporto e di carico e da perni di arresto per il fissaggio del provino). Il campione viene portato a rottura dal carico generato dal punzone. Il contenitore in metallo presente evita la possibilità che schegge di vetro entrino a contatto con l'azionamento della macchina. In accordo alla normativa di riferimento questa prova viene eseguita con una macchina a 2 colonne con forza massina di 50 kN.

Prova di flessione a 4 punti su vetro per edilizia in accordo alla EN 1288-3 con macchina di prova ProLine

  • Per testare la lastra di vetro è possibile eseguire sia test di punzonatura statici in accordo alla EN 1288-5 che test di flessione a 4 punti in accordo alla EN 1288-3.
  • Per entrambe le prove si utilizza una macchina ZwickRoell AllroundLine con un dispositivo di sicurezza per evitare danneggiamenti o ferite causati da pezzi di vetro volanti.
  • Questo sistema di prova è stato appositamente configurato per la determinazione della resistenza alla flessione del vetro piatto secondo la norma EN 1288-3 e ne soddisfa tutti i requisiti. Tutti i supporti a incudine e i rulli di curvatura possono essere ruotati liberamente e corrispondono alle dimensioni e alle separazioni richieste.

Kit per prove di flessione a 4 punti su wafer

  • Prova di flessione a 4 punti su wafer/trucioli o componenti simili.
  • Il kit, utilizzabile con una cella di carico da 10 N, è composto da 2 barre di flessione con 2 punzoni di compressione regolabili.

Prove di flessione a 4 punti

Prove di flessione a 4 punti su celle solari, industria fotovoltaica, zwickiLine

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