太陽能電池測試

因應蓬勃發展的高需求、期望的使用壽命長及盡可能簡化的測試章程—這是目前光電產業的現狀。對於希望能在這個競爭激烈的市場中立足的公司而言，測試為十分重要且不可或缺的。在提供最低價格的同時，也能實現所承諾的理想效能數據和預期使用壽命。惟有透過提升品質、更具成本效益的生產及更佳的安全性，才能在近幾年價格急劇下滑的太陽能電池產業中得以生存。

挑戰

太陽能電池每日皆暴露在極端的環境下。雨水、冰雹、暴風和氣溫的大幅波動不應危害到產品的功能。它們必須要能夠承受雪、冰和安裝組件的重量，以達到40年不損壞的預期使用壽命。這對電子和機械性能都提出了很高的要求。然而，針對組件機械要求的測試標準並不存在。除了供應商和製造商之間設立的個別合約規定外，太陽能電池並不存在著標準化的品質保證準則。準則的缺乏和個別的用戶需求意味著訂定測試儀器和測試方法十分必要，這就是材料測試專家的作用。

一般性測試方法/標準

ISO 614

造船及海洋結構：用於船舶矩形窗或側門的鋼化安全玻璃板；非破壞性強度測試的沖壓法（ISO 614:1989-09）

EN 1288-5

建築玻璃：測定玻璃的彎曲強度—第五部分：對小測試表面的平面試樣進行雙環彎曲測試（ISO/DIS 1288-5:2007）；德國版本EN ISO 1288-5

DIN EN 1465

黏合劑：拉伸剪切強度的測定 - 剛性材料搭接剛性材料（ISO 4587:1979，修正版）

DIN EN 1464

黏合劑：高強度黏合抗剝離性的測定—浮輥法（ISO 4578:1990，修正版）。德國版本EN 1464:1994 （DIN EN 1464:1995-01），替代DIN 53289:1979-09

EN 1288-3

建築玻璃：測定玻璃的彎曲強度—第三部分：測試試樣由兩個支撐點支撐（四點彎曲）(ISO/DIS 1288-3:2007)；德國版本EN ISO 1288-3:2007

IEC 61215和EN 61215

IEC 61215和EN 61215描述了眾多的資格驗證測試，其基於潛在的老化影響，用於對PV光伏組件材料施加人工負載。以下各個載荷組是被認定的：

太陽光，包含UV光
氣候（冷、熱、濕度、氣候變化）
機械加載（冰雹、風、吸力和壓力、雪）

如果沒有明顯或大的可見損傷，且輸出的性能及絕緣性能沒有改變，或與測試開始前相比只發生了微小的變化，即可認定該材料已通過測試。過去幾年裡，IEC 61215標準的測試證書已成為晶體光伏組件的品質標桿，如今大多數國內外的資助機構都已要求做此測試。

IEC/EN 61215和IEC/EN 61646

針對厚膜太陽能組件的IEC或EN 61215標準和薄膜太陽能組件的IEC或EN 61646標準（薄膜地面光伏—設計驗證和定型）。

IEC 61215測試非常嚴格，製造商生產的太陽能模組必須能在幾乎全世界的地理區域與環境條件下承受長達25年的室外使用。提供零故障的使用過程，IEC測試總共花費5個月時間。為了滿足此嚴格需求，一批測試模組必須通過環境測試協議，包括UV紫外線輻射、長時間暴露在高溫和潮濕環境下的極端環境、機械載荷和扭轉，以及抵抗冰雹和落石的衝擊測試。在進行環境測試的同時，對整體太陽能組件的電氣性能、絕緣性能進行全面測試，並測定任何潛在的關鍵區域或部位。

EN 1288-2，2007年10月:

建築玻璃：測定玻璃的彎曲強度—第二部分：對大測試表面的平面試樣進行雙環彎曲測試（ISO/DIS 1288-2:2007）；德國版本EN ISO 12882007

IEC 61646和EN 61646

IEC 61646和EN 61646 描述了眾多的資格驗證測試，其基於潛在的老化影響，用於對PV光伏組件材料施加人工負載。以下為一些已被認定的載荷組：

太陽光、包含UV光
氣候（冷、熱、濕度、氣候變化）
機械載荷（冰雹、風、吸力和壓力、雪）

如果沒有明顯或大的可見損傷，且輸出的性能及絕緣性能沒有改變，或與測試開始前相比只發生了微小的變化，即可認定該材料已通過測試。過去幾年裡，IEC 61646標準的測試證書已成為晶體光伏組件的品質標桿，如今大多數國內外的融資機構都已要求做此測試。

測試解決方案案例

為了解破壞性材料測試是如何運用於太陽能電池及模組生產，此處介紹了厚膜電池測試的各個生產階段的生產控管案例。

太陽能電池或光伏電池是將光所蘊含的能量直接轉換為電能的電子組件。
主要類型：

厚膜太陽能電池由單晶或多晶矽所製成。由於它的高效能而被廣泛應用於中歐（超過一般電池的20%）。此外，它們還有很高的單位表面積效率。例如：只需大約8平方公尺的屋頂面積即可產出1Kwp的能量。製造這些模組需要有大量的材料及能量，因此品質管控是十分必要的。
薄太陽能電池的基質和氣相沉積材料有很多種：無定形或微晶矽(a-Si, μ-Si)，砷化鎵(GaAs)，碲化鎘(CdTe)，或銅-銦-硫-硒化合物(CIGS)。薄膜電池與晶體矽晶片為基質的太陽能電池的最大不同在於它們的生產過程及使用材料的膜厚度。
有機太陽能電池（由具備半導體性質的塑料所製成）

測試要求可能依據太陽能電池的類型而有所不同，因使用的各種技術在某種情況下會導致從根本上截然不同的設計。

Tedlar薄膜的剝離測試

對於太陽能模組，塑膠EVA（醋酸乙烯酯共聚物）或樹脂澆注薄膜在晶片兩邊層壓形成防水防腐蝕保護，並在後面放置一塊Tedlar®薄膜或一塊玻璃板提供額外保護。採用90°剝離來測試這些黏合在一起的元件強度，Tedlar®薄膜被以螺紋夾具夾持並從玻璃板上拔起。單柱試驗機即適用於此種測試，因為它可以毫不費力地測試各種尺寸的玻璃板材。在生產過程中利用該測試檢查生產設備的參數設置是否正確。它也用於貨物進料檢驗以及對超過使用期限的貨物重新進行鑑定測試。為了符合測試標準，Tedlar®薄膜必須承受最大250 N的剝離力。

接線盒和連接電纜之間的拔出測試

建議對成品組件進行多種安全測試，包含框架結構的強度測試，測定角架的壓入和拔出力，電子連接的拉拔測試，以及用於連接組件安裝系統的拉伸、壓縮和彎曲測試。電纜的拔出測試可透過ZwickRoell的Allround雙柱試驗機系列進行。接線盒由特殊的試樣架所固定，連接電纜以螺紋夾具夾持，並施加最大5 kN載荷。

根據ISO 614標準A、B的鋼化安全玻璃沖壓測試

在穿刺測試中，25x25 mm的玻璃試樣置放在雙環彎曲測試治具上（包括支撐環和加載環，及用於固定試樣的附加固定銷），接著用壓頭對試樣加載直至試樣斷裂。金屬容器可防止玻璃碎片進入試驗機的驅動系統內。這個測試按照標準在雙柱試驗機上運行，最大測試力為50 kN。

根據EN 1288-3標準在ProLine試驗機上對結構玻璃進行4點彎曲測試

無論是依照EN 1288-5標準的靜態穿刺測試，或按照EN 1288-3標準的4點彎曲測試，都能夠測試玻璃板材的安全性。
ZwickRoell的AllroundLine試驗機可以用於這兩項測試，不過需要配備安全裝置以避免飛濺玻璃碎片的危害。
測試系统是經特殊裝配，用於依照EN 1288-3標準測定平面玻璃的彎曲強度，該系統符合所有標準的需求。所有壓頭和彎曲輥都能自由轉動，並製作成要求的尺寸。