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太阳能电池测试

需要高的产品质量,期望长的使用寿命,测试章程缺少 - 这是光伏产业的现状。对那些希望能在这个激烈竞争的市场中立足的公司以及希望用最低的价格获得理想的性能数据和预期使用寿命的公司来说,测试是十分必要的。只有通过改进质量、节约成本的生产和更好的安全性才能使太阳能电池企业在近几年价格急剧下滑的背景下得以生存。

挑战

在日常使用中,太阳能电池是暴露在极端环境下的。雨水、冰雹、风暴和气温的大幅波动不应该危害到产品的功能。它们必须能承受雪、冰和安装部件的重量以达到40年不发生损坏的预期使用寿命。这对电子和机械性能都有很高的要求。然而,针对部件机械要求的测试标准并不存在。除了个别国内供应商和生产商之间设立的合同规定,太阳能电池的标准质量保证细则并不存在。标准的缺失和个别用户的需求意味着定制的测试仪器和测试方法十分必要,这就是材料测试专家的作用。

试验方法/标准概览

试验方法/标准概览

ISO 614
EN 1288-5
DIN EN 1465
DIN EN 1464
EN 1288-3
IEC 61215和EN 61215标准
IEC/EN 61215和IEC/EN 61646标准
EN 1288-2,2007年10月:
IEC 61646和EN 61646标准

ISO 614

造船 - 钢化安全玻璃板船舶舷窗和船舶矩形窗 - 非破坏性强度试验冲压法(ISO 614:1989-09)

EN 1288-5

建筑玻璃:测定玻璃的弯曲强度 - 第五部分:对小测试表面的平面试样进行双环弯曲试验(ISO/DIS 1288-5:2007);德国版本EN ISO 1288-5

DIN EN 1465

胶粘剂:拉伸剪切强度的测定 - 刚性材料对刚性材料(ISO 4587:1979,修正版)

DIN EN 1464

胶粘剂:高强度粘合抗剥离性的测定 - 浮辊法(ISO 4578:1990,修正版)。德国版本EN 1464:1994 (DIN EN 1464:1995-01),替代DIN 53289:1979-09

EN 1288-3

建筑玻璃:测定玻璃的弯曲强度 - 第三部分:测试试样由两个支撑点支撑(四点弯曲)(ISO/DIS 1288-3:2007);德国版本EN ISO 1288-3:2007

用于晶片测试且带弯曲试验工装的zwickiLine

IEC 61215和EN 61215标准

IEC 61215和EN 61215标准描述了许多资格鉴定测试,其基于潜在的老化影响,用于对光伏组件材料施加人工加载。以下各个载荷组是被认定的:

日光,包含UV光
气候(冷、热、湿度、气候变化)
机械载荷(冰雹、风、吸力和压力、雪)

如果没有明显的大的可见损伤,且输出的性能及绝缘性能没有改变或与测试开始前相比只发生了微小的改变,即可认定材料通过了测试。在过去的几年里,IEC 61215标准的测试证书已然成为晶体光伏组件的质量标杆,现如今大多数国内外的融资部门都要求做这个测试。

IEC/EN 61215和IEC/EN 61646标准

针对厚膜太阳能组件的IEC或EN 61215标准和薄膜太阳能组件的IEC或EN 61646标准(薄膜地面光伏 - 设计鉴定和定型)。

IEC 61215试验非常严格,公司生产的太阳能组件必须能在几乎所有全世界范围内的地区和环境条件的室外使用最高25年。提供零故障的使用过程,IEC试验总共花费5个月时间。为了满足这个严格的要求,一批试样必须通过包括UV射线、极端温度、高温和高湿度迁延照射、机械载荷和扭转以及抵抗冰雹和落石的环境测试协议。与环境测试同时进行的还有测试整体太阳能组件的电气性能、绝缘性和其他潜在的重要性能或部位。

EN 1288-2,2007年10月:

建筑玻璃:测定玻璃的弯曲强度 - 第二部分:对大测试表面的平面试样进行双环弯曲测试(ISO/DIS 1288-2:2007);德国版本EN ISO 12882007

ISO 614标准A和B的增韧安全玻璃的冲压试验

IEC 61646和EN 61646标准

IEC 61646和EN 61646 标准描述了许多资格鉴定测试,其基于潜在的老化影响,用于对光伏组件材料施加人工载荷。以下各个载荷组是被认定的:

  • 日光、包含UV光
  • 气候(冷、热、湿度、气候变化)
  • 机械载荷(冰雹、风、吸力和压力、雪)

如果没有明显的大的可见损伤,且输出的性能及绝缘性能没有改变或与测试开始前相比只发生了微小的改变,即可认定材料通过了测试。在过去的几年里,IEC 61646标准的测试证书已然成为晶体光伏组件的质量标杆,现如今大多数国内外的融资部门都要求做这个测试。

测试解决方案的示例

为了理解破坏性材料测试是如何运用于太阳能电池和组件生产中的,此处介绍了厚膜太阳能电池测试的单独生产阶段的生产控制的示例。

太阳能电池或光伏电池是转换蕴含在直接射在电能上的辐射能的电子元件。
主要类型:

  • 厚膜太阳能电池由单晶体或多晶硅制成,由于其高效能(超过20%)广泛应用于中欧。此外,它们还有很高的单位表面积效率的特点。如:只需大约8平米的屋顶面积即可产出1Kwp的能量。制造这些组件要求有大量的材料和能量,因此质量控制是必要的。
  • 薄太阳能电池的基质和气相沉积材料有很多种:无定形或微晶硅(a-Si, μ-Si),砷化镓(GaAs),碲化镉(CdTe),或铜铟硫硒混合物(CIGS)。薄膜电池与晶体硅晶片为基质的太阳能电池的最大不同在于它们的生产过程及使用材料的膜厚度。
  • 有机太阳能电池(由具备半导体性质的塑料制成)

测试要求根据太阳能电池的类型有所不同,因使用的多种技术在某种情况下会导致从根本上不同的设计。

Tedlar薄膜的剥离试验

对于太阳能模块,塑料EVA(醋酸乙烯酯共聚物)或树脂浇注薄膜在晶片两边层压形成防水防腐蚀保护层,并在后面放置一块Tedlar®薄膜或一块玻璃板提供额外的保护。采用90°剥离试验来测试这些粘合在一起的部件的强度,Tedlar®薄膜被螺纹夹具夹持,从玻璃板上拔起。单立柱试验机适用于这个试验,可毫不费力地测试各种尺寸的玻璃板。在生产过程中运行这种试验来检查生产设备参数设置是否正确,它也用于货物进料检查,以及对超过保存期的货物的再次鉴定测试。为了满足试验标准,Tedlar®薄膜必须承受最大250 N的剥离力。

接线盒和连接电缆之间的抽离试验

对于成品组件推荐进行多种安全测试,包含框架结构的强度试验,测定脚架的压入和分离力,电子连接的拉拔试验,连接组件的安装系统的拉伸、压缩和弯曲试验。接线盒的电缆拔出试验可以采用ZwickRoell的双立柱试验机Allround系列进行。接线盒由特殊试样架固定,连接电缆被螺纹夹具夹持,并施加最大5 kN载荷。

ISO 614标准A和B的增韧安全玻璃的冲压试验

在冲击试验中,25x25 mm的玻璃试样放置在双环弯曲试验工装上(包括支撑环和加载环,及用于固定试样的附加固定销),一个冲头用于对试样加载直至试样破裂。金属容器可防止玻璃碎片进入试验机驱动系统内。这个试验按照标准在双立柱试验机上运行,最大试验力为50 kN。

在ProLine试验机上对结构玻璃进行EN 1288-3标准的4点弯曲试验

  • 无论是按照EN 1288-5标准的静态穿刺试验,还是按照EN 1288-3标准的4点弯曲试验,都能够测试玻璃板的安全性。
  • ZwickRoell的AllroundLine试验机可以用于这两项试验,不过需要配备安全装置以避免飞溅玻璃碎片的危害。
  • 试验系统是特殊安装的,用于按照EN 1288-3标准测定平面玻璃的弯曲强度,该系统符合标准的所有要求。所有砧座和弯曲辊都能自由转动,并制作成要求的尺寸。

测试晶片的4点弯曲测试工装

  • 用于测试晶片/单晶片或类似元件的4点弯曲试验。
  • 其包含两个各配备两个可调节压头的弯曲梁,可配合一个Fmax 10 N的力传感器使用。

4点弯曲试验

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