19個IEC 61215測試來驗證太陽能模組的品質
如果你計畫在屋頂上安裝太陽能模組，來享受源源不絕的太陽能，你需要了解常見的可靠度測試標準如何驗證太陽能板25年的壽命。
我們身邊的消費性電子產品通常只有2到5年的壽命，太陽能板需要通過一系列嚴苛的品質和性能測試才能保證25年的生命週期。
太陽能市場最常見的標準是IEC 61215，這個標準是歐洲和澳洲等成熟市場的入場卷。我們分享太陽能板在屋頂上發電25年所需要的多方面驗證。
Contents
- 什麼是IEC 61215？
- 1.目視檢查排除外觀缺陷
- 2.量測STC最大發電功率確認模組規格
- 3.絕緣測試驗證模組在系統電壓下運作是否安全
- 4.測量溫度係數來了解模組在不同天氣中的發電效果
- 5和6.量測NMOT溫度和在NMOT時的最大發電來模擬實際使用狀況
- 7.低照度測試量測弱光和陰天的模組發電狀況
- 8.戶外曝曬測試提早發現損壞
- 9.熱斑耐久度測試顯示電池遮蔭時的溫度變化
- 10.紫外線預處理測試可分解劣質的封裝材料
- 11.熱循環測試模擬戶外溫度的變化
- 12.濕冷凍測試模擬結霜的影響
- 13.高溫高濕測試偵測封裝材透水的問題
- 14.連接線穩定性測試鑑定電線的可靠度
- 15.濕漏電流測試確認模組在潮濕的環境下能安全運作
- 16.機械負荷測試量測模組的結構強度
- 17.冰雹測試用高速冰球撞擊模組
- 18.旁路二極體安全測試需要導通超過最大短路電流
- 19.曝曬模組直到輸出功率穩定
什麼是IEC 61215？
1.目視檢查排除外觀缺陷
在開始用特殊的設備檢測產品之前，IEC 61215的第一步驟是找尋可能會影響發電或可靠度的外觀缺陷。
常見的外觀瑕疵有：
- 破碎或變形的材料、玻璃、框、接線盒可能會影響發電功能。
- 模組裡出現氣泡或脫膠可能造成短路。
- 元件上的燒焦痕跡會損壞產品。
- 太陽能電池破損或腐蝕會降低發電效率。
- 空焊的導電體會造成開路。
- 沒被包覆的導電體可能造成漏電。
外觀檢查視有成精密製程品保重要的一環，我們的每一片模組都需要通過嚴格的目視檢查才能達到品質標準。
2.量測STC最大發電功率確認模組規格
發電量和發電效率是最常見的模組挑選方式。
太陽能板的發電規格是用標準測試環境(STC)測量的，讓我們找到期望的發電規格：
- 日照度1,000 W/m2。
- 太陽能電池溫度25°C。
使用STC量測的最大發電輸出除以模組的面積可以得到模組效率。
模組效率越高表示在屋頂的有限面積上能夠輸出更多的發電。
在每個系列的可靠度測試前後都會測量STC最大功率輸出，只要前後的數據差異少於5%，就表示模組的品質通過測試。
3.絕緣測試驗證模組在系統電壓下運作是否安全
太陽能系統電壓可高達1500伏特，而這個電壓會存在所有的導電體，如電纜、電池和焊帶。絕緣測試可以確認玻璃、EVA和背板在承受高電壓時的介質強度。
1000伏特加上2倍系統電壓將導入接線盒接頭和框(研磨掉框表面的絕緣層)，來測試模組的絕緣是否會被破壞。
符合絕緣測試的太陽能模組需要有超過40 MΩ/m2的絕緣電阻。擁有好的絕緣才能在太陽能系統中防止觸電的發生。
4.測量溫度係數來了解模組在不同天氣中的發電效果
太陽能模組的電性在不同溫度會有不同，因此我們需要了解溫度改變對發電的影響。實驗室在不同溫度的情況下用固定照度測量模組IV曲線，讓我們了解溫度如何影響發電輸出。
測試結果的溫度係數會標示在產品規格書中，讓安裝商能模擬太陽能系統的發電效益。
5和6.量測NMOT溫度和在NMOT時的最大發電來模擬實際使用狀況
日照導致太陽能板溫度升高，進而影響模組發電效率。NMOT會計算當模組實際運作時溫度上升後實際的發電狀況：
- 日照800 W/m2。
- 環境溫度20°C。
- 風速1 m/s。
在NMOT環境下模組升溫後量測的發電功率、電流和電壓，讓我們更了解太陽能系統在戶外發電的狀況。
7.低照度測試量測弱光和陰天的模組發電狀況
每天都會日出和日落，太陽能板在每天不同的時間會有不同的發電輸出。
在低照度測試條件下，我們用200 W/m2日照度模擬黎明、黃昏和多雲天氣時的模組發電功率。跟其他品牌的產品比起來，有成精密的模組在低照度能維持最佳的發電效率。
有成精密的太陽能板在低照度時能維持高發電效率，所以每天會比較早開始發電，在黃昏時比較晚下班，讓太陽能系統有最大的發電輸出。
8.戶外曝曬測試提早發現損壞
日照和高溫可以造成劣質的太陽能板提早發電衰退，也就是所謂的LID。
戶外曝曬測試條件需要將模組在太陽下累積60 kWh/m2的能量，大約歐洲系統的20天或澳洲2周，讓我們可以提早發現LID和其他元件耗損造成的發電衰退。
9.熱斑耐久度測試顯示電池遮蔭時的溫度變化
太陽能模組在運作時偶爾會被落葉、髒污和附近的樹或路燈遮蔭。被遮蔭的電池片會反向偏壓並成為熱斑。
熱斑測試讓我們了解電池片溫度上升時造成的溫差對模組的影響。
10.紫外線預處理測試可分解劣質的封裝材料
UV紫外線會弱化EVA和背板封裝材的結構，以及接線盒的密封能力。
在熱循環(TC)和濕冷凍(HF)等可靠度測試前曝曬紫外線，可模擬強烈日照如何加速太陽能產品元件的老化。
紫外線預處理的測試條件如下：
- 累積紫外線(280 nm – 400 nm波長)照射量到15 kWh/m2。
- 模組溫度60°C。
11.熱循環測試模擬戶外溫度的變化
一個PV系統在戶外經歷日夜交替，長需要承受嚴酷的溫度差異。
我們透過熱循環測試(TC)用200次循環嚴寒和酷熱的溫度(-40°C and 85°C)加速模組因熱漲冷縮衰退的情形。模組材料熱脹冷縮的反應會造成劣質的產品變脆弱、發電衰退。
12.濕冷凍測試模擬結霜的影響
我們都知道水在結冰後體積會變大。當水氣滲進太陽能板後再結冰，微小的冰塊會將封裝材料和框的結構弱化。
濕冷凍測試(HF)結合高溫和濕度再降溫到冰點以下(85°C度和85%相對溼度到-40°C)總共10個循環，讓我們偵測模組是否有漏水的材料會被霜破壞。
13.高溫高濕測試偵測封裝材透水的問題
HF測試每個循環只有20小時的高濕度環境凝結水珠，而高溫高濕測試(DH)讓太陽能板維持1000小時的高溫和濕度。穩定85°C和85%相對濕度可呈現熱帶氣候常見的炎熱天氣和水氣。
封裝材料和絕緣阻抗會被DH嚴苛的考驗，確保凝結的水珠不會滲入太陽能電池造成發電衰退。
14.連接線穩定性測試鑑定電線的可靠度
連接線需要跟太陽能板本身一樣擁有超過25年的壽命。40 N的拉力分別在接線盒輸出線垂直和平行的方向拉扯10秒鐘，測試電線是否穩固，並且能夠長期安全的使用。
15.濕漏電流測試確認模組在潮濕的環境下能安全運作
太陽能板即使被水潑濕了，也要能安全可靠的運作。不論是下雨、起霧、露水或融化的雪，太陽能板需要保持可靠的絕緣特性，讓系統維運人員在PV系統旁能安全的工作。
濕漏電測試將模組浸泡在水中，並用最高系統電壓量測模組絕緣電阻2分鐘。一個正常的太陽能板需要超過40 MΩ/m2的絕緣電阻才能通過這個測試。
16.機械負荷測試量測模組的結構強度
強風、積雪或者是施工人員，是幾個太陽能模組經常碰到的機械負載。
標準機械負荷測試(ML)在模組的正反面輪流施加一小時2,400帕的壓力。有成精密的模組設計能夠承受正面5,400帕的壓力，讓最產品能在最惡劣的環境下運作。
17.冰雹測試用高速冰球撞擊模組
冰雹雖然不常發生，但是下冰雹可能會對房子和建築物造成損傷。太陽能板需要在住宅的屋頂上運作25個冬天以上，為了在寒冷的地區安裝太陽能，冰雹測試是個必須要持執行的測試項目。
標準的IEC測試使用11顆25 mm直徑、23 m/s速度的冰球撞擊模組，有成精密的加嚴測試使用35 mm直徑、27.2 m/s速度的冰球測試(是標準測試的4倍破壞力)。
18.旁路二極體安全測試需要導通超過最大短路電流
接線盒中的旁路二極體是保護太陽能電池過熱的保護元件。當太陽能電池因為缺陷或遮蔭而停止正常發電，旁路二極體會將電流繞過缺陷的串列，避免電池過熱。
二極體測試使用高溫和高電流檢驗元件的安全性：
- 模組溫度75°C。
- 對二極體導入25倍的短路電流(ISC)一小時。
高品質的旁路二極體在測時環境下需要能正常運作。
19.曝曬模組直到輸出功率穩定
在日照時太陽能電池的輸出功率可能會不穩定，因此使用曝曬測試準備模組，讓輸出功率穩定後再開始其他的可靠度測試。
測試樣品需經過2次的10 kWh/m2日照，直到最大輸出功率Pmax的差異小於平均輸出的1%。
只要有成精密的模組通過IEC 61215的19個標準測試，您就可以安心的在屋頂上安裝WINAICO太陽能模組，讓模組提供您長久、穩定的再生能源。
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