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新标速递:IEC TC82 WG2 光伏组件与零部件标准最新状态解析

10月26至30日,IEC TC82 WG2 召开了2020秋季网络会议。来自全球各地的光伏专家在为期一周的会议里,就多项该光伏标准展开了深入讨论。TÜV 南德一直积极参与IEC标准的制定和讨论,随时掌握标准最新发展动态,不断完善自身的服务范围和能力,从而协助客户端及时向市场提供满足最新标准要求的合格产品。

以下对此次会议讨论的主要内容和标准更新状态给大家做一个汇报:

从2020年春季会议以后,发布12项新标准,涉及功率测试参考器件,光伏组件不同应用场景的可靠性,包括不均匀载荷,盐雾,高温工作;以及零部件和材料,包括接线盒,封装材料,边缘密封材料。

  • IEC 62938:2020 Photovoltaic (PV) modules - Non-uniform snow load testing (2020-05-14)

  • IEC 61701:2020 Photovoltaic (PV) modules - Salt mist corrosion testing (2020-06-11)

  • IEC TS 63126:2020 Guidelines for qualifying PV modules, components and materials for operation at high temperatures (2020-06-22)

  • IEC 60904-1:2020 Photovoltaic devices - Part 1: Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics (2020-09-25)

  • IEC 60904-4:2019/COR1:2020 Corrigendum 1 - Photovoltaic devices - Part 4: Photovoltaic reference devices - Procedures for establishing calibration traceability (2020-09-25)

  • IEC 60904-9:2020 Photovoltaic devices - Part 9: Classification of solar simulator characteristics (2020-09-18)

  • IEC 60904-10 ED3: Photovoltaic devices – Part 10: Methods of linear dependence and linearity measurements (2020-09-18)

  • IEC TR 63279 Sequential and combined accelerated stress testing for de-risking photovoltaic modules (2020-08-21)

  • IEC 62790:2020 Junction boxes for photovoltaic modules - Safety requirements and tests (2020-07-15)

  • IEC 62788 -1-4/AMD1 ED1 Amendment 1 – Measurement procedures for materials used in photovoltaic modules – Part 1-4: Encapsulants – Measurement of optical transmittance and calculation of the solar -weighted photon transmittance, yellowness index, and UV cut-off wavelength (2020-10-15)

  • IEC 62788-1-6:2017/AMD1:2020 Amendment 1 - Measurement procedures for materials used in photovoltaic modules - Part 1-6: Encapsulants - Test methods for determining the degree of cure in Ethylene-Vinyl Acetate (2020-05-26)

  • IEC TS 62788-5-2:2020 Measurement procedures for materials used in photovoltaic modules - Part 5-2: Edge seals - Durability evaluation guideline (2020-06-22)

光伏组件标准最新进展

IEC 61215 新版标准进

标准状态:目前是FDIS阶段,主要更新如下:

  • PID序列对极化现象的恢复方法

    研究表明,PID-p的功率恢复主要和UV相关,基于晶科和杜邦的实验数据,以及对紫外灯光谱的分析,不同的光源恢复程度有明显差异。另外,恢复过程中,高温会引起PID-s的恢复,这不是希望看到的结果。因此,工作组最终讨论,将恢复时辐照度定为2KWh.m-2,并且该辐照度量指定为紫外光,可以采用MQT10紫外测试设备。同时,温度限制在40度以下,恢复时间在24小时之内,该时间也有利于实验室进行操作。鉴于61215已经进入FDIS阶段,不能做技术变更,当前采用现在的恢复方法,但是将来补充版本可能还会有所变动,因为根据PID工作组的介绍,PID极化现象在现场也有发现,当前恢复的条件也没有包含湿度和偏压,这和现场条件不一致。另外,与会专家对UV波段范围也进行了讨论,这和SiN导通相关,这还需要进一步研究,也计划在将来补充版本里再做更新。

  • 超大尺寸组件

    基于阿特斯对环境箱尺寸的统计,目前超大尺寸上限定义为长2.2m,宽1.5m。考虑超大尺寸组件难以运输,并且在建筑行业双玻窗户一般都是用代表性样品,与会专家讨论了进一步降低超大尺寸定义的可能性,但市场端可能更希望用完整尺寸来做测试。

  • 增加说明,DH和PID只有在测试完Gate2失败的情况下,才有必要进行恢复

IEC 61730-1:2016 标准修订案

目前CDV草案已提交,主要进展如下:

  • 双面组件相关要求,包括铭牌,使用手册,例如双面组件在选择电气配件时,安全因子在1.25的基础上要考虑背面辐照度的影响。

  • Table 3和Table 4进行了结构上的简化,并且修改了300V以下工作电压DTI厚度的要求,和基础标准保持一致。以前是0.01mm,现在是0.03mm。

    会议中,有专家提出,不应该将DTI作为防触电的要求,因为有耐压测试来评估。工作组基于基础标准IEC 60664进行了解释,主要考虑薄膜材料pinhole或者细微开裂不可避免,所以设定了一个最低厚度的要求,在这个厚度以上,可以忽略pinhole的影响。

    另外有人提出为什么35V以下已经是安全电压,可以直接接触,但还需要有安全距离和厚度的要求,这是功能绝缘的要求,61730-1标准里其实有解释。工作组也给出了解释。

IEC 61730-2:2016 标准修订案

目前CDV草案已提交,下面是一些主要修正内容的进展:

  • 双面组件测试条件更新,主要和IEC 61215保持同步

  • 确定删除MST21温升测试

  • 新增MST 57空气间隙和爬电距离测试条款

  • 脉冲电压测试

    对波形进行了改变,对此有专家不建议更改,认为这是基础标准里的要求,其他电器产品同样参考该标准。但实际实现起来确实存在困难,尤其是大组件情况,因为组件不仅是电容,还作为电感存在。根据专家介绍,目前在高压实验室相对来说实现波形会容易些。另外,会议还讨论了层压件内部为什么还考虑空气间隙,具体要求来自于基础电气标准。

  • 边缘锋利度测试

    之前提出的新方案,试验胶带参考UL1438的要求,但有些要求难以满足。现在考虑将测试手指恢复原版ISO8124-1的要求,但是需要各国投票决定。

IEC 62804 PID测试

目前IEC 62804-2进展不大,还在研究阶段。如之前方案,薄膜PID测试采用5倍系统电压,将有偏压和无偏压进行比对,需要1年的时间。工作组解释了为什么选择5倍.主要是为了将其他环境条件和实际保持一致,通过电压来进行加速测试。

另外,工作组介绍了PID极化现象的调研和测试结果,从结果来看,极化程度和封装材料电阻有关,并且现场也会发生极化现象。工作组指出,目前IEC 61215草稿里提出的恢复条件只有光照,没有湿度和偏压,可能和实际现场是不符的。另外有提到,EVA在高温的时候,体电阻率可能会降低一个等级,这种情况下也可能容易发生PID极化。目前需要进一步收集大家的意见,结合试验,开发合适的测试方案。

LeTID 高温辅助光致衰减

技术规范编号为IEC TS 63342,此次工作组长介绍了各国家对草案的反馈,以及处理结果,和之前春季会议提的方案相比,没有太大的技术变更,主要在细节方面有所变化,例如在温度达到时再通电流,增加了为什么采用通电流而不是光照。预计年底会形成CD.

IEC TS 62915 光伏组件重测导则

IEC TS 62915修订工作组成立以后,进展比较快,目前在工作组内已经取得了不小的进展,此次会议工作组介绍了春季会议后重测导则的变化,如下:

  • 边框或安装结构变化时,不需要做TC200, 用DML+TC50/HF10测试序列进行验证

  • 增加接地和等电位连接变化

  • 增加铭牌变化的重测要求

  • 针对来自不同供应商的同类型材料,如玻璃,明确可以视为相同材料需要满足的相关特性,并且只适用于玻璃,边框,焊带,不适用与聚合物材料。

  • 重新引用IEC 62788-1-4的UV截止波长的定义,并修改UV截止波长相关的重测要求

  • 非玻璃类面板厚度变化小于20%时需复核DTI

  • 限定焊带相关的机械特性变化上下限为10%

  • 对电池间焊接材料的长度增加了允许变化范围

  • 若声明的公差范围超过重测允许的变化范围,则应依据最恶劣情况进行重测

  • 重新设计材料搭配组合表格

按照项目组的思路,包含两类,一类是单一材料,一类是材料组合。对单一材料,项目组计划将材料的具体变化和测试一一对应,这是一个非常庞大而复杂的工作,经讨论,将采取简单的办法,增加相关表述,明确该材料安全方面满足相应零部件标准要求,这样项目组只需要考虑材料组合引起的测试。

另外,会议中也讨论了重测采用小样的可能性,这需要具体分析,例如铭牌采用小样测试就比较合适。

组件功率测试标准

IEC 60891: Photovoltaic devices – Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics

将进入FDIS阶段,主要变化如下:

  • 绝对温度容易产生误解,删除absolute,增加注释

  • 修正流程2中,Voc和辐照度的关系引入了新的拟合函数,引入B1,B2拟合系数,这也很好的解释了开路电压温度系数在低辐照度时减少的现象,通过新的拟合方法,降低了修正误差。另外在修正案例中从原来的两个状态改为3个状态,其中一个是STC,这样修正过程体现更清楚。

IEC 60904-5:Determination of the equivalent cell temperature (ECT) of photovoltaic (PV) devices by the open-circuit voltage method

项目组长进一步介绍了一种ECT直接测量的方法,即使用隔热材料覆盖热传感器以减少风对测量温度的影响,使用该种材料,可以使电池温度和组件背板表面温度之间达到很小的误差。

另外,阿特斯介绍了双面组件的ECT测试方法,其中采用IEC 60891上述修正方法中新的拟合方法。

IEC 61853 Photovoltaic (PV) module performance testing and energy rating

鉴于BIPV和地面用组件工作环境的差异,以及双面组件背面辐照度的影响,在评估这两种产品的能效时,IEC 61853标准需要进行更新。因为涉及到修改的内容会比较多,会议上讨论可以作为原有标准的子标准进行立项更新。

加严标准

IEC TS 63209-1 ED1 Extended-stress testing of photovoltaic modules for risk analysis

目前争议比较大的主要是UV序列,测试时间过长,与会专家进行了激烈的讨论。中国专家提出可以用比较快的测试方法实现相同的失效现象,鉴于该技术规范将进入DTS阶段,如果引入新的方法,可能需要非常漫长的讨论和确认,因此工作组建议将该方法在补充版本中来增加。

其它标准动态

BIPV产品

BIPV之前已经发了2份标准,IEC 63092-1/-2,此次新提案是在此基础上新增的内容,即关于太阳能得热系数(简称SHGC)的评估办法,基于小部件样品和标准尺寸组件的结果比较和分析,进而评估不同尺寸和电池布局的BIPV组件的g值,即太阳光透射比

消费类产品IEC 63163

Specification consumer products

将进入DTS阶段,主要变化如下:

  • 针对所有级别组件,涉及到安全,都需要按照61730-2进行安全测试。

  • 对跌落试验进行修改,考虑了最差跌落情况,给出了跌落示意图,

  • 处于判断产品的电性参数不超过安全的要求的目的,增加对类别1功率测试的要求

新的提案

加严热斑测试

针对一些特殊遮挡情况下的热斑效应,比如系统设计问题造成的永久遮挡,运维难造成的局部灰尘长期遮挡,在现有热斑测试基础上,延长测试时间,控制环温,在不同背板组件上做了更加严酷的热斑测试。从测试结果来看,多数背板和封装材料发生熔化,开裂现象。鉴于该测试方法测得的失效结果相对应的现场失效在行业内报道还比较少,多数专家建议暂时作为TR,即技术报告的形式来立项,为行业提供参考。

双面组件功率测试 IEC 60904-1-2

英利提交了新的双面组件IV测试方法,该方案之前已经在国内以光伏行业协会标准形式发布,采用公式法,并且考虑相邻阵列的影响,背面辐照度从135W.m-2调整为100 W.m-2。

亚稳态光伏器件IV测试

目前除了晶硅电池,还有染料敏化电池,钙钛矿电池等技术同样具备发展前景,尤其是钙钛矿电池。但是这种电池在IV测试过程中存在不稳定现象,即使扫描时间足够长,还是存在正反扫有明显的差异,因此,现有的测试方法需要改进,同时加以一定的稳定方法。报告介绍了几种可能的测试方法,希望成立工作组来进行进一步的研究

光伏零部件和材料系列标准进展

IEC62788系列标准在过去半年取得了比较大的进展:2020年3月颁布了IEC62788-6-2水透测试方法;2020年4月颁布了IEC62788-1-7透光率测试方法;2020年5月颁布了IEC62788-1-6 交联度测试方法的修正案;2020年3月和6月颁布了IEC TS 62788-5关于edge seal的评估方法;最近刚刚颁布了IEC62788-1-4关于封装材料透光率测量、黄变指数、紫外截止波长等的评估方法的修正案。

IEC62788-2-1(前板和背板安全)和IEC62788-1-1(封装材料)这两个标准也取得了比较大的进展。

IEC 62788-1-1

会议介绍了封装材料IEC 62788-1-1标准的进展,并指出在该标准将来发展成熟后,会被组件标准IEC61730/IEC61215直接引用。新的IEC 62788-1从光学性能、机械性能、电气性能、热学性能、化学性能、耐老化性能等多个角度评估封装材的性能, 并在环境前后比对材料的透光率和粘接特性。该标准计划在2021年上半年颁布。

IEC 62788-2-1

在釜山会议上提出在前板和背板标准IEC62788-2基础上新建一个专注于材料安全的标准IEC62788-2-1,该标准将来会直接被组件安全标准IEC61730-1引用。釜山会议后的多次背板工作小组会议对此标准的内容进行了更深入的讨论,并对现在主流的背板类型进行了划分(如下图)。

会议对有效绝缘层RUI的要求有了更加明确的定义:如果背板中的某一层需要作为RUI,则需要通过以下测试:Thermal endurance 热耐久测试(thermal index热指数+ thermal failsafe test 热失效保护)和 Basic insulation基本绝缘。其中thermal failsafe test 热失效保护是全新要求,需要考察在2000h@120◦C热老化后TD+MD两个方向的断裂伸长率,并要求在热老化后伸长率绝对值≥25%,这对一些氟膜来说是比较严峻的考验。

相应的对涂层coating作为有效绝缘层的评估方法也做了介绍,该方法由TÜV SÜD 和中来股份共同开发,并做了长时间的摸底测试,目前该评估方法已经被写入IEC62788-2-1最新的草稿。

此外,在所有测试之前会加入一个类似组件层压条件的预处理环节,比如12min@145◦C。

鉴于RUI的定义方法做了调整,DTI和击穿电压的测试结果会做相应的系数修正,以保证只有有效绝缘层RUI的测试结果才被计入最终的DTI和击穿电压。

IEC62788-2-1预计在明年下半年或者后年初正式颁布。

IEC 62788-7-3

会议介绍了光伏组件外表面磨损测试评估方法的进展,分析了造成材料磨损的可能原因,介绍了两种不同测试方法和对应的应用场景:Falling sand test以及 Forced sand impingement test, 本标准计划在2021年末颁布。

光伏组件用电子导电胶

Canadian Solar介绍了光伏组件用电子导电胶(ECA)的测试方案提案82/1798/NP。该标准将ECA测试分成两部分:材料特性(基本物性、机械、粘接、电气、热特性等)和加速老化 。并介绍了ECA在光伏中的应用场景以及一些标准细节。Canadian Solar计划在目前国内工作组的基础上成立一个专家小组在IEC框架下讨论该标准,并计划在2021年4月提交CD稿。

其它零部件标准

考虑到某些材料在做IEC60112漏电起痕测试时可以通过高电压CTI600而不能通过低电压CTI300的特性,IEC60112将来会要求从低电压开始逐级升高电压,确保材料可以通过每一级别电压的测试,才能被定义为相应的材料等级。

Stäubli结合近年光伏发展的新趋势,介绍了一些新的光伏零部件IEC标准发展方向。比如:水面电站应用对接线盒、连接器、线缆的要求;光伏线束的标准;交流侧电缆和连接器的标准,并对现有连接器标准需要修正的地方提出了建议。针对这些应用方向,TÜV SÜD 已经在过去几年陆续开发了一系列TÜV SÜD PPP标准。

关于TÜV南德智慧能源

TÜV南德深耕中国光伏及智慧能源十年多,具有丰富的检测认证经验,能够从原材料到系统终端的全产业链,提供一站式、多市场的技术解决方案。TÜV南德积极参与光伏及智慧能源领域标准的研究和制定,为广大企业提供检测认证技术服务,并在上海、南京、扬州、常州、无锡、深圳,北京,天津,海南等地拥有多家(含合作)测试中心以及近百位技术专家,是全球领先的光伏和智慧能源产品认证与测试服务解决方案供应商。