Source: incompliancemag
L'industrie photovoltaïque (PV) a connu une transformation incroyablement rapide après l'an 2000 en raison de percées technologiques extraordinaires, du niveau des matériaux à la fabrication de modules à grande échelle.
L'industrie photovoltaïque devant croître de manière constante au cours des prochaines années, deux questions principales retiennent l'attention des opérateurs du marché:
1. Qu'est-ce qui constitue un module de «bonne qualité»?
2. Quelle sera sa «fiabilité» sur le terrain?
Les deux, pour l'instant, restent sans réponse de manière globale.
Les normes PV de performance décrites dans cet article, à savoir CEI 61215 (Ed. 2 - 2005) et CEI 61646
(Ed.2 - 2008), définir des séquences d'essai, des conditions et des exigences spécifiques pour la qualification de conception d'un module PV.
La qualification de conception est censée représenter la capacité de performance du module PV sous exposition prolongée à des climats standard (définis dans la CEI 60721-2-1). De plus, il existe plusieurs autres normes (CEI 61730-1, CEI 61730-2
et UL1703) qui traitent des qualifications de sécurité pour un module, mais ce domaine sera abordé dans un prochain article.
Dans le domaine de la certification, la qualification de la conception est basée sur des essais de type selon CEI, EN ou d'autres normes nationales.
Il convient de souligner le caractère inapproprié de termes tels que «certification CEI» ou «certificat CEI», ainsi que la publicité utilisant le logo CEI au lieu du logo de l'organisme de certification qui a délivré la certification. La CEI n'est pas un organisme de certification; c'est l'acronyme de International Electrotechnical Committee, une organisation internationale de normalisation.
Lorsque les essais de type sont combinés avec des inspections périodiques en usine par un organisme de certification, cela constitue la base des certificats délivrés par cet organisme de certification (portant ainsi leur marque / logo particulier).
Cela peut constituer, dans une certaine mesure, un critère standard de «qualité de base». Cependant, le terme «qualité» est trop générique et souvent utilisé à mauvais escient ne serait-ce que sur la base de la conformité CEI.
Un autre aspect sensible de la «qualité» est la «fiabilité» du module - une préoccupation majeure pour les entrepreneurs / investisseurs PV.
La fiabilité n'est ni définie ni couverte par les normes CEI existantes. L'absence de normes de fiabilité est en partie due au fait qu'à ce jour, il n'y a pas suffisamment de données statistiques collectées dans les champs photovoltaïques (même les installations photovoltaïques «les plus anciennes» doivent encore atteindre leur durée de vie de 20/25 ans conformément à la garantie) .
Mais la CEI 61215 et la CEI 61646 indiquent clairement que la fiabilité n'y est pas abordée, donc la qualification de conception selon ces normes n'implique pas la fiabilité du module PV. Par conséquent, les experts des fabricants, des maisons d'essai et des organismes de normalisation se réunissent dans le but d'élaborer la base d'une norme de fiabilité PV. Une première ébauche est à prévoir, espérons-le dans un proche avenir.
La garantie est également un problème qui mérite d'être mentionné. Il est courant sur le marché de vendre / acheter des modules PV couverts par une garantie de 20 ans. La garantie est censée couvrir un fonctionnement sûr (pas de risques électriques, thermiques, mécaniques et d'incendie) et un niveau de performance acceptable, c'est-à-dire une dégradation limitée de la puissance de sortie (la plupart déclarent une perte de Pmax de 1% par an).
Après avoir clarifié le champ d'application général et les limites en ce qui concerne la qualité de la CEI 61215/61646, ce qui suit fournit une description générale des tests, mettant en évidence ceux qui sont d'une importance majeure pour le silicium cristallin (c-Si) et les modules photovoltaïques en couches minces. Alors que la CEI 61215 a été conçue sur la base d'une solide connaissance des principales technologies existantes du silicium cristallin, la CEI 61646 était principalement basée sur la technologie du silicium amorphe (a-Si). Par conséquent, des technologies relativement nouvelles telles que le CIGS, le CdTe, etc. présentant un comportement et une sensibilité particuliers à l'exposition à la lumière et aux effets thermiques nécessitent des précautions et des considérations particulières lors des tests.
Les différences entre les deux normes seront signalées en italique.
Les deux normes exigent que des échantillons à tester soient prélevés au hasard dans un lot de production conformément à la CEI 60410.
Les modules doivent être fabriqués à partir de matériaux et composants spécifiés et soumis aux processus d'assurance qualité du fabricant. Tous les échantillons doivent être complets dans les moindres détails et fournis avec les instructions de montage / d'installation du fabricant.
La figure 1 décrit la nature des tests.
L'approche générale des deux normes peut être résumée dans:
Définissez "défauts visuels majeurs.”
Définissez "réussite / échec" Critères.
Fairetests initiauxsur tous les échantillons.
Échantillons de groupesubirséquences de test.
Fairepost-tests après des tests uniques, etséquences de test(CEI 61215).
Faire des tests après des tests uniques, ettrempage léger final après les séquences de test(CEI 61646).
Recherchez les «défauts visuels majeurs" etcochez «réussite / échec»Critères.
Figure 1
Différents échantillons passent par différentes séquences de test en parallèle, comme indiqué sur les figures 2 et 3.
Figure 2: séquence de tests de qualification (CEI 61215)
Figure 3: séquence de test (CEI 61646)
Cinq «défauts visuels majeurs» sont définis dans la CEI 61215, tandis qu'il y en a six dans la CEI 61646.(en italique sont les différences dans la CEI 61646):
a) les surfaces externes cassées, fissurées ou déchirées, y compris les superstrats, les substrats, les cadres et les boîtes de jonction;
b) surfaces externes tordues ou mal alignées, y compris les superstrats, les substrats, les cadres et les boîtes de jonction dans la mesure où l'installation et / ou le fonctionnement du module seraient compromis;
c) une fissure dans une cellule dont la propagation pourrait retirer plus de 10% de la surface de cette cellule du circuit électrique du module;
c) des vides ou une corrosion visible de l'une quelconque des couches de film mince des circuits actifs du module, s'étendant sur plus de 10% de n'importe quelle cellule; (CEI 61646)
d) des bulles ou délaminations formant un chemin continu entre n'importe quelle partie du circuit électrique et le bord du module;
e) perte d'intégrité mécanique, dans la mesure où l'installation et / ou le fonctionnement du module serait altéré;
f) Les marquages (étiquette) du module ne sont plus attachés ou les informations sont illisibles. (CEI 61646)
Avec 6 critères opérationnels de «réussite / échec»:
a) la dégradation de la puissance de sortie maximale ne dépasse pas la limite prescrite après chaque essai ni 8% après chaque séquence d'essai;
a) après le trempage léger final, la puissance de sortie maximale à STC n'est pas inférieure à 90% de la valeur minimale spécifiée par le fabricant. (CEI 61646)
b) aucun échantillon n'a montré de circuit ouvert pendant les tests;
c) il n'y a aucune preuve visuelle de défauts majeurs;
d) les exigences d'essai d'isolation sont satisfaites après les essais;
e) les exigences d'essai de courant de fuite humide sont respectées au début et à la fin de chaque séquence et après l'essai de chaleur humide;
f) les exigences spécifiques des tests individuels sont respectées.
Si deux échantillons ou plus échouent à l'un de ces critères d'essai, la conception est réputée échouer à la qualification. Si un échantillon échoue à un essai, deux autres échantillons doivent subir l'ensemble de la séquence d'essai pertinente depuis le début. Si l'un ou les deux de ces nouveaux échantillons échouent également, la conception est réputée ne pas répondre aux exigences de qualification. Si les deux échantillons réussissent la séquence d'essai, la conception est réputée répondre aux exigences de qualification.
Remarque:Certaines défaillances, même si sur un seul échantillon, peuvent être un indicateur de graves problèmes de conception nécessitant une analyse des défaillances et une revue de conception pour éviter les retours sur le terrain (problème de fiabilité). Dans de tels cas, le laboratoire doit arrêter la séquence de test et inviter le fabricant à effectuer une analyse de défaillance détaillée, identifier la cause profonde et mettre en place les actions correctives nécessaires avant de soumettre les échantillons modifiés pour un nouveau test.
La différence au point a) entre la CEI 61215 et la CEI 61646 concernant la dégradation Pmax mérite d'être commentée.
Dans la CEI 61215, la dégradation Pmax ne doit pas être supérieure à 5% de la Pmax initiale mesurée au début de chaque essai unique, et pas plus de 8% après chaque séquence d'essai.
Dans la CEI 61646, il y a deux éléments cruciaux:
1. Définition de la Pmax minimale (dérivée de la Pmax ± t (%) indiquée sur l'étiquette de notation, où t (%) indique la tolérance de production).
2. Tous les échantillons doivent subir un léger trempage et doivent présenter une Pmax finale ≥ 0,9 x (Pmax - t (%)).
En d'autres termes, la CEI 61646 abandonne le critère de dégradation de Pmax après les tests uniques (-5%) et les séquences de test (-8%) utilisés dans la CEI 61215, et s'appuie plutôt sur la vérification de la dégradation de Pmax en se référant à la puissance nominale après tous les tests sont terminés et les échantillons sont légèrement imbibés.
Une autre différence est que la CEI 61215 exige que tous les échantillons soient «préconditionnés» en les exposant (en circuit ouvert) à un total de 5,5 kWh / m2.
Il n'y a aucune exigence dans la CEI 61646 dans le but d'éviter les effets spécifiques que le préconditionnement peut avoir sur différentes technologies à couches minces. Certaines technologies à couches minces sont plus sensibles à la dégradation induite par la lumière, tandis que d'autres sont plus sensibles aux effets de la chaleur sombre. Par conséquent, les tests initiaux-post seraient une approche non homogène pour évaluer les changements à travers les séquences de test. Au lieu de cela, la CEI 61646 appelle à un trempage final de la lumière sur tous les échantillons après les séquences environnementales et pour l'échantillon de contrôle, et à mesurer la Pmax finale pour juger si la dégradation est acceptable par rapport à la valeur minimale nominale de Pmax.
Voici une brève description des tests.(Les différences dans la CEI 61646 seront indiquées en italique.)
Inspection visuelle: il s'agit généralement d'une vérification diagnostique.
Le but est de détecter tout «défaut visuel majeur» défini ci-dessus en vérifiant le module dans une zone bien éclairée (1000 lux).
Il est répété plusieurs fois dans toutes les séquences de test et est effectué plus que tout autre test.
Puissance maximale (Pmax): est généralement un paramètre de performance.
Elle est également réalisée plusieurs fois avant et après les différents tests environnementaux. Il peut être effectué avec un simulateur de soleil ou à l'extérieur.
Bien que la norme donne la possibilité d'effectuer le test pour une gamme de températures de cellule (25 ° C à 50 ° C) et de niveaux d'irradiance (700 W / m2 à 1100 W / m2), il est courant parmi les laboratoires PV de le réaliser aux conditions d'essai standard (STC). Par définition, STC correspond à: 1000 W / m2, température de cellule de 25 ° C, avec un rayonnement solaire spectral de référence appelé Air Mass 1.5 (AM1.5), tel que défini dans la CEI 60904-3.
La plupart des laboratoires utilisent des tests en intérieur avec des simulateurs solaires ayant un spectre aussi proche que possible de l'AM1.5. Les caractéristiques et les écarts du simulateur solaire par rapport à la norme AM1.5 peuvent être classés selon la CEI 60904-9. De nombreux fournisseurs de simulateurs solaires proposent des systèmes classés au niveau le plus élevé possible: AAA, où la première lettre indique la qualité du spectre, la deuxième lettre; l'uniformité de l'irradiance sur la zone d'essai et la troisième lettre; la stabilité temporelle de l'irradiance. La classification des simulateurs solaires peut être trouvée dans la CEI 60904-9: 2007.
Remarque:Les auto-déclarations des fournisseurs ne constituent pas nécessairement une preuve de la traçabilité de la mesure
Échelle PV mondiale.
Une mesure de Pmax correcte et traçable à l'échelle mondiale PV est d'une importance critique. Non seulement c'est l'un des critères de réussite / d'échec, mais les valeurs mesurées peuvent également être utilisées par les utilisateurs finaux comme indicateur de performance pour les évaluations de rendement énergétique.
Les deux normes fixent plusieurs exigences de précision pour la mesure de la température, de la tension, du courant et de l'irradiance.
Il est important de noter que la répétabilité requise pour la mesure de puissance dans la CEI 61215 est de seulement ± 1%.
Il n'y a aucune mention d'une telle exigence dans la CEI 61646, probablement en raison des problèmes bien connus «d'instabilité» et de «répétabilité» des différentes technologies à couches minces. Au lieu de cela, la CEI 61646 a une recommandation générale:
"Tous les efforts doivent être faits pour garantir que les mesures de puissance de crête sont effectuées dans des conditions de fonctionnement similaires, c'est-à-dire minimiser l'ampleur de la correction en effectuant toutes les mesures de puissance de crête sur un module particulier à environ la même température et le même rayonnement."
Un autre facteur important contribuant à la précision de la mesure de Pmax, en particulier pour les couches minces, est le décalage spectral entre les cellules de référence utilisées par le laboratoire et la technologie spécifique testée.
Résistance d'isolement: est un test de sécurité électrique.
Le but est de déterminer si un module a une isolation électrique suffisante entre ses parties conductrices de courant et le châssis (ou le monde extérieur). Un testeur de rigidité diélectrique est utilisé pour appliquer une source de tension continue jusqu'à 1000 V plus le double de la tension maximale du système. Après l'essai, il ne doit y avoir ni panne, ni suivi de surface. Pour les modules d'une surface supérieure à 0,1 m2, la résistance ne doit pas être inférieure à 40 MΩ pour chaque mètre carré.
Test de courant de fuite humide: est également un test de sécurité électrique.
Le but est d'évaluer l'isolation du module contre la pénétration d'humidité dans des conditions de fonctionnement humides (pluie, brouillard, rosée, neige fondue), afin d'éviter la corrosion, les défauts de terre et donc les risques de choc électrique.
Le module est immergé dans un réservoir peu profond à une profondeur couvrant toutes les surfaces sauf les entrées de câbles des boîtes de jonction non conçues pour l'immersion (inférieure à IPX7). Une tension de test est appliquée entre les connecteurs de sortie court-circuités et la solution de bain-marie jusqu'à la tension maximale du système du module pendant 2 minutes.
La résistance d'isolement ne doit pas être inférieure à 40 MΩ pour chaque mètre carré pour les modules d'une surface supérieure à 0,1 m2.
Il est essentiel de savoir que les connecteurs homologues doivent être immergés dans la solution pendant le test et ceci où une conception de connecteur défectueuse peut être la cause d'un résultat FAIL important.
Remarque:L'échec du test de courant de fuite humide en raison de connecteurs défectueux n'est pas un événement rare, et en tant que tel, il représente certainement un réel danger pour les opérateurs sur le terrain. Il n'y a pas de norme CEI concernant les connecteurs PV, mais il existe une norme européenne harmonisée (EN 50521). Les connecteurs certifiés EN 50521 ont subi des tests sévères, y compris les cycles thermiques (200) et la chaleur humide (1000 heures), et il peut être utilisé comme critère de sélection des fournisseurs. Cependant, le test avec le module aura le dernier mot. Garder un œil sur les connecteurs fournis avec les boîtes de jonction est une tâche délicate pour les fabricants de modules PV. Le changement «facile» de fournisseurs de connecteurs de conception différente peut représenter un risque majeur pour le test de courant de fuite humide.
Le test de courant de fuite humide est classé comme l'un des échecs les plus récurrents lors de la qualification PV dans les laboratoires d'essai. Lorsque la panne n'est pas due à un problème de connecteur (comme mentionné ci-dessus), la panne se produira probablement après le test de chaleur humide et / ou le test de gel d'humidité pour les modules qui ont des problèmes avec les processus de stratification et de scellage des bords pendant la production.
Coefficients de température: est un paramètre de performance.
Le but est de déterminer les coefficients de température du courant de court-circuit Isc (α), de la tension en circuit ouvert Voc (β)
et la puissance maximale (Pmax) (δ) des mesures du module. Les coefficients ainsi déterminés ne sont valables qu'à l'éclairement énergétique auquel les mesures ont été effectuées (c'est-à-dire à 1000 W / m2pour la plupart des laboratoires utilisant le simulateur solaire).
Pour les modules avec une linéarité connue sur une certaine plage d'irradiance selon CEI 60891, les coefficients calculés peuvent être considérés comme valides sur cette plage d'irradiance.
La CEI 61646 est plus «prudente» et fait une remarque supplémentaire concernant les modules à couches minces, dont les coefficients de température peuvent dépendre de l'irradiation et de l'historique thermique du module… Mais du point de vue des tests, la boîte de test des coefficients de température est simplement placée sous le première séquence de test à gauche (fig. 3). «L'irradiation et l'histoire thermique» de cet échantillon consistent simplement en le «trajet» qu'il a fallu pour se rendre au laboratoire, aux conditions environnementales dans lesquelles il a été stocké, aux tests initiaux et enfin au test d'exposition en extérieur (60 kWh / m2).
Deux méthodes sont utilisées pour la mesure avec des simulateurs solaires:
1. pendant le chauffage du module ou
2. refroidissement du module;
sur un intervalle de 30 ° C (par exemple,25 ° C - 55 ° C), et à tous les intervalles de 5 ° C, le simulateur solaire prend une mesure IV (Isc, Voc, Pmax ne sont pas réfléchis, mais mesurés pendant le balayage IV), y compris Isc, Voc et Pmax.
Les valeurs de Isc, Voc et Pmax sont tracées en fonction de la température pour chaque ensemble de données. Les coefficients α, β et δ sont calculés à partir des pentes des droites des moindres carrés pour les trois fonctions tracées
Compte tenu d'un certain niveau d'irradiance, il est à noter que β (pour Voc) et δ (pour Pmax) sont les deux plus sensibles aux variations de température. Ils ont tous les deux le signe «-», ce qui signifie que Voc et Pmax diminuent avec l'augmentation de la température, tandis que α (pour Isc) a le signe «+», bien que beaucoup plus petit que β et δ. Les trois coefficients peuvent être exprimés en pourcentages relatifs en divisant les α, β et δ calculés par les valeurs de Isc, Voc et Pmax à 25 ° C (1000 W / m2).
Les coefficients de température sont des paramètres de performance souvent utilisés par les utilisateurs finaux pour simuler les rendements énergétiques des modules dans les climats chauds. Il faut se rappeler qu'ils sont valables à 1000 W / m2niveau d'irradiance utilisé en laboratoire, sauf si la linéarité du module à différents niveaux d'irradiance a été prouvée.
Température nominale de fonctionnement des cellules (NOCT): est un paramètre de performance.
NOCT est défini pour un module monté en rack ouvert dans l'environnement de référence standard suivant:
angle d'inclinaison: 45 ° par rapport à l'horizontale
irradiance totale: 800 W / m2
température ambiante: 20 ° C
vitesse du vent: 1 m / s
pas de charge électrique: circuit ouvert
Le NOCT peut être utilisé par le concepteur du système comme un guide de la température à laquelle un module fonctionnera sur le terrain et c'est donc un paramètre utile pour comparer les performances de différentes conceptions de modules. Cependant, le
la température de fonctionnement réelle dépend directement de la structure de montage, de l'irradiance, de la vitesse du vent, de la température ambiante, des réflexions et des émissions du sol et des objets à proximité, etc.
La soi-disant «méthode primaire» pour déterminer le NOCT est une méthode de mesure en extérieur utilisée à la fois par la CEI 61215 et la CEI 61646, et est universellement applicable à tous les modules PV. Dans le cas de modules non conçus pour un montage en rack ouvert, la méthode principale peut être utilisée pour déterminer la température moyenne de jonction des cellules solaires à l'équilibre, le module étant monté conformément aux recommandations du fabricant.
La configuration du test nécessite l'enregistrement des données et la sélection de l'irradiance (pyronamètre), de la température ambiante (capteurs de température), de la température des cellules (thermocouples fixés à l'arrière du module correspondant aux deux cellules centrales), de la vitesse du vent (capteur de vitesse) et de la direction du vent (capteur de direction). Toutes ces quantités doivent être dans certains intervalles afin d'être acceptables pour le calcul du NOCT.
Un ensemble minimum de 10 points de données acceptables pris avant et après le «midi solaire» est utilisé pour le calcul du NOCT final.
Exposition extérieure: est un test d'irradiance.
Le but est une évaluation préliminaire de la capacité du module à résister à l'exposition aux conditions extérieures. Cependant, cela n'implique une exposition que pour un total de 60 kWh / m2qui est une période assez courte pour porter un jugement sur la durée de vie du module.
D'un autre côté, ce test peut être un indicateur utile d'éventuels problèmes qui pourraient ne pas être détectés par les autres tests de laboratoire.
La CEI 61215 exige que la dégradation de la puissance maximale (Pmax) ne dépasse pas 5% de la valeur initiale.
La CEI 61646 exige que la puissance maximale (Pmax) ne soit pas inférieure à la marque «Pmax - t%».
Modules c-Si préconditionnés selon CEI 61215 (5,5 kWh / m2) ne présentent pas de criticité avec ce test, certaines technologies à couches minces peuvent rencontrer plus de problèmes. La raison peut être expliquée par le fait que dans la CEI 61646, le Pmax mesuré après une exposition de 60 kWh / m2 doit être supérieur au Pmax - t% marqué par le fabricant. Cet échantillon est sous la première séquence de tests, où la seule «histoire» sont les tests initiaux et l'exposition extérieure pour un total de 60 kWh / m2 dans diverses conditions climatiques sur 24 heures selon l'emplacement du laboratoire. Une solide connaissance de la technologie testée par le fabricant en termes de dégradation induite par la lumière, de sensibilité à la chaleur, à l'humidité, etc. est essentielle pour déterminer correctement la Pmax nominale et réussir le test.
Endurance aux points chauds: est un test thermique / diagnostique.
Le but est de déterminer la capacité du module à résister à un échauffement localisé provoqué par des cellules fissurées et dépareillées, des défaillances d'interconnexion, un ombrage partiel ou des salissures.
Le chauffage par point chaud se produit lorsque le courant de fonctionnement du module dépasse le courant de court-circuit réduit d'une ou de plusieurs cellules défectueuses (ou ombrées). Cela forcera la ou les cellules dans une condition de polarisation inverse lorsqu'elle deviendra une charge qui dissipe la chaleur. Les phénomènes de points chauds graves peuvent être aussi dramatiques que les brûlures directes de toutes les couches, la fissuration ou même la rupture du verre. Il est important de noter que même dans des conditions de point chaud moins sévères, avec l'intervention de la diode de dérivation, une partie (également connue sous le nom de chaîne) du module est exclue, provoquant ainsi une baisse sensible de la puissance de sortie du module.
L'approche pour simuler des conditions de point chaud réalistes de la clause 10.9 pertinente dans la CEI 61215 est constamment débattue.
Il est bien accepté par les principaux laboratoires d'essais que la version actuelle de la méthode des points chauds ne représente pas, ni ne peut représenter une véritable situation de point chaud. Une méthode améliorée des points chauds a été élaborée au sein du TC82 de la CEI et devrait devenir normative avec le 3rdédition de la CEI 61215 en 2010. Certains laboratoires d'essais ont décidé d'utiliser déjà la méthode améliorée.
De plus amples informations et détails seront fournis dans un prochain article.
Bien que les statistiques de taux d'échec dans différents laboratoires puissent différer, le point chaud semble toujours être parmi les 5 échecs les plus fréquents pour les modules c-Si et à couche mince.
Diode bypass: est un test thermique.
La diode bypass est un aspect très important de la conception des modules. Il s'agit d'un composant critique qui détermine le comportement thermique du module dans des conditions de point chaud et affecte donc directement la fiabilité sur le terrain.
La méthode d'essai nécessite de fixer un thermocouple au corps de la ou des diodes, de chauffer le module jusqu'à 75 ° C ± 5 ° C et d'appliquer un courant égal au courant de court-circuit Isc mesuré à STC pendant 1 heure.
La température de chaque corps de diode bypass est mesurée (Tcase) et la température de jonction (Tj) est calculée
en utilisant une formule utilisant les spécifications fournies par le fabricant de la diode (RTHjc=constante fournie par le fabricant de diode concernant Tj à Tcase, généralement un paramètre de conception, et UD=tension de diode, ID=courant de diode).
Ensuite, le courant est augmenté à 1,25 fois le courant de court-circuit du module Isc tel que mesuré à STC pendant encore une heure tout en maintenant la température du module à la même température.
La diode doit toujours être opérationnelle.
Les échecs des tests de diode de dérivation se produisent toujours avec une certaine fréquence causée par une surévaluation par le fabricant de la diode ou une configuration électrique incorrecte par rapport au Isc du module par le fabricant du module.
Dans la plupart des cas, les diodes de dérivation sont fournies en tant que composants incorporés dans la boîte de jonction de l'ensemble du sous-ensemble (connecteur + câble + de boîte de jonction). Par conséquent, il est d'une importance cruciale de s'assurer que ce petit composant est étroitement contrôlé lors des contrôles de marchandises entrantes par le fabricant du module.
Préconditionnement UV: est un test d'irradiance.
Le but est d'identifier les matériaux susceptibles de se dégrader aux ultraviolets (UV) avant d'effectuer les tests de cycle thermique et de gel de l'humidité.
La norme CEI 61215 exige de soumettre le module à une irradiation UV totale de 15 kWh / m2dans les régions (UVA + UVB)
(280 nm - 400 nm), avec au moins 5 kWh / m2soit 33% dans la zone UVB (280 nm - 320 nm), tout en maintenant le module à 60 ° C ± 5 ° C.
(CEI 61646 requiert une partie UVB de 3% à 10% de l'irradiation UV totale). Cette exigence a maintenant été harmonisée également pour la CEI 61215 par une feuille de décision CTL n. 733 dans le cadre du schéma CB de l'IECEE.
Un aspect critique de la configuration des chambres UV est d'avoir des capteurs UVA et UVB calibrés assurant la traçabilité également à des températures de fonctionnement de 60 ° C ± 5 ° C tout en fonctionnant correctement pendant les longs temps d'exposition dans les chambres UV chaudes.
Le très faible taux d'échec du test d'exposition aux UV dans les laboratoires PV peut être expliqué par la quantité relativement faible d'irradiation UV par rapport aux expositions réelles pendant la durée de vie du module.
Cyclage thermique TC200 (200 cycles): est un test environnemental.
Ce test a pour but de simuler des contraintes thermiques sur les matériaux résultant de changements de températures extrêmes. Le plus souvent, les connexions soudées sont mises à l'épreuve à l'intérieur du stratifié en raison des différents coefficients de dilatation thermique des différents matériaux encapsulés. Cela peut entraîner une défaillance pour des défauts majeurs, une dégradation de Pmax, une interruption des circuits électriques ou un test d'isolation.
La CEI 61215 requiert l'injection d'un courant à ± 2% du courant mesuré à la puissance de crête (Imp) lorsque la température du module est supérieure à 25 ° C.
Il n'y a pas d'injection de courant pour la CEI 61646, cependant la continuité du circuit électrique doit être surveillée (une petite charge résistive suffirait).
Le module est soumis aux limites de température de cycle de –40 ° C ± 2 ° C et +85 ° C ± 2 ° C avec le profil de la figure 4.
Les taux d'échec pour TC200 peuvent atteindre 30 à 40%. S'ils sont associés à la chaleur humide, dans certains laboratoires, les deux peuvent représenter plus de 70% des pannes totales des modules c-Si.
Le taux d'échec du TC200 est plus faible pour les couches minces, mais mérite toujours l'attention des fabricants.
Gel-humidité: est un test environnemental.
Le but est de déterminer la capacité du module à résister aux effets des températures élevées combinées à l'humidité suivie de températures extrêmement basses.
Le module est soumis à 10 cycles complets selon le profil harmonisé de la figure 5 (CEI 61646).
L'humidité relative requise RH=85% ± 5% s'applique uniquement à 85 ° C.
Après ce test, le module peut se reposer entre 2 et 4 heures avant l'inspection visuelle, la puissance de sortie maximale et la résistance d'isolement sont mesurées.
Les taux d'échec de ce test restent dans la plage de 10 à 20%.
Robustesse des terminaisons: est un test mécanique.
Pour déterminer la robustesse des terminaisons du module, qui peuvent être des fils, des fils volants, des vis ou, comme pour la majorité des cas, des connecteurs PV (type C). Les terminaisons subissent un test de contrainte qui simule un assemblage et une manipulation normaux à travers différents cycles et niveaux de résistance à la traction et des tests de flexion et de couple comme référencé dans une autre norme, CEI 60068-2-21.
Damp-heat DH1000 (1000 heures): est un test environnemental.
Le but est de déterminer la capacité du module à résister à une exposition à long terme à la pénétration de l'humidité en appliquant 85 ° C ± 2 ° C avec une humidité relative de 85% ± 5% pendant 1000 heures.
Le DH1000 est le plus «malin» et figure sur la liste des taux de défaillance dans certains laboratoires, représentant jusqu'à 40 à 50% du total des défaillances des modules c-Si. Des taux de défaillances similaires peuvent être observés pour le DH1000 également avec un film mince.
La sévérité de ce test met particulièrement à l'épreuve le processus de laminage et l'étanchéité des bords à l'humidité. Des délaminations importantes et la corrosion des parties des cellules peuvent être observées en raison de la pénétration d'humidité. Même en l'absence de défauts majeurs détectés après DH1000, le module a été stressé au point de devenir «fragile» pour le test de charge mécanique ultérieur.
Test de charge mécanique
Ce test de charge vise à étudier la capacité du module à résister aux charges de vent, de neige, d'électricité statique ou de glace.
La charge mécanique intervient après la chaleur humide et se fait donc sur un échantillon qui a subi un stress environnemental sévère.
L'aspect le plus critique de ce test est lié au montage du module selon les instructions de montage du fabricant, c'est-à-dire en utilisant les points de fixation prévus du module sur la structure de montage avec l'intervalle prévu entre ces points, et en utilisant les accessoires de montage appropriés , le cas échéant (écrou, boulons, colliers, etc.).
Certains cas de modules à film mince de grande surface et sans cadre sont extrêmement préoccupants en ce qui concerne les conditions ci-dessus.
Si l'on ne prend pas soin d'un montage correct, on reste à se demander si la panne a été causée à cause de problèmes structurels ou à cause d'une technique de montage inappropriée.
Un autre aspect à considérer est l'uniformité de la charge appliquée sur la surface du module. Les normes exigent que la charge soit appliquée «de manière graduelle et uniforme» sans préciser comment vérifier l'uniformité.
2400 Pa sont appliqués (ce qui équivaut à une pression de vent de 130 km / heure) pendant 1 heure sur chaque face du module.
Si le module doit être qualifié pour résister à de fortes accumulations de neige et de glace, la charge appliquée à l'avant du module au cours du dernier cycle de cet essai est augmentée de 2 400 Pa à 5 400 Pa.
À la fin, il ne doit y avoir aucun défaut visuel majeur, aucun circuit ouvert intermittent détecté pendant l'essai. Pmax (pour CEI 61215 uniquement) et la résistance d'isolement sont également vérifiés après ce test.
Impact de la grêle: est un test mécanique.
Pour vérifier que le module est capable de résister à l'impact des grêlons qui sont à une température de ~ –4 ° C. L'équipement de test est un lanceur unique capable de propulser divers poids de boules de glace aux vitesses spécifiées de manière à frapper le module à 11 emplacements d'impact spécifiés + / - variation de distance de 10 mm. (Tableau 1)
Le temps entre le retrait de la boule de glace du conteneur de stockage au froid et l'impact sur le module ne doit pas dépasser 60 s.
Il est assez courant d'utiliser des boules de glace de 25 mm / 7,53 g.
Encore une fois, après le test, il faut vérifier s'il y a des défauts majeurs causés par les grêlons et aussi Pmax (pour CEI 61215 uniquement) et la résistance d'isolement sont vérifiés.
Les statistiques de laboratoire montrent des taux d'échec très faibles pour ce test.
Trempage léger: irradiance(applicable uniquement à la couche mince CEI 61646)
Il s'agit d'un passage critique pour le verdict final de réussite / échec des modules à couches minces. Le but est de stabiliser les caractéristiques électriques des modules à couches minces au moyen d'une exposition prolongée à l'irradiance une fois tous les tests terminés avant de comparer Pmax à la valeur minimale indiquée par le fabricant.
Le test peut être effectué sous la lumière naturelle du soleil ou sous un simulateur solaire en régime permanent.
Les modules, dans une condition de charge résistive, sont placés sous un rayonnement entre 600 - 1000 W / m2 dans une plage de température de 50 ° C ± 10 ° C jusqu'à ce que la stabilisation se produise, c'est-à-dire lorsque les mesures de Pmax à partir de deux périodes consécutives d'exposition de au moins 43 kWh / m2chacun satisfaisait à la condition (Pmax - Pmin) / P (moyenne)<>
Enfin, une note concernant la directive IECEE Retest Guideline. Fait intéressant, il n'est pas bien défini ce qui peut être considéré comme un «changement de technologie cellulaire» pour les couches minces, laissant ainsi une grande zone grise d'interprétations et d'approches différentes dans les cas où l'on pourrait déclarer une «amélioration de la technologie et de l'efficacité», une «stabilisation amélioration "ou" augmentation de la puissance de sortie ". S'agit-il de «changements dans la technologie cellulaire» et si oui, dans quelle mesure et quels tests doivent être répétés? Telle qu'elle est lue aujourd'hui, la directive Retest laisse la voie à l'extension des certifications précédentes en hausse de puissance (GG gt; 10%) en répétant simplement le test de point chaud.
La note 2 de la directive Retest cite «… Le test final de trempage léger 10.19 est obligatoire pour tous les échantillons de test», mais dans la pratique, il est souvent ignoré par les laboratoires de test avec pour résultat d'étendre sensiblement la puissance augmentée sans mettre à l'épreuve l'aspect principal du mince - technologie de film: stabilisation de puissance.
En résumé, les tests décrits dans cet article ont été déterminés par la CEI comme les exigences minimales pour les tests de performance, mais comme indiqué au début, il faut également respecter les exigences de conception de sécurité et de test
CEI 61730-1 et CEI 61730-2. Alors que les fabricants s'efforcent d'être plus compétitifs sur le marché, la plupart travaillent avec un organisme de certification pour prouver que leur module a subi un programme de test impartial et impartial. Si des changements surviennent lors de la refonte ou de leurs processus de production, les organismes de certification utilisent la directive de test «harmonisée» du schéma CB IECEE pour déterminer les tests à répéter avant d'étendre les certifications précédentes. En ce qui concerne la fiabilité, certains vont jusqu'à mener une extension des programmes combinés de tests de fiabilité intérieure et extérieure supérieure à un an.
M. Regan Arndt est le gestionnaire et certificateur technique nord-américain de l'équipe photovoltaïque de TÜV SÜD située à Fremont, en Californie. Il est diplômé en génie électronique du Southern Alberta Institute of Technology (SAIT) à Calgary, Alberta, Canada et possède plus de 15 ans d'expérience dans les tests et la certification dans les domaines de la photovoltaïque, des équipements informatiques, des télécommunications et des équipements électriques de mesure, de contrôle. et utilisation en laboratoire. Regan a obtenu une formation officielle pour la conception et les tests photovoltaïques au Département des énergies renouvelables de l'Académie chinoise des sciences de Pékin. On peut le joindre à rarndt @ tuvam.com.
Dr. Ing. Robert Puto est le directeur mondial des Photovoltacs au TUV SUD. Il est titulaire d'un doctorat en génie électronique de Politecnico di Torino (Université polytechnique de Turin), Italie et d'un diplôme de maîtrise en gestion des affaires internationales du CEIBS - Shanghai, Chine. Il a 15 ans d'expérience dans les tests et la certification d'une variété de produits électriques, y compris le photovoltaïque. Il agit également en tant que spécialiste principal des produits PV au sein du groupe TÜV SÜD, a le statut de certificateur technique pour le PV et est auditeur autorisé pour les évaluations de laboratoire ISO IEC 17025.
