IEC61730太陽能電池系統安全鑒定-結構與測試要求

作者:江志宏

說明：

IEC61730的這太陽能電池規範描述了太陽能電池基本的結構要求，從而保證太陽能電池在其使用期內，在電工和機械方面工作時的安全性。標準中有明確的主題來評定由於機械和環境的作用而導致的電擊、火災、人身傷害的阻止措施。IEC61730-1的這一部分適用於結構的特殊要求。IEC61730-2概述了實驗的要求。 這一標準試圖給各種應用種類的太陽能電池規定一個基本的要求，但它不可能包含所有國家或地域性的構造規則。這一標準不含有海上和交通工具上應用的太陽能電池要求。這一標準不適用於交流太陽能電池。 這一標準的構思要使得它的測試順序與IEC61215或者IEC61646的測試順序相同，從而使得一組樣品可以同時用來評估太陽能電池設計的安全性和性能。 這一規範是保證(在IEC61730-2測試下已經安全的)太陽能電池基礎結構的一個基本指導。這些要求用以減小誤用或者錯誤使用元件，或者使得內部構件的損壞(從而可能導致火災、電擊、人身傷害..等相關安全危害)。這一規範說明了安全結構的基本要求並且有那些與太陽能電池最終使用的相關實驗。

IEC61730-1
說明：本標準適用於太陽光電(PV)模組之基本構造要求，以便在預期之壽命中提供安全電氣與機械操作。評估由機械與環境應力所產生之電擊、失火與個人傷害之預防。嘗試定義太陽光電模組各種應用等級之基本要求，但並不包含所有國家或地區之建築法規，不涵蓋船舶與汽車應用之特定要求。本標準不適用於具有整合之交流變流器之模組(交流模組)。本標準所述之測試順序可能無法測試PV 模組在所有可能應用上之所有可能安全事項。本標準已使用現有之最佳測試順序。有一些問題，如在高壓系統內由於破損模組所產生電擊之潛在危險，應在系統設計、位置、接近之限制與維護程序上加以注意。測試之種類包括： 一般檢查、電擊危險、火災危險、機械應力與環境應力。

IEC61730-2
說明：IEC 61730-2的部分規定了太陽能電池的試驗要求，盡可能詳細說明太陽能電池在不同應用等級的基本要求，以使其在預期使用期限內提供安全的電氣和機械運轉要求，並且針對由機械或外界環境影響所造成的電擊、火災和人身傷害的保護措施進行評估。IEC 61730-1所提供的是結構要求，而IEC 61730-2的部分則是說明試驗要求。

IEC61730不適用的太陽能電池類型：海上用太陽能電池、交通工具太陽能電池、交流型太陽能電池
IEC61730-2 試驗類型(共六類)：欲處理試驗、基本檢查、電壓危害試驗、火災試驗、機械壓力試驗、結構試驗
欲處理試驗：熱迴圈、濕冷凍試驗、濕熱試驗、紫外線試驗
基本檢查：外觀檢查

電壓危害試驗：接近性測試、剪切試驗、接地連續性試驗、脈衝電壓試驗、絕緣耐壓試驗、
濕漏電流試驗、引出端強度試驗
說明：這個試驗的目的是使操作人員免于由於接觸元件由於設計、結構或環境操作引起的錯誤而帶電的部分引起的電擊和人身傷害。
備註：電壓危害試驗的通過與失敗標準不同於IEC 61215和IEC 61646

火災試驗：溫度試驗、熱斑試驗、防火試驗、旁路二極體熱試驗、反向過電流試驗
說明：這個試驗用於評估元件由於操作或結構引起的潛在的火災危險

機械壓力試驗：組件破損量試驗、機械負荷測試
說明：這個試驗目的是使機械故障引起元件傷害降到最低

結構試驗：局部放電試驗、導線管彎曲試驗、接線盒敲打試驗

太陽能電池應用等級介紹：
A級：公眾可接近的、危險電壓、危險功率條件下應用

通過本等級鑒定的太陽能電池是屬於民眾可能接觸的，是大於直流50V 或240W以上的系統。通過IEC 61730—1 和應用等級A評估滿足安全等級Ⅱ要求的太陽能電池。

B級：限制靠近、具有危險電壓、危險功率條件下應用
通過本等級鑒定的太陽能電池可用於以圍欄、特定區劃或其他措施限制民眾接近的系統。通過本應用等級鑒定的太陽能電池只提供了基本的絕緣保護，滿足安全等級0的要求。

C 級：限定電壓、限定功率條件下應用
通過本等級鑒定的太陽能電池只能用於公眾有可能接觸的、低於直流50V 和240W的系統。通過IEC 61730—1 和本部分等級鑒定的元件滿足安全等級Ⅲ的要求。
注：安全等級在IEC 61140中規定。

IEC61730試驗標準順序
說明：介紹IEC61730在每一個模組安全測試以及模組性能測試當中，不同試驗的先後順序以及試驗流程。

應用等級以及其必需的試驗條件對照表：

IEC61730-2試驗條件目的說明：

預處理試驗：(Preconditioning tests)
IEC61730-2-MST51 熱迴圈(Thermal cycling test)
目的：確認太陽能電池模組對於溫度之重複變化所產生之熱不均勻性並且、疲勞及其他應力之抵抗能力。
試驗條件：-40 ±2℃←→85 ±2℃，cycle：50、200cycles(依據IEC61215與IEC 61646)

IEC61730-2-MST52濕冷凍試驗(Humidity freeze test)

目的：本試驗目的是評估太陽能電池在高溫和高濕下隨後轉換到零下低溫的抵抗能力，但是這個試驗並不是冷熱衝擊試驗(thermal shock test)。
試驗條件：85℃/85±5%(20h)←→-40℃(0.5～4h)，clcle：10cycles(依據IEC61215與IEC 61646)

IEC61730-2-MST53 濕熱試驗(Damp Heat Test)
目的：測量太陽能電池抵抗濕氣長期滲透之影響能力
試驗條件：85±2℃/85±5%/1000h(依據IEC61215與IEC 61646)

IEC61730-2-MST54 紫外線試驗(UV-resistance test)
目的：用紫外線(uv)來照射太陽能模組，以確認可能會產之生UV材料劣化。

基本檢查：(General inspection test)
IEC61730-2-MST01 外觀檢查(Visual inspection)
目的：檢查組件有何外觀缺陷

電擊危害試驗：(Electrical shock hazard tests)
IEC61730-2-MST11 接近性測試(Accessibility test)
目的：確定非絕緣電路是否會對操作人員會產生電擊危險。

IEC61730-2-MST12 剪切試驗(Cut susceptibility test)
目的：測定由聚合材料製作的元件的前後表面是否能經受安裝和運行期間的例行操作，並且操作人員沒有觸電的危險。

IEC61730-2-MST13 接地連續性試驗(Ground continuity test)
目的：證明在元件的暴露傳導表面之間有傳導通道，這樣在一個太陽能電池系統中，暴露的傳導表面可以完全的接地。只有元件有暴露的傳導部分（如金屬邊框或金屬性質的接線盒）時才要求這個測試。

IEC61730-2-MST14 脈衝電壓試驗(Impulse voltage test)
目的：檢驗元件固體絕緣抵抗大氣源過電壓的能力。它還涉及到高低壓轉變。
注：如果太陽能電池是帶框出售的，脈衝電壓測試中要使用帶框元件。

IEC61730-2-MST16 絕緣耐壓試驗(Dielectric withstand test)
目的：測定元件電流體和邊框（外界）的絕緣性能是否足夠的好。

IEC61730-2-MST17 濕漏電流試驗(Wet leakage current test)

目的：評估太陽能模組在濕操作條件下之絕緣性，且驗證由雨、霧、露水或融化之雪水所產生的濕氣，不會進入模組電路的帶電部分(active parts)，否則可能會造成腐蝕、接地失效或安全上的危險。

IEC61730-2-MST42 引線端子強度試驗(Robustness of terminations test)

目的：確認引線端與引線端至太陽能電池模組本體支架上的附著是否能承受正常安裝及操作過程中所受的力。

火災試驗：(Fire hazard tests)
IEC61730-2-MST21 溫度試驗(Temperature test)
目的：當裝備在電源開路中應用的太陽能電池達到熱平衡，反向電壓及短路電流造成局部區域的加熱在任何部位都不能所規定的溫度。

IEC61730-2-MST22 熱斑試驗(Hot-spot test)
目的：試驗目的是為了確定太陽能電池磨組成受熱班加熱效應之能力，例如：銲點融化、封裝材料老化、電池裂紋、電池不匹配、內部連結失效，因為局部被遮光或是表面有污染物均會引起這樣的缺陷。

IEC61730-2-MST23 防火試驗(Fire test)
目的：這個要求建立了作為屋頂材料或者安裝在已有屋頂上面的太陽能電池組件的耐火基本原則。這些元件可能暴露於大火的條件下，因此需要指出當火源來在它們所安裝建築物的外部時組件的耐火特性。元件在測試後不要求進行操作。

IEC61730-2-MST26 反向過電流試驗(Reverse current overload test)
目的：元件包含電氣傳導材料，包裹於絕緣系統。在反向電流的條件下，在起用過電流保護裝置中斷電路之前，元件的接頭和電池以熱發散的方式釋放能量。這個測試是為了確定元件在此條件下點火或燃燒的危險指數。

機械應力試驗：(Mechanical stress tests)
IEC61730-2-MST32 組件破損量試驗(Module breakage test)
目的：這個測試的目的是切割或打孔的傷害減小到最少

IEC61730-2-MST34 機械負荷測試(Mechanical load test)
目的：本測試目的就是評估太陽能電池模組在抵抗風、雪、冰或靜態負荷下之承受能力

結構試驗：(Component tests)
IEC61730-2-MST15 局部放電試驗(Partial discharge test)
目的：用在元件上層或基層的聚合物材料，如果不滿足IEC 的絕緣要求，那麼必須滿足局部放電測試。任何用在元件上層或基層的聚合物材料都要滿足局部放電測試。

IEC61730-2-MST33 導線管彎曲試驗(Conduit bending test)
目的：用於元件接線盒配線系統的導線管，應確保能承受住在元件安裝期間和安裝後對導線管所施加的壓力。

IEC61730-2-MST44 接線盒敲打試驗(Terminal box knock out test)
目的：可移動的孔填充在元件終端外壁應保持在應力條件下，並能與現場應用永久佈線系統輕易分開。

IEC61730-2與UL1703試驗項目比較：

說明：比較IEC61730與UL1703在太陽能電池的可靠度試驗以及太陽能電池安全試驗項目的差異性比較。

IEC61730專有名詞整理：