太陽能模組試驗項目
溫度循環、濕冷凍、濕熱三項試驗的試驗目的

作者:江志宏

說明：

一、太陽能模組可靠度試驗規範：

太陽能模組的可靠度試驗是確認太陽能模組的性能(早么期)，針對模組的試驗規範主要為IEC61215、IEC61646、UL1703三個試驗規範。IEC61215是適用於結晶型(Si)模組；IEC61646是適用於薄膜型(Thin-film)模組；UL1703則可適用於結晶型與薄膜兩種太陽能模組。除此之外，GB與CNS的太陽能規範是從IEC沿用過來進行部分修改的。

二、慶聲科技與太陽能試驗項目的關係及重要性：

依據IEC61215、IEC61646的測試項目共約10多項(太陽能模組試驗項目對應總表)。其中，會使用到慶聲科技所製造的試驗設備，有關的試驗條件是溫度循環(Thermal cycling、10.11)、濕冷凍(Humidity freeze、10.12)、濕熱(Damp heat、10.13)三項，而UL1703則只有溫度循環、濕冷凍這兩項沒有濕熱這一項目。

三、溫度循環試驗介紹(Thermal cycling)IEC61215-10-11：

Æ說明：太陽能模組溫度循環試驗，是用來確定模組於溫度重複變化時，所引起的疲勞、熱失效、或其他應力失效。目前溫度循環的次數是200次，未來趨勢會改為600次(根據美國再生能源協會[NREL]的試驗結果，600次的電源退化率大於200次高達一倍之多)。
Æ透過溫度循環可找出模組的瑕疵有：裂紋擴展、模組裂縫、翹曲、密封材料脫層、銲點脫落、玻璃腐蝕....等。
Æ溫度條件：低溫：-40℃，高溫：85℃(IEC)、90℃(UL)，最快溫變率(平均)：100℃/h、120℃/h，在試驗過程中需進行相關量測(使用慶聲太陽能量測系統)，試驗過程需量測模組的：模組表面溫度、電壓電流、接地連續性、絕緣性..等。

太陽能模組經過溫度循環試驗後的失效案例照片：

四、溫度循環試驗過程通偏壓的目的：

溫度循環試驗過程，規範要求需要進行通偏壓(慶聲太陽能量測系統)，其試驗目的是為了讓有瑕疵的電池片(Cell)發熱達到加速老化與加速故障的試驗目的，所以需要在溫度循環過程中於25℃以上進行通電，美國的實驗室有統計過，發現有通電與沒有通電的太陽能模組失效率差異高達百分之30幾，而且實驗的數據表示如果沒有通電的話，太陽能模組單純在溫循的環境中不容易失效的，所以在進行太陽能電池片(Cell)&模組的溫度循環試驗時，需要與專用的量測系統搭配。

五、濕冷凍試驗介紹(Humidity freeze)IEC61215-10-12：

說明：確定元件是否足夠抵抗腐蝕傷害和水氣膨脹擴大材料分子的能力，結冰水氣為測定故障原因的應力，對於待測品來說，其試驗的應力在於高溫高濕(85℃/85%R.H)降到低溫(-40℃，.濕度85%R.H.維持到25℃)，以及低溫升到高溫高濕這兩段，而非85℃/85%R.H./20小時，85℃/85%R.H./20小時的目的是要讓模組周邊充滿水氣，20小時的駐留時間太短，是不足以讓水氣滲透到模組與接線盒裡面去的。
Æ透過濕冷凍試驗可找出的模組瑕疵：裂縫、翹曲、嚴重腐蝕、密封材料分層、封裝膠脫層、接線盒失效&積水、濕絕緣不良..等
Æ試驗條件：85℃/85%R.H.(20h)←→-40℃(0.5～4h)，最大升溫100、120℃/h、、最大降溫200℃/h。

六、濕冷凍試驗目的：

濕冷凍的試驗方法，主要是執行兩種下雪環境對太陽能模組的傷害，第一種：高溫高濕(85℃/85%R.H.)下降到-4℃在25℃之前，濕度需控制在85%±5% R.H.的範圍，這樣的目的是模擬下雪前的高濕驟變。
在下雪前環境會呈現高濕狀態，而當溫度下降到0℃時，圍繞於模組還有接接線盒封膠的水氣會結冰，當水氣結冰時，其體積會膨脹為原來的1.1倍，透過水氣滲透材料空隙後結冰膨脹的破壞手法，達到此試驗目的。目前濕冷凍經統計結果對於接線盒封膠的破壞最高，會造成接線盒脫膠與積水，在模組失效比例裡面佔了7%。

第二種： 從低溫(-40℃)升溫升濕(50℃/85%R.H.)的目的是模擬下雪氣候下，日出時模組內的升溫狀況，戶外環境雖然還是0℃以下，但是有光線，太陽能模組就會發電，而且由於雪還在模組上面，會造成模組發生熱斑效應，所以下雪環境下，模組內的溫度還會達到50℃。

七、濕熱試驗(Damp heat)試驗介紹 IEC61215-10-13：

說明：確定模組抵抗濕氣長期滲透之能力，依據BP Solar的試驗結果，其1000小時是不夠的，實際狀況發現能夠讓模組發生問題的時間至少需要1250小時。
而依據規範目前的要求，濕熱試驗過程是沒有通電的，但是未來的趨勢也是需要通電(正、逆偏壓)，因為可以加速太陽能電池片老化與失效。
Æ試驗條件： 85℃/85%R.H.、時間：1000小時 Æ透過濕熱試驗可找出的瑕疵：CELL脫層、EVA(脫層、變色、產生氣泡、霧化、褐變)、串連線變黑、TCO腐蝕、銲點腐蝕、Thin-film變黃變色、接線盒脫膠脫落