IEC62108聚光太陽能接收器和零件之評估標準[Concentrator photovoltaic(CPV) modules and assemblies-Design qualification and type approval]

作者:江志宏

說明：

IEC 62108為聚光太陽能接收器和組件之評估標準的國際規範，規定與要求聚光型太陽能電池最低設計標準與品質，針對每個測試樣品指定相關的試驗與測試，如：氣候試驗、診斷試驗、電氣試驗、照射試驗、機械試驗，使模塊與組件皆須適合在一般露天環境下長時間運轉。

資料參考來源：IEC 62108

IEC62108試驗標準順序

說明：將IEC62108的17項測試項目分為五類並且說明其接收端與模組的標準試驗順序，共分為：氣候試驗、診斷試驗、電氣試驗、照射試驗、機械試驗。
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IEC62108&IEEE1513聚光太陽能電池可靠度試驗項目比較

說明：IEC62108與IEEE1513皆屬於聚光型太陽能的試驗國際規範，針對其測試項目的差異性繪製其比較表，使客戶能夠瞭解其試驗項目相關差異性

IEC62108聚光太陽能試驗項目目的說明

說明：介紹IEC62108聚光太陽能接收器和零件之評估標準，針對每一項試驗項目的說明及介紹

氣候試驗：熱循環測試、濕熱測試、濕冷凍測試
診斷試驗：目視檢查、灑水測試、熱斑測試
電氣試驗：電氣性能測試、接地連續性測試、乾濕隔離測試、旁路二極體測試、電氣絕緣測試、濕隔離測試
照射試驗：預處理、電氣性能測試、光束偏移損害測試、紫外線適應測試、戶外曝曬測試
機械試驗：冰雹衝擊測試、機械負載測試、連接端穩定測試

A.目視檢查(Visual inspection)
目的：這個程序提供了標準規格所必要獲得的要求，和最終的視覺檢查去確認模組在每個必要測試完成後任何物理變化或缺陷。

B.電氣性能測試(Electrical performance test)
目的：電氣性能測試的目的是確認樣品電氣性能退化所必須進行的測試，這個測試的重點是在於輸出能力的退化，而不是絕對的輸出功率，是評估一個獨立電源和能源評級標準。

C.接地連續性測試(Ground continuity test)
目的：接地連續性測試的目的是為了驗證所有外露導電部件和接地點之間在高電流的條件下是否有足夠的電氣連續性，在一些國家或地區，系統接地並不需要如果產品安裝僅限於這些地區，這個測試可能可以漏掉。

D.電氣絕緣測試(Electrical insulation test)
目的：電氣絕緣(又稱乾燥絕緣材料)測試目的，是以確定聚光型系統在頻繁使用的電力供電電路與框架以及暴露在外的部份是否有充分的絕緣適用設備：高阻計

E濕隔離測試(Wet insulation test)
目的：濕隔離測試的目的是評估聚光型系統的絕緣材料是濕操作條件下，以及確認雨、霧、露水或融化雪水的濕氣並沒有進入樣品電路的主要零件，他可能會導致腐蝕、接地故障或安全隱患。

F.熱循環測試(Thermal cycle test)
10.6.1目的：熱循環測試的目的是確認收集器能夠承受熱交錯、疲勞和其他壓力所造成的快速、不均勻或重複的溫度變化能力。
適用設備：太陽能電池溫度循環試驗設備、太陽能開路量測系統

IEC62108 10.6溫度循環測試

10.6.2測試範例
二個接收器樣品對於程序A溫度循環測試是必要的，全程使用溫度循環，如果一個全尺寸的樣品太大以致於不適合放入試驗箱，或是因為設備太昂貴而無法使用，可以針對這個試驗特別設計與製造一個較小的代表性樣品，這樣被精心設計的代表性樣品，能夠展現與全尺寸類似的故障機制，代表性樣品的製造過程必須與全尺寸是接近的。

註解：溫度循環試驗可找出的可能失敗機制，包含：電池脆弱的機械強度，粗劣的匯流排和焊接材料(鬆散、錯誤的銲錫、收縮)，不正確的接合(例如：差異過大的熱膨脹係數和粘結層之間沒有足夠的緩衝層)，錯誤的粘合劑，以及較差的生產工藝。

在設計或製造具代表性的樣本，特別需要考慮應包含但不限制以下幾個方面：
a.替代的接收器在重複部分與章節的使用。
b.全尺寸樣品可減少，如果可能的話，嘗試使用至少兩個滿尺寸在部分章節

代表性樣品的應包含所有非重複或局部部分，例如：電池串的終端連接和轉角、電氣接頭、機械接頭、感測器、旁路二極體/阻流二極體。

10.6.3步驟：
三個選項列於表一，以適用於不同材料的使用，在熱循環試驗中應不在增加濕度，待測品可以在一個單槽系統或雙槽系統，在高溫±3℃內駐留時間至少10分鐘，低溫也是同樣要求，循環數應該是每天10～18個循環。

目前下列任一選項皆適合於熱循環而且是要能夠通過的：
a.當樣本是在黑暗中時(若有阻流二極管，則應短路)使用外部直流電源提供一個理想的反相電流(樣品正常產生電流的方向是正極方向)。
b.提供一個完整的照射強度，使樣品能夠產生理想的正向電流
c.提供部分照射強度，結合外部直流電源來產生所需的電流往正向發展(旁路二極管，如果存在應開路)

註解1：當樣品是並連串，需確保所需的電流能夠提供給每一個電池，有時候需要將並聯串分離，要提供給每一個電池使用獨立的電源供應器。
註解2：基於這個標準所寫的知識，一些大面積Ⅲ-Ⅴ族電池可能無法依據選項a)或c)，和一些檢測設施設備可能被限制僅能執行選項b)，在這些情況下，熱循環測試順序A可以不施加電流進行，但是製造商需準備三個接收端的類似樣品，但”失效”電池、電動失效Ⅲ-Ⅴ族電池，最低為1.25 * Isc應提供任何積極或消極的方向發展。

電流將被控制，以接近或大於電池與散熱片之間的溫度差，操作方式是需進行局部加熱並且進行評估，而且接收器具備承受熱不均勻、疲乏或其他壓力的能力。當直達日照強度(DNI，Direct Normal Irradiation)大於700 w/m^2風速小於2m/s時，依據運行條件下的熱梯度才能判定接受器是屬於商用模組或可直接量測。
這些接收器樣品的及格判定將改為：在熱循環試驗之後，接收器電阻的變化應小於2%(不包括電池)，如果有適合的修正案，該規範將被重新評估，如果有必要，將進一步了解這個有效的議題。

一個熱循環週期裡面有10個速度平均的關閉循環數，但是當電池低於25℃則電流將被關閉，(見圖一說明)，樣品電路連續性，應進行監測和記錄。

表一-程序A溫度循環測試選項：
項目 電池最高溫度℃ 總循環數 施加電流
TCA-1 85 1000 當T>25℃，施加1.25*Isc，10脈波/循環
TCA-2 110 500 當T>25℃，施加1.25*Isc，10脈波/循環
TCA-3 65 2000 當T>25℃，施加1.25*Isc，10脈波/循環
在熱循環試驗之後樣品需依據10.1進行目視檢查與10.4絕緣電阻測試

10.6.4合格判定標準：
a)依據10.1.2標準，沒有明確的重大目視缺陷
b)測試的過程中，電迴路沒有中斷
c)絕緣電阻應滿足10.4的要求

G.濕熱測試(Damp heat test)
10.7.1目的：濕熱試驗的目的是確認模塊或組件承受濕氣長期滲透下的作用。
適用設備：太陽能電池濕熱試驗設備、太陽能開路量測系統

10.7.2測試樣品：
總共二個模塊或兩個接收器和鏡子，對於程序C的濕熱試驗是必要的，如果一個全尺寸的樣品太大以致於不適合放入試驗箱，或是因為設備太昂貴而無法使用，可以針對這個試驗特別設計與製造一個較小的代表性樣品，這樣被精心設計的代表性樣品，能夠展現與全尺寸類似的故障機制，代表性樣品的製造過程必須與全尺寸是接近的。

備註：濕熱試驗可能的失敗機制包括低品質金屬材料(鐵鏽)、薄或低質量的複合材料、在邊緣沒有足夠的間隙距離，使水分滲透到積體電路、做工瑕疵或錯誤、接合劑不足。在設計或製造具代表性的樣本，特別需要考慮應包含但不限制以下幾個方面：
全尺寸樣品可減少，如果可能的話，嘗試使用至少兩個滿尺寸樣品在部分章節因為它是全尺寸的樣品請在樣品周圍保持無阻礙的空間

10.7.3步驟：
a)測試樣品應放置於環境試驗箱使用溫度85℃±2℃、相對濕度85 %R.H.±5 %進行1000小時測試，測試可能會延長額外的60h允許執行程序C的絕緣試驗。
b) 如果某些零件不適合85℃，另一個選擇是測試在65℃/85%RH/2000h
c) 試驗結束將待測品移開試驗箱2～4小時後，測試樣品應進行10.4乾絕緣測試與10.5濕絕緣
d) 也應該按照10.1進行目視檢查

10.7.4要求：
a) 依據10.1.2所規定的沒有明顯的視覺缺陷
b) 乾絕緣電阻應滿足10.4的要求
c) 乾絕緣電阻應滿足10.5的要求
H.濕冷凍循環測試(Humidity freeze cycle test)
目的：濕冷凍試驗的目的是確認模塊或組件經過高溫高濕之後隨即而來結凍低溫的承受能力，這個並不是一個冷熱衝擊試驗。
適用設備：太陽能電池濕冷凍試驗設備、太陽能開路量測系統

10.8.2測試範例：
在溫度循環測試之後，總共有二個模塊或兩個接收器和鏡子按照圖二所示之溫濕度方塊圖的要求進行濕冷凍的測試。
如果一個全尺寸的樣品太大以致於不適合放入試驗箱，或是因為設備太昂貴而無法使用，可以針對這個試驗特別設計與製造一個較小的代表性樣品，這樣被精心設計的代表性樣品，能夠展現與全尺寸類似的故障機制，代表性樣品的製造過程必須與全尺寸是接近的。

註解：
濕冷凍測試可找出的可能失敗機制，濕冷凍測試可找出的可能失敗機制，與10.6溫度循環試驗和10.7濕熱試驗結合可進行特殊考慮的設計與製造具有代表性的樣品。

10.8.3步驟：
測試樣品應先按照圖八和表格二的選項去進行溫度循環測試的溫度與電流變化

表格二-程序B的預循環數

之後搬離溫度循環試驗箱，樣品應按照圖二的溫濕度方塊圖要求進行濕冷凍循環，對於模組或鏡子所使用的材料與部位不同在表三有兩個最高溫度選項可選擇，試驗結束將待測品移開試驗箱2～4小時後，測試樣品應進行10.4乾絕緣測試與10.5濕絕緣，也應該按照10.1進行目視檢查。

表格五-程序B濕冷凍試驗選項

10.8.4要求：
a) 依據10.1.2所規定的沒有明顯的視覺缺陷
b) 乾絕緣電阻應滿足10.4的要求
c) 乾絕緣電阻應滿足10.5的要求

I.冰雹衝擊測試(Hail impact test)
目的：冰雹撞擊試驗的目的是為了確定模塊、組裝、特別是聚光器透鏡和鏡子，或是任何其他可能暴露在冰雹衝擊的部位，評估在冰雹撞擊下是否可以存活。如果系統是被設計不太可能有冰雹的地區，這個測試可以省略。在試驗報告與產品證書中應該強調這個一件事。

J.灑水測試(Water spray test)
目的：灑水測試的目的是確認雨水在戶外環境下是否可以進入模塊或組裝裡面，如果有水進入的話可能會導致接地故障或是安全隱患。針對一個全尺寸的模塊或組裝所進行的灑水測試是有必要的，它可以安裝在實驗室中進行或是通過實地現場環境的認證。

K.旁路二極體熱測試(Bypass diode thermal test)
目的：旁路二極體熱測試的目的是評估是否有足夠的散熱設計和旁路二極體相對長期的可靠性，用來避免不良的熱點感受性影響到系統。

L.連接端穩定測試(Robustness of terminations test)
目的：連接端穩定測試的目的是確認對於模塊或組件硬體終端和終端附件，將承受在正常安裝或是裝卸作業中所承受的重力。

M.機械負載測試(Mechanical load test)
目的：機械負載測試的宗旨是確認模塊或組件承受風、雪、靜態或負載，如果聚光型系統的製造廠商指定不適合安裝在極端條件下的地區，製造商應明確規定可承受風、雪、靜態、和冰荷載，適用於該產品的量。用於規範鎖定的測試壓力值：然後計算出匹配的最高規格的製造商。如果設計是完全不適合大雪地區，雪荷載試驗則不必進行試驗。試驗報告應說明製造商建議的範圍和在哪些規格下使用測試設備是可以存活的。此測試只進行模塊，組件或是代表樣品，他不是評估太陽追蹤系統和其他安裝方式。
一個全尺寸的聚光型系統，包含所有的結構、基礎，應該由適合的合格工程師來分析驗證該設計符合當地安裝要求的法規。

N.光束偏移損害測試(Off-axis beam damage test)
目的：光束偏移損害測試的目的是評價任何一部分模塊或組件可能受到太陽輻射集中在錯位或發生故障時的影響，一個全尺寸的模塊或組裝所需進行的光束偏移試驗是必需的。它可以安裝在實驗室中，或通過現場測試。

O.紫外線適應測試(Ultra-Violet conditioning test)
目的：紫外適應測試的目的是由於暴露在有限的紫外線下所顯露的提早物理失敗和電子故障，紫外線適應測試可以與戶外暴露試驗結合，去調整自然光的紫外線含量，讓它符合50 kWh/m2的要求，它可以在進行實驗室或戶外進行認證。

P.戶外曝曬測試(Outdoor exposure test)
目的：戶外曝曬測試的目的是初步評估經過暴露於戶外條件下模塊或組件的承受能力，顯露出不可能由實驗室檢驗查出的所有協同作用所產生退化作用。這項測試需要一個全尺寸的模塊或組件，它可以安裝在實驗室中或通過戶外現場認證。

Q.熱點耐受測試(Hot-spot endurance test)
目的：如果在每個電池有一個旁路二極體的話，則模組或是配件可免於這項測試

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