Phòng thử nghiệm mô-đun PV & Hướng dẫn thiết bị kiểm tra độ bền môi trường

Vai trò của thử nghiệm môi trường trong việc đánh giá mô-đun PV

A Buồng thử nghiệm mô-đun PV là vỏ bọc kiểm soát khí hậu chính xác được thiết kế để mô phỏng đầy đủ các áp lực môi trường mà các tấm pin mặt trời gặp phải trong suốt thời gian sử dụng định mức của chúng—thường là 25 đến 30 năm phơi ngoài trời. Bằng cách nén sự xuống cấp trong thế giới thực trong nhiều thập kỷ vào các chu kỳ phòng thí nghiệm được kiểm soát, các buồng này cho phép các nhà sản xuất, tổ chức chứng nhận và tổ chức nghiên cứu xác định các dạng lỗi trước khi mô-đun đưa vào hiện trường.

Thiết bị kiểm tra độ bền môi trường cho quang điện phải đáp ứng một loạt yêu cầu về hiệu suất khắt khe hơn so với các buồng khí hậu công nghiệp tiêu chuẩn. Mô-đun quang điện kết hợp các vật liệu khác nhau—kính cường lực, chất đóng gói, kim loại hóa tế bào, tấm nền và hộp nối—mỗi loại có hệ số giãn nở nhiệt và đặc tính hấp thụ độ ẩm khác nhau. Các thử nghiệm lão hóa cấp tốc phải đồng thời nhấn mạnh tất cả các bề mặt tiếp xúc của vật liệu để tạo ra dữ liệu sự cố có mối tương quan đáng tin cậy với tốc độ suy giảm hiện trường.

Tiêu chuẩn kiểm tra cốt lõi quản lý phòng thử nghiệm mô-đun PV

Các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế dành cho mô-đun PV màng mỏng và silicon tinh thể xác định các trình tự môi trường cụ thể mà các buồng thử nghiệm phải tái tạo. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này là điều kiện tiên quyết để tiếp cận thị trường ở hầu hết các thị trường năng lượng mặt trời lớn.

• IEC 61215 — Tiêu chuẩn chất lượng cơ bản cho các môđun quang điện trên mặt đất, bao gồm chu kỳ nhiệt (TC200: 200 chu kỳ từ −40°C đến 85°C), nhiệt ẩm (DH1000: 1.000 giờ ở 85°C/85% RH), đóng băng độ ẩm và điều hòa trước tia cực tím. Các buồng được sử dụng để thử nghiệm IEC 61215 phải đạt được tốc độ chuyển đổi nhiệt độ ở mức ≥100°C/giờ và kiểm soát RH trong phạm vi ±2% điểm đặt.
• IEC 61730 — Tiêu chuẩn an toàn mô-đun, song song với IEC 61215 và bao gồm các thử nghiệm bổ sung về cách điện dưới tác động của nhiệt độ và độ ẩm.
• IEC 62782 — Thử nghiệm tải cơ động theo chu kỳ, yêu cầu buồng hoặc thiết bị thử nghiệm có khả năng tạo ra chênh lệch áp suất ± 1.000 Pa đồng thời kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
• UL 61730 — Tiêu chuẩn an toàn của Bắc Mỹ, phù hợp chặt chẽ với IEC 61730 nhưng có các yêu cầu bổ sung để sử dụng ở thị trường Hoa Kỳ và Canada.
• IEC 61701 — Thử nghiệm ăn mòn sương muối cho các mô-đun được triển khai trong môi trường biển và ven biển, yêu cầu buồng sương mù muối chuyên dụng có khả năng tạo khí dung liên tục ở nồng độ và tốc độ lắng được kiểm soát.

Ngoài trình độ chuyên môn cơ bản, các giao thức kiểm tra sức chịu đựng mở rộng như IEC TS 62804 (suy thoái tiềm năng gây ra) và IEC TS 63126 (thử nghiệm nhiệt độ cao cho các mô-đun có nhiệt độ trên 70°C) ngày càng được yêu cầu bởi các nhà phát triển dự án quy mô tiện ích và các tổ chức tài chính tiến hành thẩm định kỹ thuật độc lập.

Các loại phòng thử nghiệm mô-đun PV và thiết bị độ bền môi trường

Một phòng thí nghiệm đánh giá mô-đun PV hoàn chỉnh thường yêu cầu một số loại buồng riêng biệt, mỗi loại được tối ưu hóa cho một loại ứng suất môi trường cụ thể.

Buồng kết hợp: Chu trình nhiệt với tải điện

Các phòng thí nghiệm thử nghiệm PV tiên tiến ngày càng chỉ rõ buồng luân chuyển nhiệt phân cực điện , đặt dòng điện hoặc điện áp được điều khiển vào mô-đun được thử nghiệm trong suốt chu kỳ nhiệt độ. Các mô-đun vận hành tại Isc hoặc Voc trong quá trình di chuyển nhiệt sẽ nhấn mạnh các liên kết tế bào, mối hàn và điốt rẽ nhánh trong các điều kiện tái tạo chặt chẽ hơn hoạt động tại hiện trường thực so với chu trình không thiên vị. Các hệ thống này yêu cầu thanh cái cấp nguồn tích hợp, đầu nối cấp điện được định mức cho toàn bộ phạm vi độ ẩm của buồng và các kênh thu thập dữ liệu có khả năng ghi lại các đặc tính của mô-đun IV ở mỗi mức nhiệt độ ổn định.

Thông số kỹ thuật quan trọng để lựa chọn phòng thử nghiệm PV

Việc chọn buồng thử nghiệm mô-đun PV yêu cầu đánh giá các thông số kỹ thuật vượt quá phạm vi nhiệt độ và độ ẩm được nêu trên bảng dữ liệu sản phẩm. Các thông số sau có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác của thử nghiệm, thông lượng và chi phí vận hành dài hạn:

• Kích thước nội thất có thể sử dụng — Mô-đun kích thước đầy đủ tiêu chuẩn có kích thước lên tới 2.278 × 1.134 mm (đối với định dạng 72 ô) và mô-đun định dạng lớn thế hệ tiếp theo vượt quá 2.400 × 1.300 mm. Xác nhận rằng không gian làm việc bên trong của buồng phù hợp với định dạng mô-đun lớn nhất trong chương trình thử nghiệm, với khoảng trống tối thiểu 100 mm ở tất cả các phía cho luồng không khí.
• Độ đồng đều nhiệt độ — IEC 61215 yêu cầu tất cả các điểm trên bề mặt mô-đun phải nằm trong phạm vi ±2°C của nhiệt độ điểm đặt trong giai đoạn ngâm. Các buồng đạt được thông số kỹ thuật này yêu cầu các vách ngăn luồng không khí được thiết kế cẩn thận và nhiều cảm biến nhiệt độ được phân bổ trên toàn bộ thể tích làm việc.
• Tốc độ tăng tốc và công suất máy nén - Tốc độ tăng tối thiểu 100°C/giờ cho chu trình nhiệt có thể đạt được với hầu hết các buồng hiện đại, nhưng tốc độ tăng trưởng duy trì ở mức 150–200°C/giờ giảm đáng kể thời gian chu kỳ, tăng thông lượng thử nghiệm hàng năm. Điều này đòi hỏi máy nén lạnh cỡ lớn và máy sưởi điện công suất cao, làm tăng cả chi phí vốn lẫn điện năng tiêu thụ khi vận hành.
• Công suất tạo độ ẩm và độ ổn định điều khiển — Thử nghiệm nhiệt ẩm ở 85°C/85% RH đặt ra yêu cầu cao đối với hệ thống quản lý ngưng tụ và phun hơi ẩm của buồng. Độ ẩm vượt quá trong giai đoạn tăng tốc có thể gây ra hiện tượng ngưng tụ sớm trên bề mặt mô-đun, gây ra các hiện tượng thử nghiệm. Chỉ định các buồng với Thời gian phản hồi điều khiển RH vòng kín 30 giây .
• Tích hợp giám sát và truyền tải điện — Đối với thử nghiệm sai lệch và dò đường cong IV tại chỗ, buồng phải cung cấp các đầu nối cấp nguồn nhiều chân có định mức dòng điện phù hợp với Isc của mô-đun (thường là 10–20 A trên mỗi chuỗi) và cách ly điện áp định mức ở ít nhất 1.500 V DC.
• Hệ thống an toàn — Buồng được sử dụng để thử nghiệm sai lệch về điện yêu cầu bảo vệ chống tia hồ quang, phát hiện lỗi nối đất và khóa liên động tắt nguồn khẩn cấp tuân thủ các yêu cầu an toàn của thiết bị phòng thí nghiệm IEC 61010-1.

Danh sách kiểm tra nguồn cung ứng và chất lượng cho thiết bị kiểm tra độ bền môi trường

Việc mua sắm các phòng thử nghiệm mô-đun PV thể hiện một khoản đầu tư vốn đáng kể—các phòng thử nghiệm riêng lẻ có phạm vi từ 30.000 USD cho các thiết bị nhiệt ẩm cơ bản đến trên 300.000 USD cho hệ thống đa ứng suất khổ lớn . Sự thẩm định ở giai đoạn tìm nguồn cung ứng giúp giảm đáng kể rủi ro mua phải thiết bị không thể hỗ trợ công nhận hoặc tạo ra dữ liệu thử nghiệm không tương quan.

• Cơ quan công nhận chấp nhận — Xác nhận rằng mô hình buồng và phần mềm điều khiển đã được các phòng thí nghiệm được công nhận theo ISO/IEC 17025 chấp nhận cho thử nghiệm IEC 61215. Một số tổ chức chứng nhận duy trì danh sách thiết bị đã được phê duyệt; xác minh trước khi mua.
• Truy xuất nguồn gốc hiệu chuẩn — Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phải được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn đo lường quốc gia (NIST, PTB hoặc tương đương) với chứng chỉ hiệu chuẩn có thể truy nguyên theo đơn vị SI. Yêu cầu tài liệu hiệu chuẩn cho tất cả các cảm biến như một phần của gói kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy (FAT).
• Khả năng ghi và xuất dữ liệu — Báo cáo thử nghiệm IEC 61215 yêu cầu ghi nhật ký liên tục về nhiệt độ và độ ẩm của buồng trong mỗi chuỗi thử nghiệm. Xác nhận rằng phần mềm điều khiển xuất dữ liệu theo định dạng tương thích với LIMS (hệ thống quản lý thông tin phòng thí nghiệm) của phòng thí nghiệm.
• Truy cập bảo trì và phụ tùng thay thế — Bảo dưỡng máy nén, vệ sinh máy tạo độ ẩm và thay phớt cửa là những hạng mục bảo trì định kỳ. Đánh giá phạm vi phủ sóng của mạng lưới dịch vụ của nhà cung cấp trong khu vực triển khai thiết bị và xác nhận thời gian cung cấp phụ tùng thay thế trước khi cam kết mua hàng.
• Tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành — Buồng nhiệt ẩm chạy liên tục ở nhiệt độ 85°C/85% RH tiêu thụ điện năng 8–15 kWh mỗi giờ tùy thuộc vào thể tích buồng và chất lượng cách nhiệt. Qua thử nghiệm DH kéo dài 1.000 giờ, điều này thể hiện sự khác biệt đáng kể về chi phí vận hành giữa thiết kế buồng cách nhiệt tốt và thiết kế buồng cách nhiệt kém.

Yêu cầu thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy có người chứng kiến ​​tại cơ sở của nhà sản xuất—trong đó buồng được chạy qua chu trình nhiệt hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn IEC 61215 và chuỗi nhiệt ẩm với các cảm biến tham chiếu đã được hiệu chuẩn—vẫn là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác minh rằng thiết bị được giao sẽ đáp ứng các thông số kỹ thuật hiệu suất cần thiết cho thử nghiệm chứng nhận mô-đun quang điện được công nhận.