Šiluminio ciklo įranga saulės baterijų patvarumo bandymams

Saulės baterijos per visą savo 25–30 metų eksploatavimo laiką atlaiko negailestingus temperatūros svyravimus – įkaista vidurdienio saulėje, o po saulėlydžio staigiai atvėsta. Terminio ciklo įranga atkartoja šiuos žiaurius svyravimus kontroliuojamoje laboratorinėje aplinkoje, fotovoltinius (FV) modulius pakartotinai veikiant temperatūros šuoliams tarp ekstremalių verčių, tokių kaip -40 °C ir +85 °C. Šis pagreitėjęs įtempis atskleidžia paslėptus litavimo juostų, hermetizuojančių sluoksnių, stiklo ląstelių sąsajų ir elektros jungčių trūkumus dar gerokai prieš tai, kai plokštės pasiekia stogus. Sutrumpindami daugelį metų trukusį lauko bandymą į savaites trukusius laboratorinius bandymus, inžinieriai gauna gedimų režimo duomenis, reikalingus medžiagoms tobulinti, gamybos procesams optimizuoti ir ilgalaikėms galios garantijoms, kurios stiprina investuotojų pasitikėjimą saulės energijos projektais visame pasaulyje, patvirtinti.

​

Pirmaujanti elektronikos bandymų laboratorija pasidalijo savo patirtimi su mūsų THR10-500A terminio ciklo įrangair džiovinimo krosnys: „Mūsų THR10-500A kamera ir džiovinimo krosnys veikia puikiai, ačiū. Esame jomis labai patenkinti.“ Stabilus kameros veikimas intensyvių terminio ciklavimo bandymų metu leido komandai atlikti ilgas įdeginimo procedūras ir pakartotinius greitus temperatūros pokyčius be pertraukų. Šis patikimumas suteikė jiems pasitikėjimo tiksliai įvertinti automobilių elektronikos, jutiklių ir valdymo modulių šiluminį atsparumą ir ilgaamžiškumą. Be elektronikos, įranga pasirodė esanti labai efektyvi medžiagų bandymuose, plastikinių komponentų senėjimo ir akumuliatorių veikimo vertinimuose, padėdama komandoms efektyviai imituoti realias šilumines sąlygas ir optimizuoti gaminio ilgaamžiškumą.

Kodėl saulės baterijoms reikalingas terminio ciklo bandymas?

​Dešimtmečių trukmės lauko poveikis ir ekstremalios temperatūros

Ant stogo arba ant žemės montuojama saulės baterijų sistema neapsaugota nuo sezoninių ekstremalių sąlygų – kaitrių vasarų, stingdančių žiemų ir visko, kas tarp jų. Dykumose įrengtose vietose paros temperatūros skirtumai viršija 50 °C, o Šiaurės šalyse ilgalaikė minusinė temperatūra išlieka. Per 25 metų garantinį laikotarpį viena plokštė gali atlaikyti dešimtis tūkstančių terminių ciklų, kurių kiekvienas laipsniškai apkrauna vidines sąsajas ir jungtis.

Kaupiamojo nuovargio mechanizmai PV moduliuose

Kiekvienas temperatūros svyravimas sukelia mikromasto plėtimąsi ir susitraukimą skirtingose ​​modulio laminato viduje sujungtose medžiagose. Nuovargio įtrūkimai susidaro įtempių koncentracijos taškuose, ypač litavimo jungtyse, jungiančiose silicio elementus su vario juostelėmis, ir plinta ciklas po ciklo. Be terminio ciklų įvertinimo šie lėtai augantys defektai lieka nepastebėti atliekant įprastinę elektros patikrą gamyklos vartuose.

Priešlaikinio plokščių degradacijos ekonominiai interesai

Saulės energijos projektų ekonomika priklauso nuo nuspėjamo energijos išeikvojimo per dešimtmečius. Modulis, kuris susidėvi greičiau nei reikalaujama, mažina investuotojų grąžą, sukelia garantinius reikalavimus ir kenkia gamintojo reputacijai. Griežtas terminio ciklavimo kvalifikavimas naudojant specialiai sukurtas bandymų kameras anksti nustato pažeidžiamus projektus, leidžiant atlikti korekcijas, kurios apsaugo tiek pajamų srautus, tiek prekės ženklo vertę.

Temperatūrinis įtempis fotovoltiniuose moduliuose ir medžiagose

CTE neatitikimas daugiasluoksniuose modulių rinkiniuose

Saulės moduliai yra laminuoti „sumuštiniai“ tipo elementai – grūdintas stiklas, etileno-vinilo acetato (EVA) kapsulė, silicio elementai su metalinėmis jungtimis, polimerinis galinis sluoksnis ir aliuminio rėmas. Kiekvienas sluoksnis turi skirtingą šiluminio plėtimosi koeficientą (ŠTL). Kai temperatūra keičiasi, šie sluoksniai tempiasi arba traukiasi skirtingu greičiu, sukurdami šlyties ir lupimo įtempius kiekvienoje suklijuotoje sąsajoje.

1 lentelė. Įprastų PV modulių medžiagų CTE vertės

Termomechaninis įtempimas ląstelių jungtyse

CTE skirtumas tarp silicio (2.6 ppm/°C) ir vario juostelės (17 ppm/°C) koncentruoja ciklinę deformaciją tiesiai ties litavimo linija. Pakartotinis lenkimas vargina litavimo lydinį, sukeldamas įtrūkimus, kurie padidina nuosekliąją varžą ir sumažina galią. Terminio ciklavimo kamerose taikomas kontroliuojamas kaitinimo greitis – paprastai nuo 5 °C iki 15 °C per minutę – siekiant atkurti šią deformaciją laboratorinėmis sąlygomis.

Kapsulinio ir užpakalinio sluoksnio degradacija ciklinio įtempio metu

EVA ir kiti hermetizuojantys mišiniai bandymo metu suminkštėja aukštoje temperatūroje ir sustingsta žemoje temperatūroje. terminio ciklo bandymo kameraCiklas tarp šių būsenų gali sukelti delaminaciją nuo ląstelės paviršiaus arba stiklo supersluoksnio, sukurdamas kelius drėgmei prasiskverbti. Panašiai ir užpakalinio sluoksnio polimerai tampa trapūs, galiausiai įtrūksta ir pažeidžia modulio elektrinės izoliacijos vientisumą.

Saulės baterijų terminio ciklo veikimo bandymo standartai

IEC 61215 terminio ciklo reikalavimai

IEC 61215 – kristalinio silicio fotovoltinių modulių kvalifikacinis standartas – nustato TC200 bandymą: 200 ciklų nuo -40 °C iki +85 °C, esant maksimaliam pakilimo greičiui ir apibrėžtam išlaikymo laikui kiekviename kraštutiniame taške. Moduliai neturi turėti jokių didelių vizualinių defektų, drėgmės nuotėkio srovės gedimų ir ne daugiau kaip 5 % maksimalaus galios sumažėjimo užbaigus protokolą.

Išplėstiniai dviračių važiavimo protokolai, viršijantys minimalią kvalifikaciją

Pramonės atstovai vis labiau sutaria, kad 200 ciklų yra minimalus reikalavimas. Daugelis gamintojų ir nepriklausomų bandymų laboratorijų savanoriškai išplečia ciklų skaičių iki TC400, TC600 ar net TC1000, kad išskirtų aukščiausios kokybės gaminius ir atitiktų griežtus projektų finansuotojų reikalavimus dėl bankų patikimumo. Išplėstiniai protokolai atskleidžia susidėvėjimo sukeltus gedimų režimus, kurių trumpesni bandymai tiesiog negali atskleisti.

​

2 lentelė. Įprasti saulės baterijų terminio ciklo bandymo protokolai

Terminio ciklo derinimas su drėgmės ir mechaninės apkrovos bandymais

IEC 61215 taip pat reikalauja nuoseklių bandymų – terminio ciklavimo, po kurio seka drėgmės ir užšalimo (HF) ciklai ir mechaninės apkrovos bandymai. Ši bendra seka imituoja sinergetinius įtempius, su kuriais moduliai susiduria lauke. Terminio ciklavimo įranga, galinti tiksliai valdyti rampą ir palaikyti stabilią pastovią temperatūrą, supaprastina šias nuoseklias kampanijas, nereikalaujant perkelti mėginių tarp atskirų kamerų.

Dienos ir nakties temperatūros svyravimų saulės energijos įrenginiuose modeliavimas

Programuojami rampos greičiai realistiškiems profiliams

Realiame pasaulyje veikiančios saulės baterijos šildo ir vėsina tokiu greičiu, kurį lemia saulės spinduliuotė, vėjo greitis ir aplinkos temperatūra. Valdomas šildymo greitis – pasirenkamas 5 °C, 10 °C arba 15 °C per minutę – leidžia bandymų inžinieriams pritaikyti profilius, kurie atspindi konkrečias geografines sąlygas. Lėtesnės šildymo spartos atkartoja vidutinio klimato zonas; statesnės šildymo spartos imituoja sausringą aplinką su staigiu atvėsimu po saulėlydžio.

Būsto periodai ir terminės pusiausvyros aspektai

Prieš registruojant prasmingą terminį ciklą, moduliai turi pasiekti vienodą vidinę temperatūrą. Išlaikymo laikas esant karščio ir šalčio kraštutinėms vertėms užtikrina, kad vidiniai sluoksniai, įskaitant ląstelės ir EVA sąsają, visiškai subalansuotųsi. Nepakankamas išlaikymo laikas nepakankamai atspindi tikrąjį įterptųjų jungčių patiriamą įtempį, todėl gaunami klaidingai optimistiški kvalifikaciniai rezultatai.

Klimatui būdingas bandymo profilio dizainas

Arabijos pusiasaliui skirta skydinė turi kitokį šiluminį apvalkalą nei Skandinavijoje įrengta. Inžinieriai kuria individualius ciklų profilius – pakoreguoja viršutines ir apatines temperatūros ribas, įjungimo dažnius ir ciklų skaičių – kad atkartotų tikslinį diegimo klimatą. Programuojami valdikliai su Ethernet ryšiu ir kompiuterio jungtimi supaprastina šių individualių profilių kūrimą ir saugojimą.

Stiklo, hermetizavimo medžiagų ir elektros jungčių vertinimas

Litavimo juostelės nuovargis ir ląstelių sujungimo vientisumas

Elektroliuminescencijos (EL) vaizdavimas prieš ir po bandymo su terminio ciklo bandymo įranga atskleidžia neaktyvias celių sritis, atsiradusias dėl įtrūkusių litavimo jungčių. Įtrūkimams plintant, nuoseklioji varža didėja, o modulio užpildymo koeficientas mažėja. Šio pablogėjimo kiekybinis įvertinimas atliekant IV kreivės matavimus nustatytais ciklo intervalais leidžia gauti nuovargio augimo greitį, kuris padeda pasirinkti litavimo lydinį ir optimizuoti juostelės geometriją.

EVA pageltimo ir delaminacijos aptikimas

Ilgalaikis terminis ciklas pagreitina EVA spalvos pakitimą, ypač esant likusiems šalutiniams jungimo produktams. Pageltęs kapsulės sluoksnis sugeria dalį krintančios šviesos spektro, sumažindamas trumpojo jungimo srovę. Vizualinė apžiūra, pralaidumo spektroskopija ir C režimo skenuojanti akustinė mikroskopija kartu kiekybiškai įvertina kapsulės degradacijos mastą ir progresavimą per visą ciklavimo kampaniją.

Jungiamųjų dėžių ir jungčių patikimumas ciklinio įjungimo metu

Jungiamosios dėžutės ir kabelių jungtys, sumontuotos ant modulio galinio sluoksnio, atlaiko tokius pačius šiluminius pokyčius kaip ir pats laminatas. Jungiamosios dėžutės litavimo jungtys, lipnios jungtys, tvirtinančios ją prie galinio sluoksnio, ir aplinkkelio diodo darbinė temperatūra reikalauja kruopštaus patikrinimo. Izoliacijos varžos po ciklo ir šlapio nuotėkio bandymai patvirtina, kad elektros saugos ribos išlieka nepakitusios.

Ilgalaikio saulės baterijų patikimumo gerinimas atliekant aplinkos bandymus

Pagreitintų bandymų duomenų koreliacija su lauko rezultatais

Pagreičio koeficientai, gauti iš Arrhenius arba Coffin-Manson modelių, paverčia laboratorinių ciklų skaičių lygiaverčiais lauko bandymų metais. Patvirtinta koreliacija leidžia gamintojams numatyti realų degradacijos greitį pagal kameros bandymų rezultatus, taip sumažinant atotrūkį tarp dviejų savaičių laboratorinės kampanijos ir 25 metų veikimo garantijos.

Projektavimo iteracija, pagrįsta gedimo režimo analize

Kiekvienas terminio ciklavimo metu atskleistas gedimo režimas grįžta į nuolatinio tobulėjimo ciklą. Litavimo įtrūkimai gali paskatinti pereiti prie atsparesnio nuovargiui lydinio; delaminacija gali paskatinti didesnio sukibimo hermetizavimo formuluotės naudojimą. Šis iteracinis procesas, pagrįstas empiriniais kameros duomenimis, palaipsniui grūdina modulio konstrukciją nuo termomechaninio įtempio.

Garantinio pasitikėjimo kūrimas taikant griežtą kvalifikaciją

Modulių bankininkystės patikimumas – finansinių įstaigų noras finansuoti saulės energijos projektus – priklauso nuo patikimų kvalifikacijos įrodymų. Išplėstinės terminio ciklo ataskaitos iš akredituotų laboratorijų, parengtos naudojant kalibruotas ir atsekamas aplinkos kameras, pateikia dokumentus, kurių reikalauja išsamaus patikrinimo komandos prieš skirdamos kapitalą didelio masto fotovoltiniams įrenginiams.

Patikimas veikimas esant dideliems temperatūros svyravimams – LIB Industry

​​	The​
Jūsų vardas	Greito keitimo greičio šiluminio ciklo kamera
Temperatūros diapazonas	-70℃ ～+150 ℃
Sprogimui atsparus dizainas	sprogimui atsparios durų grandinės, sprogimui atsparus apžvalgos langas, dūmų detektorius ir gaisro gesinimo purkštuvų sistema. Sprogimui atsparus gaubtas.
Žemas tipas	A: -70 ℃ B: -40 ℃ C -20 ℃
Temperatūros svyravimai	± 0.5 ℃
Drėgmės diapazonas	20% ~ 98%
Šildymo greitis	5 ℃ / 15 ℃ / min
Aušinimo greitis	5 ℃ / 15 ℃ / min
kontrolierius	Programuojamas spalvotas LCD jutiklinis ekranas, daugiakalbė sąsaja, Ethernet, USB
Išorinė medžiaga	Plieninė plokštė su apsaugine danga
Interjero medžiaga	SUS304 nerūdijantis plienas
Standartinė konfigūracija	1 kabelio anga (Φ 50) su kištuku; 2 lentynos
Laiko nustatymo funkcija	0.1–999.9 (S, M, H) nustatoma

Platus temperatūros diapazonas ir kontroliuojamas pakilimo greitis

„LIB Industry“ terminio ciklavimo įranga užtikrina temperatūros diapazoną nuo -70 °C iki +150 °C, patogiai apgaubdama IEC 61215 standarte nurodytą -40 °C iki +85 °C diapazoną. Temperatūros keitimo greitį galima pasirinkti ties 5 °C, 10 °C arba 15 °C per minutę, todėl inžinieriai gali pritaikyti bandymo profilius prie bet kokio klimato scenarijaus nekeičiant aparatinės įrangos. Temperatūros svyravimas neviršija ±0.5 °C, o nuokrypis – ±2.0 °C – tikslumas yra labai svarbus norint gauti pakartojamus, standartus atitinkančius rezultatus.

Keičiamo dydžio kameros tūriai viso dydžio modulių bandymams

LIB siūlo talpas nuo 100 l iki 1000 l ir daugiau, įskaitant 2000 l ir 3000 l nestandartines konfigūracijas, pritaikytas viskam – nuo ​​mažų medžiagų kuponų iki pilno dydžio 72 elementų fotovoltinių modulių.

Saugumas, ryšys ir pasirinktinės konfigūracijos

Kiekvienas terminio ciklo aparatas Apima apsaugą nuo perkaitimo, apsaugą nuo viršsrovės, šaltnešio aukšto slėgio apsaugos priemones ir apsaugą nuo įžeminimo nuotėkio. Sprogimui atsparios durys ir apžvalgos langas, dūmų detektorius su garsiniu signalu ir vandens purškimo sistema suteikia papildomų saugos sluoksnių. Prie Ethernet prijungti programuojami LCD jutiklinio ekrano valdikliai leidžia nuotoliniu būdu stebėti ir sklandžiai integruotis su laboratorinėmis informacijos valdymo sistemomis. Kabelių skylės (50 mm / 100 mm / 200 mm) su silikoniniais kištukais nukreipia jutiklių laidus ir maitinimo kabelius į bandymo erdvę nepakenkiant šiluminiam vientisumui. Pagal pageidavimą galimi individualūs modeliai, atitinkantys unikalius bandinių matmenis arba eksploatacines specifikacijas.

Išvada

Terminio ciklavimo bandymai yra saulės baterijų kvalifikacijos pagrindas, atskleidžiantis nuovargio sukeltus degradacijos mechanizmus, kurie kelia grėsmę ilgalaikiam energijos kiekiui. Inžinieriai, prieš gaminiams patenkant į lauką, nustato pažeidžiamas litavimo jungtis, hermetines sąsajas ir elektros jungtis, kad šie nenulūžtų. IEC 61215 standarto ir vis dažniau išplėstinių ciklavimo protokolų laikymasis užtikrina, kad moduliai atitiktų 25 metų eksploatacinių savybių garantijose numatytus patikimumo lūkesčius. Specialiai sukurta terminio ciklavimo įranga su tiksliu temperatūros reguliavimu, plačiu temperatūros diapazonu ir keičiamo dydžio tūriu suteikia FV gamintojams galimybę tiekti baterijas, kurios nuosekliai veikia net ir reikliausiomis planetos klimato sąlygomis.

DUK

Kokį temperatūros diapazoną reikalauja IEC 61215 saulės baterijų terminio ciklavimo metu?

IEC 61215 nurodo ciklinį atlaikymą nuo -40 °C iki +85 °C temperatūroje. Moduliai turi atlikti 200 ciklų (TC200) ir parodyti ne daugiau kaip 5 % maksimalų energijos suvartojimo sumažėjimą, be jokių kritinių vizualinių defektų.

Kodėl populiarėja išplėstiniai terminio ciklavimo protokolai (TC400, TC600)?

Išplėstiniai protokolai atskleidžia susidėvėjimo gedimų režimus, tokius kaip pažangus litavimo nuovargis ir kapsulės atsisluoksniavimas, kurie lieka neaptinkami per standartinę 200 ciklų kvalifikaciją, tenkinant vis griežtesnius projektų finansuotojų bankininkystės reikalavimus.

Ar LIB pramonės terminio ciklo kameros gali talpinti viso dydžio PV modulius?

Standartiniuose LIB modeliuose siūlomos kamerų talpos iki 1000 l, o pasirinktinėse konfigūracijose – 2000 l arba 3000 l, todėl viduje yra pakankamai erdvės viso dydžio 60 arba 72 celių fotovoltiniams moduliams.

Reikia patikimo žmogaus šiluminė dviračių įranga gamintojas ir tiekėją jūsų saulės baterijų bandymų laboratorijai? „LIB Industry“ teikia visapusiškus aplinkos bandymų sprendimus – nuo ​​projektavimo ir gamybos iki įrengimo ir mokymo. Susisiekite adresu ellen@lib-industry.com aptarti jūsų PV modulių patvarumo bandymų poreikius.