Ако сте прекарали известно време в индустрията на соларните панели – независимо дали проектирате системи, произвеждате модули или тествате компоненти – вероятно сте чували за ускореното стрес тестване. Тези тестове са от решаващо значение за предсказване на това как фотоволтаичните (PV) панели ще издържат десетилетия на излагане на елементите, особено след като слънчевите инсталации често работят в сурови външни среди: знойни пустини с екстремни горещини, влажни крайбрежни региони със солени пръски или дъждовен тропически климат с високи нива на влага. Един въпрос, който постоянно ми задават като доставчик на тестова камера HAST, е: Може ли тестова камера HAST да се използва за тестване на слънчеви панели? Краткият отговор е да, но за да разберем наистина защо, как и какво е необходимо, за да го направим добре, нека разбием науката, приложенията в реалния свят и защо камерите HAST (Highly Accelerated Stress Test) са се превърнали в основна част от фотоволтаичния контрол.
Първо, нека изясним какво представлява тестът HAST и как се сравнява с други обичайни екологични тестове за слънчеви панели. Традиционните тестове като изпитване на влажна топлина (често се провеждат при 85°C и 85% относителна влажност за 1000 часа, съгласно IEC 61215) са ясни, но имат голям недостатък: отнемат цяла вечност. 1000-часов тест за влажна топлина е повече от месец и половина непрекъснато тестване, което забавя разработването на продукта, проверките на качеството и сроковете за сертифициране. HAST, напротив, използва по-високо налягане и температура, за да ускори скоростта, с която напреженията на околната среда причиняват разграждане на материала. В основата си HAST работи чрез увеличаване на парциалното налягане на водната пара в запечатана камера - обикновено работеща при 110°C до 130°C с 85% до 100% относителна влажност и налягане 2 до 3 пъти атмосферното. Това по-високо налягане принуждава влагата да прониква по-бързо в материалите, ускорява химичните реакции, които причиняват корозия, разслояване и разпадане на материала, и усилва термичните напрежения от бързите температурни промени.
Сега, защо това е от значение за слънчевите панели? Слънчевите панели са направени от слоести материали, които са уязвими на щети от околната среда: предното стъкло, EVA (етилен винил ацетат) капсулатор, който свързва клетките към задния лист, тънкослойни клетки или кристални силициеви пластини, окабеляване и съединителни кутии. Когато тези слоеве се разрушат, изходната мощност на панела пада; например разслояването на EVA от клетката позволява на влагата да проникне, причинявайки корозия на металните контакти, или EVA може да пожълтее, намалявайки предаването на светлина към клетките. Корозията е особено проблематична - дори малки количества влага могат да окислят сребърните или медните контакти на фотоволтаичните клетки, увеличавайки устойчивостта и силата на рязане. Разслояването също е най-често срещаният режим на повреда, особено при панели, монтирани в зони с висока влажност, където уловената влага се разширява и свива с температурни промени, отслабвайки връзките между слоевете.
Това е мястото, където се намесват тестовите камери на HAST. За разлика от камерите за влажност с по-ниско налягане, повишеното налягане на HAST означава, че влагата навлиза в слоевете на панела много по-бързо. 96-часов HAST тест, например, може да бъде еквивалентен на хиляди часове естествено излагане на открито – често 5 до 10 пъти по-бързо от стандартните тестове за влажна топлина. Това го прави идеален за скрининг на продукти в началото на цикъла на разработка: вместо да чака месец и половина, за да забележи дефект в дизайна, производителят може да проведе HAST тест за 4 дни, да установи, че неговият капсулант не е подходящо устойчив на влага, да коригира формулата си и да тества отново след седмици, а не месеци. Също така е идеален за контрол на качеството: тестване на всяка партида панели за улавяне на производствени дефекти, като дефектни уплътнения в съединителната кутия или примеси в EVA, които биха довели до преждевременна повреда на място.
Но ето нещо: не всички камери HAST са еднакви и не всички са подходящи за тестване на слънчеви панели. Нека поговорим за специфичните характеристики, от които се нуждаете, когато използвате HAST камера за фотоволтаични панели. Първо, камерата се нуждае от прецизен контрол върху температурата, влажността и налягането - консистенцията не подлежи на обсъждане. Камера HAST, която не може да поддържа стабилни 120°C, 2 atm и 95% относителна влажност, ще даде непоследователни резултати, защото дори малки колебания могат да променят скоростта на проникване на влага. Второ, слънчевите панели се предлагат в различни размери – от малки тестови проби до цели модули с 60 или 72 клетки – така че камерата се нуждае от достатъчно вътрешно пространство и регулируем монтажен хардуер, за да държи панелите сигурно, без да блокира въздушния поток или да причинява горещи точки. Трето, функциите за безопасност са критични, тъй като камерите HAST работят при повишено налягане и високи температури. Те се нуждаят от клапани за освобождаване на налягането, спирания при прегряване и звукови аларми за предотвратяване на инциденти, особено при тестване на панели в пълен размер.
Изчакайте, но някои хора бъркат камерите HAST с друг тип камера за изпитване: камери за стрес тестове при висока ускорена температура и влажност. Нека изясним това. Въпреки че и двете са предназначени за изпитване на влажност и температура, високоускорените камери за стрес тестове на температура и влажност обикновено работят при по-ниски налягания (близко до атмосферното) и се фокусират повече върху температурни цикли, комбинирани с висока влажност, което ги прави по-добри за тестване на чувствителни към температура компоненти като електроника. Камерите HAST, с тяхното по-високо налягане, са по-подходящи за тестване на бариерните свойства на материали като капсуланти, задни листове и стъкло - точно частите на слънчевите панели, които се провалят поради проникване на влага. Това не означава, че камерите за стрес тестове при висока ускорена температура и влажност не са полезни за слънчеви панели; те са чудесни за тестване на по-малки компоненти като диоди или кабели. Но когато става въпрос за тестване на устойчивостта на целия панел на разграждане, предизвикано от влага, камерите HAST са инструментът на избор.
Нека поговорим за случаите на употреба в реалния свят. Преди няколко години работих със среден производител на слънчеви панели в югозападната част на САЩ, който пускаше нова линия жилищни панели за продажба в югоизточната част, където високата влажност и понякога проливният дъжд са нещо обичайно. Преди да използват HAST тестване, те са провеждали стандартни тестове за влажна топлина, за които са били необходими 1000 часа. Ако група не успее да изпита този тест, те трябваше да се върнат в лабораторията си, да коригират материалите и да проведат отново друг 1000-часов тест – забавяйки пускането им с месеци. След като интегрираха тестова камера HAST в своята линия за научноизследователска и развойна дейност, те преминаха към 96-часов тест HAST, който съответства на очакваните им 10-годишни полеви резултати за югоизточния пазар. Когато тестов панел се провали, те установиха, че техният заден лист има малка дупка от производствения процес - нещо, което би отнело 6 месеца, за да се забележи чрез естествено излагане или стандартна влажна топлина. С HAST те го хванаха за 4 дни, коригираха проблема и пуснаха продукта си 2 месеца по-рано от графика, спестявайки милиони потенциални гаранционни искове от повреди на място.
Друг случай на употреба е сертифицирането. Регулаторни органи като Международната електротехническа комисия (IEC) започнаха да включват HAST в по-нови стандарти за соларни панели, като IEC 61215-2:2021, което позволява HAST като алтернатива на някои от по-дългите стандартни тестове. За производителите това е огромна победа, защото съкращава времето за получаване на сертификат, който е необходим за продажба на панели на повечето световни пазари. Вместо да чакат 18 месеца за пълно сертифициране чрез стандартно тестване, много компании вече комбинират HAST скрининга с по-кратки стандартни тестове, за да получат сертификат за 6 до 9 месеца.
Но не всичко е просто. Има ограничения за използването на камери HAST за слънчеви панели и е важно да ги разберете, за да избегнете погрешно тълкуване на резултатите от теста. Най-голямото ограничение е, че тестването на HAST ускорява деградацията толкова бързо, че някои режими на повреда, които се появяват бавно на полето, може да не се покажат в теста на HAST. Например, дълготрайното UV разграждане на капсулатора или задния слой не се ускорява от HAST—HAST тества само проблеми, свързани с влага и топлина. Това означава, че HAST винаги трябва да се използва в комбинация с други тестове, като тестване на UV експозиция (използвайки UV камера) и тестване на температурни цикли, за да получите пълна картина на издръжливостта на панела. Друго ограничение е, че прекомерното ускоряване може да причини фалшиви повреди: ако тестът HAST се проведе при твърде високо налягане, той може да накара влагата да проникне в материалите по начин, който не се случва на място, което води до дефекти, които всъщност не биха възникнали при употреба в реалния свят. Ето защо е изключително важно да се следват индустриалните стандарти за HAST тестване на слънчеви панели – като IEC 60068-2-66, който очертава правилните HAST параметри за екологично тестване.
Като човек, който продава високоускорени камери за стрес тестове, мога да ви кажа, че търсенето на HAST в слънчевата индустрия рязко нарасна през последните 5 години. Глобалният пазар на слънчеви панели расте с общ годишен темп на растеж от над 20% и тъй като конкуренцията нараства, производителите трябва да пуснат продуктите си на пазара по-бързо, без да жертват качеството. HAST тестването решава този проблем, като съкращава времевата линия на тестване, като същевременно предоставя надеждни и приложими данни. Въпреки това е важно да си партнирате с доставчик, който разбира уникалните нужди на тестването на слънчеви панели, а не просто доставчик на обща камера за изпитване на околната среда. Специфичната за слънчева енергия камера HAST ще има правилния размер, прецизност на управлението и функции за безопасност, за да работи с панели в пълен размер и ще бъде калибрирана, за да отговаря на стандартите на IEC за PV тестване.
Нека разгледаме и едно често срещано погрешно схващане: някои хора смятат, че HAST е само за тестване на малки компоненти, като полупроводници. това не е истина Въпреки че HAST се използва широко в полупроводниковата индустрия, той е еднакво приложим за по-големи, слоести материали като слънчеви панели. Ключът е проектирането на теста така, че да съответства на очакваната работна среда на панела. Например, панел, инсталиран в пустинята Атакама, който има ниска влажност, но екстремни температури, може да извлече повече полза от HAST тест с температурни цикли, комбинирани с постоянна влажност. Панел, инсталиран в Amazon, с висока влажност и високи температури, ще използва HAST тест при 120°C, 2 atm и 95% относителна влажност, за да симулира тези тежки условия.
Друг момент, който трябва да имате предвид, са данните. Добрата тестова камера HAST не просто провежда тест – тя събира подробни данни по време на целия процес: температура в множество точки вътре в камерата, нива на влажност, налягане и дори параметри на ефективността на панела като изходна мощност, напрежение и ток. Тези данни са критични за идентифициране как точно се случва разграждането: разслоява ли се EVA? Корозират ли контактите? Задният лист губи ли изолационните си свойства? Без тези данни, тестът HAST е само преминаване/неуспех и вие пропускате възможности да подобрите дизайна на вашия продукт. Ето защо ние изграждаме нашите високоускорени камери за стрес тестове, за да включват интегрирано регистриране на данни, съвместимо с обикновен лабораторен софтуер, така че нашите клиенти да могат да проследяват всеки детайл от своите тестове.
През последното десетилетие слънчевата индустрия премина от разчитане само на естествени полеви тестове към комбинация от ускорени лабораторни тестове и HAST сега е основна част от тази комбинация. Когато се използват правилно, с правилните параметри и комбинирани с други екологични тестове, камерите HAST предоставят надеждни данни, които съкращават времето за разработка, намаляват гаранционните разходи и гарантират, че слънчевите панели издържат толкова дълго, колкото се очаква – 25 години или повече. Ключът е разбирането, че HAST не е универсално решение, но когато е съобразено с нуждите от тестване на слънчеви панели, това е един от най-мощните инструменти в набора от инструменти за качество и R&D на производителя.
Ако сте производител на слънчеви панели, който иска да интегрира тестването на HAST във вашия процес на разработване на продукти или контрол на качеството, или имате въпроси относно това дали камерата HAST е подходяща за вашите специфични продукти и нужди от тестване, ние сме тук, за да ви помогнем. Свържете се с нашия екип, за да обсъдим вашите изисквания, проучете нашата гама от камери за изпитване, включително камери за високо ускорени стрес тестове и камери за високо ускорени стрес тестове при температура и влажност, и намерете правилното решение за вашата операция.
Референции
- Международна електротехническа комисия. (2021). IEC 61215-2: Наземни фотоволтаични (PV) модули - Оценяване на дизайна и типово одобрение - Част 2: Изисквания за изпитване. Женева, Швейцария: IEC.
- Международна електротехническа комисия. (2018). IEC 60068-2-66: Изпитване на околната среда - Част 2-66: Тестове - Тест Cx: Влажна топлина, стабилно състояние, силно ускорен стрес тест. Женева, Швейцария: IEC.
- Kalogirou, SA (2014). Слънчево енергийно инженерство: Процеси и системи (2-ро издание). Академична преса.
- Mahan, GD и Warren, JB (2019). Ускорено стрес тестване за фотоволтаични модули: преглед. Напредък във фотоволтаиците: изследвания и приложения, 27 (12), 1097-1112.
- Национална лаборатория за възобновяема енергия. (2020 г.). Ускорено изпитване за издръжливост на фотоволтаични модули: Най-добри практики. Голдън, Колорадо: NREL.