ГОСТ Р 56980.2-2020 (МЭК 61215-2:2016). Национальный стандарт Российской Федерации. Модули фотоэлектрические. Оценка соответствия техническим требованиям. Часть 2. Методы испытаний

4.6 Испытания на стойкость к местному перегреву

4.6.1 Назначение

Испытания предназначены для проверки способности фотоэлектрического модуля выдерживать локальный перегрев, который может привести, например, к плавлению пайки или ухудшению герметизации. Такой перегрев может быть вызван, например, повреждением или рассогласованием параметров фотоэлектрических элементов, повреждением соединений, частичным затенением или загрязнением.

Метод испытаний заключается в определении максимально нагретого фотоэлектрического элемента при нормальном режиме работы испытуемого образца, создании состояния выделения в этом элементе максимальной тепловой энергии и выдержке его в этом состоянии.

Хотя в этих испытаниях абсолютная температура и относительное снижение максимальной мощности не являются критериями успешных испытаний, для гарантии безопасной работы фотоэлектрического модуля испытания проводят при наиболее жестких условиях местного перегрева.

В зависимости от технологии изготовления фотоэлектрических элементов и фотоэлектрических модулей установлено два варианта проведения испытаний. Первый вариант (см. 4.6.5) обычно применяют для испытаний фотоэлектрических модулей на основе фотоэлектрических элементов, выполненных на полупроводниковой пластине, например фотоэлектрических модулей на основе кристаллического кремния. Для тонкопленочных фотоэлектрических модулей (CdTe, CIGS, a-Si и пр.) испытания проводят по второму варианту (см. 4.6.6).

4.6.2 Местный перегрев в фотоэлектрических модулях

Области местного перегрева возникают в фотоэлектрическом модуле, когда протекающий через него рабочий ток превышает ток короткого замыкания затененного или поврежденного фотоэлектрического элемента или нескольких фотоэлектрических элементов. Такой фотоэлектрический(ие) элемент(ы) попадает под обратное смещение и будет выделять тепловую энергию, что может привести к перегреву.

Если выделение тепла достаточно велико или достаточно сконцентрировано, фотоэлектрические элементы с обратным смещением могут перегреваться, что может привести к плавлению пайки, разрушению герметизации, тыльного или лицевого покрытий, растрескиванию подложки и покрытий. Применение шунтирующих диодов предотвращает появление повреждений вследствие местного перегрева.

Обратные характеристики фотоэлектрических элементов могут существенно отличаться. С точки зрения особенностей местного перегрева различают два типа фотоэлектрических элементов: элементы с высоким шунтирующим сопротивлением, у которых обратные характеристики ограничены по напряжению, и элементы с низким шунтирующим сопротивлением, у которых обратные характеристики ограничены по току.

В случае фотоэлектрических элементов с низким шунтирующим сопротивлением:

- наихудший вариант затенения происходит при полном затенении фотоэлектрического элемента (или его большей части);

- отказы вследствие местного перегрева происходят очень быстро, поскольку нагрев носит локальный характер;

- низкое шунтирующее сопротивление часто образуется за счет возникновения локальных проводимостей. В этом случае местный перегрев обусловлен большими токами в небольшой области. Поскольку это явление носит локальный характер, характеристики фотоэлектрических элементов такого типа имеют большой разброс. При образовании обратного смещения фотоэлектрические элементы с низким шунтирующим сопротивлением имеют высокую вероятность функционирования при температурах перегрева.

Основной технической проблемой при проведении испытаний фотоэлектрических модулей на основе элементов с низким шунтирующим сопротивлением является выявление элементов с наименьшим шунтирующим сопротивлением и определение после этого наихудшего варианта затенения таких элементов. Особенности проведения этой части испытаний определяются технологией изготовления испытуемых фотоэлектрических модулей и установлены в соответствующей части ГОСТ Р 56980.1 (см. также [3]).

В случае фотоэлектрических элементов с высоким шунтирующим сопротивлением:

- наихудший вариант затенения образуется при частичном затенении элемента;

- повреждение перехода и возникновение высокой температуры происходит медленнее. Для образования наихудших условий местного перегрева затенение должно сохраняться в течение некоторого времени.

Порядок проведения испытаний на стойкость к местному перегреву определяется наличием, количеством и размещением шунтирующих диодов в испытуемом образце, технологией изготовления фотоэлектрических модулей и типом соединения фотоэлектрических элементов, защищаемых одним шунтирующим диодом.

Шунтирующие диоды, если они установлены, ограничивают обратное напряжение охватываемых ими фотоэлектрических элементов и этим определяют часть электрической цепи фотоэлектрического модуля, испытания которой проводят отдельно.

Примечание - Максимальное внутреннее рассеяние энергии в шунтирующем диоде возникает при коротком замыкании участка цепи, защищенного этим диодом. Обычно это достигается шунтированием всего модуля. Если в модуле не установлены шунтирующие диоды, перед их установкой проверьте рекомендации изготовителя относительно максимального количества последовательно соединенных фотоэлектрических модулей.

 

4.6.3 Типы соединений фотоэлектрических элементов, защищенных одним шунтирующим диодом

Соединения фотоэлектрических элементов в фотоэлектрическом модуле, защищаемые одним шунтирующим диодом, разделяют на три основных типа:

- последовательное соединение s фотоэлектрических элементов (рисунок 2). Модули с последовательным соединением фотоэлектрических элементов могут быть защищены одним или несколькими шунтирующими диодами;

- параллельно-последовательное соединение, т.е. последовательное соединение s групп, состоящих из p параллельно соединенных фотоэлектрических элементов (рисунок 3);

- последовательно-параллельное соединение, т.е. параллельное соединение p цепочек, состоящих из s последовательно соединенных фотоэлектрических элементов (рисунок 4).

Примечание - В международной практике также приняты следующие обозначения указанных типов соединений: последовательное соединение - тип S; параллельно-последовательное соединение - тип PS; последовательно-параллельное соединение - тип SP.

 

 

Рисунок 2 - Последовательное соединение фотоэлектрических

элементов, защищаемое одним или тремя шунтирующими диодами

 

 

 

 

Рисунок 3 - Параллельно-последовательное соединение,

защищаемое одним шунтирующим диодом

 

 

 

 

Рисунок 4 - Последовательно-параллельное соединение,

защищаемое одним шунтирующим диодом

 

В общем случае приведенных ниже вариантов испытаний для указанных трех типов соединений фотоэлектрических элементов достаточно для того, чтобы провести испытания на стойкость к местному перегреву практически всех вариантов фотоэлектрических модулей. Другие типы соединений фотоэлектрических элементов могут быть сведены к одному из указанных трех типов.

4.6.4 Испытательное оборудование

a) Источник освещения: естественное солнечное освещение или имитатор солнечного излучения непрерывного действия класса BBB или выше, отвечающий требованиям ГОСТ Р МЭК 60904-9 и обеспечивающий энергетическую освещенность рабочей поверхности испытуемого образца как минимум в диапазоне от 800 до 1100 Вт/м².

При выявлении элементов, наиболее подверженных местному перегреву, для определения ВАХ допускается применение импульсного имитатора солнечного излучения, отвечающего указанным выше требованиям.

b) Эталонный фотоэлектрический прибор, отвечающий требованиям ГОСТ Р МЭК 60904-2 с учетом изменений, повышающих точность и достоверность результатов измерений (см. [8]), с хорошим соответствием характеристик характеристикам испытуемого образца в требуемых диапазонах энергетической освещенности, спектрального распределения и температур.

Спектральная чувствительность эталонного прибора должна соответствовать спектральной чувствительности испытуемого образца либо следует выполнить коррекцию на несовпадение спектральной чувствительности в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60904-7 (см. также [11]).

В диапазоне энергетической освещенности, в котором проводятся испытания, эталонный прибор должен иметь линейные характеристики в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60904-10.

Если испытание проводят при естественном солнечном освещении, эталонный прибор должен быть эталонным модулем того же размера и выполненным по той же технологии, что и испытуемый образец.

Примечание - Эталонный прибор считается совпадающим по спектральным характеристикам с испытуемым образцом, если технология изготовления его элементов, конструктивные особенности и герметизация такие же, как у испытуемого образца. В противном случае в протоколе испытаний следует отразить несовпадение спектральных характеристик.

 

c) Средства установки испытуемого образца в соответствии с рекомендациями изготовителя, если необходимо.

d) Двухосевая система слежения, обеспечивающая слежение за солнцем таким образом, чтобы поступающее излучение было перпендикулярно рабочим поверхностям образца и эталонного прибора в пределах угла падения +/- 5°, если испытание проводят при естественном солнечном освещении.

e) Прибор для проверки копланарности рабочих поверхностей эталонного прибора и типичного фотоэлектрического модуля, рядом с которым устанавливают эталонный прибор, в пределах угла +/- 2°.

f) Средства для измерения температуры испытуемого образца и, если необходимо, эталонного прибора с точностью не менее +/- 1 °C и повторяемостью +/- 0,5 °C.

g) Тепловизор средства измерения температуры фотоэлектрических элементов. Разрешение камеры должно позволять фиксировать изменения температуры в пределах одного фотоэлектрического элемента.

h) Средства поддержания температуры испытуемого образца на уровне (25 +/- 2) °C или на уровне выбранного значения температуры для выбора наихудших условий затенения и, если необходимо, средства поддержания температуры эталонного прибора, с точностью +/- 1 °C и повторяемостью +/- 0,5 °C.

i) Средства для измерения температуры окружающей среды с точностью не менее +/- 1 °C и повторяемостью +/- 0,5 °C.

j) Средства затенения фотоэлектрических элементов в испытуемых образцах (набор непрозрачных экранов и т.п.). Требования к средствам затенения определяются технологией изготовления испытуемого образца и для фотоэлектрических модулей, изготовленных по разным технологиям, установлены в соответствующих частях ГОСТ Р 56980.1 (см. также [3]).

k) Прибор для измерения тока.

l) Средства измерения ВАХ испытуемого образца помимо указанных выше.

4.6.5 Испытание фотоэлектрических модулей на основе фотоэлектрических элементов на полупроводниковой пластине

4.6.5.1 Общие положения

Если шунтирующие диоды можно удалить, фотоэлектрические элементы с шунтирующими повреждениями могут быть выявлены приложением к фотоэлектрической цепочке обратного смещения и регистрацией с помощью тепловизора области/областей местного перегрева. Если имеется доступ к электрическим цепям испытуемого образца, токи через затененный фотоэлектрический элемент могут быть измерены непосредственно.

Если у испытуемых образцов шунтирующие диоды не могут быть сняты или отсутствует доступ к электрическим цепям испытуемого образца, применяют неразрушающий метод, основанный на получении семейства ВАХ испытуемого образца при поочередном затенении фотоэлектрических элементов.

На рисунке 5 показан пример итогового семейства ВАХ испытуемого образца. Кривая с наибольшим током утечки в точке включения шунтирующего диода получена при затенении фотоэлектрического элемента с наименьшим шунтирующим сопротивлением. Кривая с наименьшим током утечки в точке включения шунтирующего диода получена при затенении фотоэлектрического элемента с наибольшим шунтирующим сопротивлением.

 

 

Рисунок 5 - Пример ВАХ фотоэлектрического модуля

с полным затенением разных фотоэлектрических элементов

 

4.6.5.2 Проведение испытания

1) Устанавливают все средства защиты испытуемого образца от местного перегрева, рекомендованные изготовителем.

2) Устанавливают средства измерения температуры испытуемого образца (например, см. 4.2.3).

3) Устанавливают испытуемый образец в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Если испытания проводят при естественном солнечном освещении, устанавливают испытуемый образец и эталонный прибор на двухосевой системе слежения таким образом, чтобы рабочие поверхности испытуемого образца и эталонного прибора были копланарны.

4) Устанавливают и подключают измерительные приборы.

5) Если необходимо, устанавливают требуемое значение температуры испытуемого образца.

При проведении испытания с использованием импульсного имитатора солнечного излучения температура испытуемого образца должна составлять (25 +/- 5) °C. При проведении испытания с использованием имитатора солнечного излучения непрерывного действия и при естественном солнечном освещении достаточно поддерживать выбранное значение температуры испытуемого образца с отклонением в пределах +/- 5 °C.

В течение всего времени проведения испытаний температура испытуемых образцов должна оставаться на указанном уровне.

6) После того как температура испытуемого образца стабилизировалась, измеряют ВАХ испытуемого образца при выбранном значении энергетической освещенности в диапазоне от 800 до 1100 Вт/м², определяют максимальную мощность P_max1 и ток испытуемого образца в точке максимальной мощности I_max1.

7) По очереди полностью затеняют все фотоэлектрические элементы, измеряют ВАХ и получают итоговое семейство кривых подобно приведенным на рисунке 5.

Примечание - Для последовательно-параллельного соединения фотоэлектрических элементов, защищаемых одним шунтирующим диодом, искажение ВАХ испытуемого образца добавляется к частичной ВАХ полностью освещенной цепочки и, таким образом, начинается не от значения напряжения холостого хода.

 

8) Выбирают ближайший к краю фотоэлектрический элемент с наименьшим шунтирующим сопротивлением, т.е. тот, у которого наблюдается наибольший ток утечки.

9) Выбирают еще два фотоэлектрических элемента с наименьшим шунтирующим сопротивлением, т.е. с наибольшими токами утечки (в дополнение к выбранному на этапе 8).

10) Выбирают фотоэлектрический элемент с наибольшим шунтирующим сопротивлением (с наименьшими токами утечки).

11) Для каждого из выбранных на этапах 8 - 10 фотоэлектрических элементов определяют наихудшие условия затенения (условия наибольшего нагрева) при помощи одного из следующих способов:

a) если имеется доступ к электрическим цепям испытуемого образца, закорачивают его выводы и присоединяют средства измерения тока таким образом, чтобы измерялся только ток цепочки с выбранными фотоэлектрическими элементами. Освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности от 800 до 1100 Вт/м². Изменяя затенение фотоэлектрического элемента, определяют тот уровень затенения, при котором ток через затененный элемент равен току незатененного состояния I_max1, определенного на этапе 1. Такое затенение является наихудшим условием затенения для этого фотоэлектрического элемента;

b) если доступ к электрическим цепям испытуемого образца невозможен, освещая рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности от 800 до 1100 Вт/м², снимают семейство ВАХ фотоэлектрического модуля с разным уровнем затенения фотоэлектрического элемента, например приведенные на рисунке 6. Определяют условия наихудшего затенения этого элемента, которое возникает, когда ток через затененный фотоэлектрический элемент равен току испытуемого образца в точке максимальной мощности в незатененном состоянии I_max1, определенном на этапе 6 (точка, в которой происходит включение шунтирующего диода), кривая c) на рисунке 6;

 

 

Рисунок 6 - Пример ВАХ фотоэлектрического модуля

при различных уровнях затенения элемента

 

c) освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности от 800 до 1000 Вт/м². Выполняют 100%-ное затенение фотоэлектрического элемента и измеряют его температуру. Уменьшают затенение на 10%. Если температура снижается, то 100%-ное затенение является наихудшими условиями затенения. Если температура растет или остается той же, продолжают уменьшать затенение с шагом 10% до того момента, когда температура начнет снижаться. Возвращаются на шаг назад и принимают предыдущий уровень затенения в качестве наихудшего варианта затенения;

d) для фотоэлектрических модулей с последовательно-параллельным соединением фотоэлектрических элементов:

- если при полном затенении выбранного фотоэлектрического элемента шунтирующий диод не включается, наихудшим вариантом местного перегрева является полное затенение элемента;

- если при полном затенении выбранного фотоэлектрического элемента шунтирующий диод включается, то определяют состояние наихудшего затенения по способу b) или c).

e) Для фотоэлектрического элемента, выбранного на этапе 8, закорачивают выводы испытуемого образца, полностью затеняют фотоэлектрический элемент и определяют наиболее горячую область с помощью тепловизора. Эта область является наихудшим вариантом затенения. Если возможно, убеждаются, что наиболее горячая область расположена в освещенной зоне во время длительного воздействия освещением на этапе 14.

12) Закорачивают выводы испытуемого образца, если это не было сделано ранее. Затеняют каждый из выбранных фотоэлектрических элементов по наихудшему варианту, определенному на этапе 11.

13) Устанавливают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C.

14) Освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м² в течение одного часа, сохраняя условия наихудшего затенения каждого из выбранных фотоэлектрических элементов и непрерывно контролируя их температуру с помощью тепловизора. Если по прошествии одного часа температура затененного элемента все еще возрастает, продолжают освещать испытуемый образец в течение пяти часов.

В течение всего времени воздействия освещением поддерживают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C.

Фиксируют выбранные фотоэлектрические элементы, максимальную установившуюся температуру фотоэлектрического элемента и область с максимальной температурой в протоколе испытаний.

4.6.6 Испытания тонкопленочных фотоэлектрических модулей

4.6.6.1 Общие положения

Испытания на стойкость к местному перегреву выполняют при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м².

Примечание - Обычно в электрические цепи тонкопленочных фотоэлектрических модулей с последовательным соединением фотоэлектрических элементов шунтирующие диоды не устанавливаются. Поэтому обратное напряжение затененных элементов неограниченно и напряжение модуля может вызвать обратное смещение на группе элементов.

 

На электрические характеристики тонкопленочных фотоэлектрических модулей может отрицательно повлиять даже кратковременное затенение. Следует уделить особое внимание тому, чтобы эффекты, вызванные созданием наихудших условий затенения и проведением испытания, были четко разделены. С этой целью определяют три значения максимальной мощности испытуемого образца P_max1, P_max2 и P_max3.

4.6.6.2 Последовательное соединение фотоэлектрических элементов

Общие положения

На рисунке 7 показан пример влияния на ВАХ тонкопленочного фотоэлектрического модуля с последовательным соединением фотоэлектрических элементов полного затенения разного количества фотоэлектрических элементов. Мощность, рассеиваемая в затененных элементах, равна произведению тока фотоэлектрического модуля на напряжение, падающее на группе затененных элементов. При всех уровнях энергетической освещенности наибольшая мощность рассеивается, когда напряжение группы затененных элементов равно напряжению, образующемуся на остальных освещенных элементах фотоэлектрического модуля (условие наихудшего затенения). В этом случае ток короткого замыкания затененного модуля равен току точки максимальной мощности незатененного модуля.

 

 

Примечание - В этом примере состоянием с наихудшим затенением является одновременное затенение четырех элементов.

 

Рисунок 7 - Пример ВАХ тонкопленочного модуля

с последовательным соединением фотоэлектрических

элементов при затенении разного количества элементов

 

Проведение испытания

1) Устанавливают все средства защиты испытуемого образца от местного перегрева, рекомендованные изготовителем.

2) Устанавливают средства измерения температуры испытуемого образца (например, см. 4.2.3).

3) Устанавливают испытуемый образец в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Если испытания проводят при естественном солнечном освещении, устанавливают испытуемый образец и эталонный прибор на двухосевой системе слежения таким образом, чтобы рабочие поверхности испытуемого образца и эталонного прибора были копланарны.

4) Устанавливают и подключают измерительные приборы.

5) Если необходимо, устанавливают требуемое значение температуры испытуемого образца.

При проведении испытания с использованием импульсного имитатора солнечного излучения температура испытуемого образца должна составлять (25 +/- 5) °C. При проведении испытания с использованием имитатора солнечного излучения непрерывного действия и при естественном солнечном освещении достаточно поддерживать выбранное значение температуры испытуемого образца с отклонением в пределах +/- 5 °C.

В течение всего времени проведения испытаний температура испытуемых образцов должна оставаться на указанном уровне.

6) После того как температура испытуемого образца стабилизировалась, измеряют ВАХ испытуемого образца при выбранном значении энергетической освещенности в диапазоне от 800 до 1100 Вт/м² и определяют максимальную мощность P_max1 и ток испытуемого образца в точке максимальной мощности I_max1, диапазон тока в точке максимальной мощности (I_min < I < I_max), где I_max - ток незатененного испытуемого образца в точке максимальной мощности и I_min = 0,95 I_max.

7) Закорачивают выводы испытуемого образца и измеряют ток короткого замыкания испытуемого образца.

8) Начиная с одного края испытуемого образца, при помощи непрозрачного экрана полностью затеняют один фотоэлектрический элемент. Перемещая экран параллельно элементам, увеличивают затененную область (количество затененных элементов) до тех пор, пока ток короткого замыкания не попадет в диапазон тока при максимальной мощности незатененного испытуемого образца (см. этап 6). В этом случае в выделенной группе элементов рассеивается наибольшая мощность (см. рисунок 7).

Обрезают непрозрачный экран до экспериментально найденного размера.

9) Медленно перемещают непрозрачный экран поперек испытуемого образца и регистрируют ток короткого замыкания. Если в некотором положении экрана ток короткого замыкания оказывается вне диапазона тока максимальной мощности незатененного испытуемого образца, определенного на этапе 7, небольшими шагами постепенно уменьшают площадь экрана до тех пор, пока ток короткого замыкания снова не окажется в диапазоне тока максимальной мощности незатененного испытуемого образца. В процессе этих измерений энергетическая освещенность не должна меняться более чем на +/- 2%.

Окончательная ширина экрана определяет минимальную площадь затенения, создающего условия наихудшего затенения.

10) Удаляют экран и осматривают испытуемый образец.

Примечание - Функционирование элементов при обратном смещении в измерениях на этапах 8 и 9 может вызвать повреждение переходов и появление видимых пятен, разбросанных по поверхности испытуемого образца. Эти дефекты могут привести к снижению максимальной мощности.

 

11) Повторяют измерение ВАХ испытуемого образца и определяют максимальную мощность P_max2.

12) Помещают экран, размер которого определен на этапе 9, на предполагаемую область условий наихудшего затенения на поверхности испытуемого образца и закорачивают выводы испытуемого образца.

13) Устанавливают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C и освещают его рабочую поверхность при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м².

Если испытание проводят не при естественном солнечном освещении, для освещения следует использовать имитатор солнечного излучения непрерывного действия.

Регистрируют значение тока короткого замыкания и при необходимости регулируют положение экрана так, чтобы испытуемый образец находился в состоянии рассеяния наибольшей мощности, т.е. чтобы ток короткого замыкания испытуемого образца находился в диапазоне тока в точке максимальной мощности незатененного испытуемого образца.

14) Освещают рабочую поверхность испытуемого образца в течение одного часа.

При этом регистрируют значение тока короткого замыкания испытуемого образца и при необходимости регулируют положение экрана так, чтобы ток короткого замыкания испытуемого образца оставался в диапазоне тока в точке максимальной мощности незатененного испытуемого образца.

15) Определяют наиболее горячую область на затененных элементах и ее температуру с помощью тепловизора.

Фиксируют полученную температуру, нахождение наиболее горячей области на испытуемом образце и ее размеры в протоколе испытаний.

4.6.6.3 Последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических элементов

Последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических элементов с недоступными электрическими цепями и внутренней защитой от обратного смещения

Испытание проводят следующим образом.

1) Устанавливают все средства защиты испытуемого образца от местного перегрева, рекомендованные изготовителем.

2) Устанавливают средства измерения температуры испытуемого образца (например, см. 4.2.3).

3) Устанавливают испытуемый образец в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Если испытания проводят при естественном солнечном освещении, устанавливают испытуемый образец и эталонный прибор на двухосевой системе слежения таким образом, чтобы рабочие поверхности испытуемого образца и эталонного прибора были копланарны.

4) Устанавливают и подключают измерительные приборы.

5) Если необходимо, устанавливают требуемое значение температуры испытуемого образца.

При проведении испытания с использованием импульсного имитатора солнечного излучения температура испытуемого образца должна составлять (25 +/- 5) °C. При проведении испытания с использованием имитатора солнечного излучения непрерывного действия и при естественном солнечном освещении достаточно поддерживать выбранное значение температуры испытуемого образца с отклонением в пределах +/- 5 °C.

В течение всего времени проведения испытаний температура испытуемых образцов должна оставаться на указанном уровне.

6) После того как температура испытуемого образца стабилизировалась, измеряют ВАХ испытуемого образца и определяют максимальную мощность P_max1 и ток испытуемого образца в точке максимальной мощности I_max1.

7) По очереди полностью затеняют все фотоэлектрические элементы, измеряют ВАХ и получают итоговое семейство кривых.

Примечание - Для последовательно-параллельного соединения фотоэлектрических элементов, защищаемых одним шунтирующим диодом, искажение ВАХ испытуемого образца добавляется к частичной ВАХ полностью освещенной цепочки и, таким образом, начинается не от значения напряжения холостого хода.

 

8) Выбирают ближайший к краю фотоэлектрический элемент с наименьшим шунтирующим сопротивлением, т.е. тот, у которого наблюдается наибольший ток утечки.

9) Выбирают еще два фотоэлектрических элемента с наименьшим шунтирующим сопротивлением, т.е. с наибольшими токами утечки (в дополнение к выбранному на этапе 8).

10) Выбирают фотоэлектрический элемент с наибольшим шунтирующим сопротивлением (с наименьшими токами утечки).

11) Для каждого из выбранных на этапах 8 - 10 фотоэлектрических элементов определяют наихудшие условия затенения при помощи одного из следующих способов:

a) освещая рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности от 800 до 1100 Вт/м², снимают семейство ВАХ фотоэлектрического модуля с разным уровнем затенения фотоэлектрического элемента, например приведенные на рисунке 8. Определяют условия наихудшего затенения этого элемента, которые возникают, когда ток через затененный фотоэлектрический элемент совпадает с током испытуемого образца в точке максимальной мощности в незатененном состоянии I_max1, определенном на этапе 6 (точка, в которой происходит включение шунтирующего диода), кривая c) на рисунке 6;

 

 

Рисунок 8 - Пример ВАХ фотоэлектрического модуля

с шунтирующими диодами при разном уровне затенения

выбранного фотоэлектрического элемента

(около графиков показан уровень затенения,

которому соответствует данная ВАХ, в %)

 

b) освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности от 800 до 1000 Вт/м². Выполняют 100%-ное затенение фотоэлектрического элемента и измеряют его температуру. Уменьшают затенение на 10%. Если температура снижается, то 100%-ное затенение является наихудшими условиями затенения. Если температура растет или остается той же, уменьшают затенение с шагом 10% до того момента, когда температура начнет снижаться. Возвращаются на шаг назад и принимают предыдущий уровень затенения в качестве наихудшего варианта затенения.

12) Полностью затеняют фотоэлектрический элемент, выбранный на этапе 8, и с помощью тепловизора определяют наиболее горячую область фотоэлектрического элемента.

Затеняют элемент таким образом, чтобы создать для него условия наихудшего затенения, определенные на этапе 11.

Закорачивают выводы испытуемого образца.

Если возможно, убеждаются, что наиболее горячая область расположена в освещенной зоне.

13) Устанавливают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C.

14) Освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м² в течение одного часа, сохраняя условия наихудшего затенения фотоэлектрического элемента и непрерывно контролируя его температуру с помощью тепловизора. Если по прошествии одного часа температура затененного элемента все еще возрастает, продолжают освещать испытуемый образец в течение пяти часов.

В течение всего времени воздействия освещением поддерживают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C.

Определяют наиболее горячую область затененного элемента с помощью тепловизора.

15) Повторяют этапы 12 - 14 для двух фотоэлектрических элементов, выбранных на этапе 9.

16) Повторяют этапы 12 - 14 для фотоэлектрического элемента, выбранного на этапе 10.

Последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических элементов с недоступными электрическими цепями без внутренней защиты от обратного смещения

Испытание проводят следующим образом.

1) Устанавливают все средства защиты испытуемого образца от местного перегрева, рекомендованные изготовителем.

2) Устанавливают средства измерения температуры испытуемого образца (например, см. 4.2.3).

3) Устанавливают испытуемый образец в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Если испытания проводят при естественном солнечном освещении, устанавливают испытуемый образец и эталонный прибор на двухосевой системе слежения таким образом, чтобы рабочие поверхности испытуемого образца и эталонного прибора были копланарны.

4) Устанавливают и подключают измерительные приборы.

5) Если необходимо, устанавливают требуемое значение температуры испытуемого образца.

При проведении испытания с использованием импульсного имитатора солнечного излучения температура испытуемого образца должна составлять (25 +/- 5) °C. При проведении испытания с использованием имитатора солнечного излучения непрерывного действия и при естественном солнечном освещении достаточно поддерживать выбранное значение температуры испытуемого образца с отклонением в пределах +/- 5 °C.

В течение всего времени проведения испытаний температура испытуемых образцов должна оставаться на указанном уровне.

6) После того как температура испытуемого образца стабилизировалась, измеряют ВАХ испытуемого образца при выбранном значении энергетической освещенности в диапазоне от 800 до 1100 Вт/м² и определяют максимальную мощность P_max1 и ток испытуемого образца в точке максимальной мощности I_max1, диапазон тока в точке максимальной мощности (I_min < I < I_max), где I_max - ток незатененного испытуемого образца в точке максимальной мощности и I_min = 0,95 I_max.

7) Определяют диапазон прикладываемого тока максимальной мощности I(^*):

 

, (3)

 

где p - количество параллельных цепочек в испытуемом образце (см. 4.6.3).

8) Закорачивают выводы испытуемого образца и измеряют ток короткого замыкания испытуемого образца.

9) Начиная с одного края испытуемого образца, при помощи непрозрачного экрана полностью затеняют один фотоэлектрический элемент. Перемещая экран параллельно элементам, увеличивают затененную область (количество затененных элементов) до тех пор, пока ток короткого замыкания не попадет в диапазон тока при максимальной мощности незатененного испытуемого образца I(^*). При этих условиях затенения в выделенной группе элементов рассеивается наибольшая мощность.

Отрезают непрозрачный экран до экспериментально найденного размера.

10) Медленно перемещают непрозрачный экран поперек испытуемого образца и регистрируют ток короткого замыкания. Если при некотором положении экрана ток короткого замыкания оказывается вне диапазона тока максимальной мощности I(^*) незатененного испытуемого образца, отрезая от экрана куски размером в один элемент, уменьшают площадь экрана до тех пор, пока ток короткого замыкания снова не окажется в диапазоне тока максимальной мощности I(^*). В процессе этих измерений энергетическая освещенность не должна меняться более чем на +/- 2%.

11) Повторяют измерение ВАХ испытуемого образца и определяют максимальную мощность P_max2.

12) Помещают экран, размер которого определен на этапе 10, на предполагаемую область условий наихудшего затенения на поверхности испытуемого образца и закорачивают выводы испытуемого образца.

13) Устанавливают температуру испытуемого образца на уровне (55 +/- 15) °C и освещают его рабочую поверхность при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м².

Если испытание проводят не при естественном солнечном освещении, для освещения следует использовать имитатор солнечного излучения непрерывного действия.

Регистрируют значение тока короткого замыкания и при необходимости регулируют положение экрана так, чтобы испытуемый образец находился в состоянии рассеяния наибольшей мощности, т.е. чтобы ток короткого замыкания испытуемого образца находился в диапазоне тока в точке максимальной мощности незатененного испытуемого образца I(^*).

14) Освещают рабочую поверхность испытуемого образца в течение одного часа.

При этом регистрируют значение тока короткого замыкания испытуемого образца и при необходимости регулируют положение экрана так, чтобы ток короткого замыкания испытуемого образца оставался в диапазоне тока в точке максимальной мощности незатененного испытуемого образца I(^*).

15) Определяют наиболее горячую область на затененных элементах и ее температуру с помощью тепловизора.

Фиксируют полученную температуру, положение наиболее горячей области на испытуемом образце и ее размеры в протоколе испытаний.

Параллельно-последовательное соединение фотоэлектрических элементов

Испытание проводят следующим образом:

1) Устанавливают все средства защиты испытуемого образца от местного перегрева, рекомендованные изготовителем.

2) Устанавливают средства измерения температуры испытуемого образца (например, см. 4.2.3).

3) Устанавливают испытуемый образец в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Если испытания проводят при естественном солнечном освещении, устанавливают испытуемый образец и эталонный прибор на двухосевой системе слежения таким образом, чтобы рабочие поверхности испытуемого образца и эталонного прибора были копланарны.

4) Устанавливают и подключают измерительные приборы.

5) Если необходимо, устанавливают требуемое значение температуры испытуемого образца.

При проведении испытания с использованием импульсного имитатора солнечного излучения температура испытуемого образца должна составлять (25 +/- 5) °C. При проведении испытания с использованием имитатора солнечного излучения непрерывного действия и при естественном солнечном освещении достаточно поддерживать выбранное значение температуры испытуемого образца с отклонением в пределах +/- 5 °C.

В течение всего времени проведения испытаний температура испытуемых образцов должна оставаться на указанном уровне.

6) После того как температура испытуемого образца стабилизировалась, измеряют ВАХ испытуемого образца при выбранном значении энергетической освещенности в диапазоне от 800 до 1100 Вт/м² и определяют максимальную мощность P_max1.

2) Освещают рабочую поверхность испытуемого образца при энергетической освещенности (1000 +/- 100) Вт/м².

3) Закорачивают выводы испытуемого образца и затеняют произвольным образом не менее 10% каждой группы параллельно соединенных фотоэлектрических элементов (см. рисунок 3). Увеличивают затененную площадь группы, пока по показаниям тепловизора не будет достигнута максимальная температура.

Размер и положение затенения, при котором достигнута максимальная температура, соответствуют условиям наихудшего затенения.

4) Повторяют измерение ВАХ испытуемого образца и определяют максимальную мощность P_max2.

5) В условиях наихудшего затенения освещают рабочую поверхность испытуемого образца с энергетической освещенностью (1000 +/- 100) Вт/м² в течение одного часа.

6) Определяют наиболее горячую область затененных элементов с помощью тепловизора.

4.6.7 Заключительные испытания

Для оценки изменения состояния испытанного образца проводят следующие испытания:

- визуальный контроль по 4.1;

- измерение ВАХ и определение максимальной мощности по 4.2 (4.2.3 или 4.2.4);

- определение сопротивления изоляции по 4.3;

- испытание изоляции на влагостойкость по 4.12.

Все повреждения, полученные при определении состояния наихудшего затенения, следует зафиксировать в протоколе испытаний.

4.6.8 Оценка результатов испытаний

Испытанные образцы считают выдержавшими испытания, если:

- отсутствуют видимые функциональные повреждения, указанные в ГОСТ Р 56980.1, раздел 8, особенно плавление пайки, повреждение герметизации, отслоения и признаки прогара. При наличии серьезных повреждений, которые не подпадают под определение видимых функциональных повреждений в соответствии с ГОСТ Р 56980.1, раздел 8, повторяют испытания с двумя дополнительными фотоэлектрическими элементами того же испытуемого образца. При отсутствии видимых функциональных повреждений вокруг этих двух элементов испытуемый образец считают выдержавшим испытания;

- испытанный образец сохраняет электрические характеристики работоспособного фотоэлектрического модуля. На результаты данного испытания не распространяются требования к предельно допустимой потере мощности, указанные в ГОСТ Р 56980.1, 7.2.2;

- сопротивление изоляции отвечает требованиям 4.3.6;

- сопротивление изоляции, измеренное при проведении испытания изоляции на влагостойкость, отвечает требованиям 4.12.5.