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

4.15 Испытания шунтирующих/блокирующих диодов

4.15.1 Испытание шунтирующих/блокирующих диодов на термостойкость

4.15.1.1 Назначение

Испытание предназначено для проверки теплового расчета испытуемого фотоэлектрического модуля и надежности работы шунтирующих/блокирующих диодов, установленных в фотоэлектрическом модуле, при высокой температуре, возникающей в процессе выполнения ими защитных функций.

Испытание предназначено для оценки температурных характеристик диодов и максимальной температуры перехода диода T_пер при непрерывной работе.

Если в испытуемых образцах шунтирующие/блокирующие диоды не предусмотрены, данное испытание не проводят.

4.15.1.2 Образец для испытаний

Если шунтирующие/блокирующие диоды в испытуемом образце недоступны, для испытаний может быть необходимо изготовление специального замещающего образца. Этот образец должен быть изготовлен таким образом, чтобы обеспечить при испытаниях те же температурные условия вокруг диодов, что и в обычном испытуемом образце, и не обязательно должен быть рабочим модулем.

Замещающий образец должен отличаться от испытуемых образцов только тем, что изготовителем присоединены все необходимые измерительные провода и установлены необходимые датчики в соответствии с указанными ниже требованиями или обеспечен доступ к диодам для осуществления подключения и установки датчиков в испытательной лаборатории, если такой доступ не нарушит температурные условия вокруг диодов.

Примечание - Присоединение измерительных проводов и установка датчиков на замещающем образце могут быть выполнены не изготовителем испытуемых фотоэлектрических модулей, если будут полностью соблюдены требования настоящего пункта.

Замещающий образец должен обеспечивать возможность измерять во время испытаний температуру той части шунтирующих/блокирующих диодов, тепловое сопротивление между которой и переходом диода указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода (как правило, это корпус диода и тепловое сопротивление переход-корпус). Также замещающий образец должен обеспечивать возможность устанавливать перемычки или переключатели, если они требуются.

Если измерение температуры шунтирующего/блокирующего диода будет проводиться с помощью датчика температуры, провода датчика температуры должны иметь малую теплоемкость и быть подключены таким образом, чтобы как можно меньше влиять на диод и его тепловое окружение. Датчик температуры может быть установлен на соответствующей части шунтирующего/блокирующего диода при изготовлении замещающего образца.

Этот замещающий образец должен использоваться только для испытаний шунтирующих/блокирующих диодов на термостойкость и не должен принимать участие во всех остальных испытаниях.

Замещающий образец допускается использовать только для оценки температурных характеристик диодов и максимальной температуры перехода диода T_пер при непрерывной работе (4.15.1.3, этапы 1 - 14), этап 15 в этом случае выполняют не с замещающим образцом, а с отдельным испытуемым образцом, предварительно подключив все необходимые приборы и т.д. Этот же испытуемый образец используют при заключительных испытаниях (см. 4.15.1.5).

4.15.1.3 Испытательное оборудование

a) Испытательная камера с регулируемой температурой с приспособлениями для установки испытуемых образцов (если они предусмотрены в комплектации камеры). Камера должна обеспечивать нагрев испытуемого образца до температуры (90 +/- 5) °C и поддержание его температуры на одном уровне в интервале от (30 +/- 2) °C до (90 +/- 2) °C (см. 4.15.1.4, этапы 8 - 11).

b) Приспособления для установки испытуемых образцов в испытательной камере, обеспечивающие беспрепятственную циркуляцию окружающего воздуха, если они не поставляются вместе с испытательной камерой. Теплопроводность стоек и креплений должна быть настолько низкой, чтобы с практической точки зрения испытуемые образцы могли бы рассматриваться как теплоизолированные.

c) Средства измерения и регистрации температуры испытуемого образца с точностью не менее +/- 2 °C и повторяемостью +/- 0,5 °C.

d) Средства измерения и регистрации температуры диодов, если они не установлены/поставляются изготовителем или не установлены при изготовлении замещающего образца, если необходимо. Следует принять меры по минимизации возможного изменения каких-либо характеристик шунтирующих диодов или путей теплоотвода при установке средств измерения температуры. Если измерение температуры диодов будет проводиться с помощью датчика температуры, провода датчика температуры должны иметь малую теплоемкость и быть подключены таким образом, чтобы как можно меньше влиять на диод и его тепловое окружение.

Примечания

1 Под температурой диода имеется в виду температура той части диода, тепловое сопротивление между которой и переходом указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода (как правило, это корпус диода).

2 Для измерения и регистрации температуры шунтирующих/блокирующих диодов можно использовать тепловизор.

e) Импульсный источник питания, обеспечивающий подачу тока не менее чем в 1,25 раза превышающего ток короткого замыкания испытуемого фотоэлектрического модуля при СУИ, с шириной импульса не более 1 мс.

f) Средства измерения и регистрации тока испытуемого образца с точностью не менее +/- 0,5% от тока короткого замыкания.

g) Средства измерения напряжения диодов с точностью не менее 2% от измеряемой величины.

4.15.1.4 Проведение испытания

Во время испытаний образец не должен подвергаться освещению.

1) Замыкают все блокирующие диоды, если они установлены в испытуемом образце.

2) Устанавливают провода для подключения средств измерения прямого напряжения U_пр и прямого тока I_пр у каждого шунтирующего диода или каждого одновременно испытуемого диода (см. этап 6), как показано на рисунке 13a) и, если необходимо, всех одновременно испытуемых шунтирующих диодов таким образом, чтобы выполнялось условие этапа 6.

Примечание - На замещающем образце эти провода устанавливают при изготовлении замещающего образца.

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

Рисунок 13 - Схемы подключения проводов для измерения

постоянного прямого напряжения и постоянного прямого

тока шунтирующего и блокирующего диодов

Следует принять меры для предотвращения теплового рассеяния от клеммной колодки, которое может привести к неверной интерпретации результатов испытаний.

3) Устанавливают датчики измерения температуры испытуемого образца.

Если будет проводиться измерение температуры шунтирующих диодов с помощью датчика температуры и они не установлены изготовителем или при изготовлении замещающего образца, устанавливают датчик температуры на все шунтирующие диоды или на все одновременно испытуемые диоды. Провода датчиков температуры должны быть подключены таким образом, чтобы как можно меньше влиять на диод и его тепловое окружение.

Примечание - Датчики устанавливают на ту часть шунтирующего диода, тепловое сопротивление между которой и переходом указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода (как правило, это корпус диода).

4) Помещают испытуемый образец в испытательную камеру или устанавливают средства нагрева испытуемого образца.

5) Подключают приборы для измерения температуры испытуемого образца и, если необходимо, температуры шунтирующих диодов.

6) Подключают положительный выход источника питания тока к отрицательным выводам испытуемого образца и отрицательный выход источника питания к положительным выводам испытуемого образца с использованием проводов минимального сечения из рекомендованного изготовителем диапазона. При такой схеме соединений ток будет протекать через фотоэлектрические элементы в обратном направлении, а через диод - в прямом. Вводы в коммутационную коробку должны быть выполнены в соответствии с рекомендациями изготовителя, после чего она должна быть закрыта.

Во время испытаний через каждый шунтирующий диод, участвующий в испытаниях, должен протекать ток, равный току, подаваемому на испытуемый образец. Если в испытуемом образце установлено несколько шунтирующих диодов, для обеспечения указанного условия может потребоваться установка перемычки(ек) или переключателя.

Примечание - Как правило, это условие соблюдается, если ток протекает только через один шунтирующий диод.

7) Подключают приборы для измерения тока и напряжения.

8) Нагревают испытуемый образец до температуры (30 +/- 2) °C.

После стабилизации температуры испытуемого образа подают на испытуемый образец импульсный ток, равный току короткого замыкания испытуемого образца при СУИ, с шириной импульса 1 мс и измеряют прямое напряжение шунтирующего диода U_пр1.

Прямой ток испытуемых шунтирующих диодов I_пр равен току, подаваемому на испытуемый образец, т.е. току короткого замыкания испытуемого образца при СУИ: I_пр = I_{к.з СУИ} +/- 2%.

Предполагается, что при этом температура испытуемого фотоэлектрического модуля T_мод равна температуре воздуха внутри коммутационной коробки и температуре корпуса шунтирующего диода T_кор или той части шунтирующего диода, тепловое сопротивление между которой и переходом указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода (как правило, это корпус диода).

9) Повторяют этап 8 для температуры испытуемого образца (50 +/- 2) °C и измеряют U_пр2.

10) Повторяют этап 8 для температуры испытуемого образца (70 +/- 2) °C и измеряют U_пр3.

11) Повторяют этап 8 для температуры испытуемого образца (90 +/- 2) °C и измеряют U_пр4.

12) Нагревают испытуемый образец до температуры (75 +/- 5) °C.

После того как температура испытуемого образца установилась, поддерживая ее на заданном уровне, в течение 1 ч подают на испытуемый образец постоянный ток, равный току короткого замыкания испытуемого образца при СУИ +/- 2%. Через 1 ч измеряют прямое напряжение каждого шунтирующего диода, принимающего участие в испытаниях и, если необходимо, T_кор.

Если в испытуемом образце установлен радиатор теплоотвода для снижения рабочей температуры диода(ов), этот этап можно проводить не при (75 +/- 5) °C, а при температуре, которую достигает радиатор теплоотвода при 1000 Вт/м², температуре окружающей его среды (43 +/- 3) °C и отсутствии ветра.

13) По значениям U_пр1, U_пр2, U_пр3 и U_пр4, используя метод наименьших квадратов, строят зависимость U_пр от T_кор или от температуры той части шунтирующего диода, тепловое сопротивление между которой и переходом указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода.

14) Используя полученную зависимость U_пр от T_кор, определяют значение T_кор по U_пр при температуре окружающей среды T_amb = 75 °C. В первом приближении можно считать, что определенная таким образом температура корпуса диода при T_amb = 75 °C равна температуре перехода.

Для более точной оценки выполняют следующее.

Определяют тепловое сопротивление и максимальную допустимую температуру перехода шунтирующих диодов по сопроводительной документации или типу диодов в справочной литературе, каталогах и т.п.

По измеренной или полученной по графику U_пр = f(T_кор) температуре корпуса диода T_кор при T_amb = 75 °C [либо температуре другой части диодов, тепловое сопротивление которой указано изготовителем или может быть определено по типу диода (см. примечание к этапу 3 и этап 8)], рассчитывают температуру перехода каждого шунтирующего диода, принимающего участие в испытаниях, с помощью следующей формулы:

, (5)

где T_пер - температура перехода диода;

T_кор - измеренная температура корпуса диода;

- указанное изготовителем значение теплового сопротивления переход-корпус;

U_пр - постоянное прямое напряжение диода при I_пр;

I_пр - постоянный прямой ток диода; I_пр равен подаваемому на испытуемый образец току (току короткого замыкания испытуемого образца, измеренному при СУИ +/- 2%).

Примечание - В формуле (4) вместо должно стоять тепловое сопротивление между переходом и другой частью шунтирующего диода, если только оно указано изготовителем вместо в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода, и соответственно температура этой части. Если температуру диода не измеряют, то принимают, что T_мод на этапах 8 - 11 равна температуре этой части диода.

Рассчитанное значение температуры перехода шунтирующего диода не должно превышать значение максимальной допустимой температуры перехода, которое указано изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдено по типу диода. Если это условие выполняется, переходят к следующему этапу испытаний. Если это условие не выполняется, испытания прекращают и испытанный образец считают не выдержавшим испытания.

15) Устанавливают температуру испытуемого образца (75 +/- 5) °C.

Увеличивают подаваемый на испытуемый образец ток до значения, превышающего в 1,25 раза ток короткого замыкания испытуемого образца, измеренный при СУИ. Поддерживают значение тока на указанном уровне и температуру испытуемого образца на уровне (75 +/- 5) °C в течение 1 ч.

16) Если в испытуемом образце установлено несколько шунтирующих диодов и нет возможности испытать все шунтирующие диоды одновременно (см. этап 6), отсоединяют источник питания, устанавливают датчики температуры на следующий(ие) диод(ы), если необходимо и они не были установлены ранее, меняют положение перемычек или переключателя и повторяют этапы 4 - 15 поочередно с каждой группой шунтирующих диодов, которые можно испытать одновременно, или с каждым диодом.

17) Если в испытуемом образце установлены блокирующие диоды, аналогично проводят испытание, выполняя измерения параметров каждого из блокирующих диодов отдельно.

4.15.1.5 Заключительные испытания

Для оценки изменения состояния испытанного образца проводят следующие испытания:

- испытание шунтирующих/блокирующих диодов на работоспособность по 4.15.2;

- визуальный контроль по 4.1;

- испытание изоляции на влагостойкость по 4.15.

4.15.1.6 Оценка результатов испытаний

Испытанные образцы считают выдержавшими испытания, если:

- температура перехода каждого шунтирующего диода не превышает максимальную допустимую температуру перехода диода, которая указана изготовителем в сопроводительной документации или может быть найдена по типу диода;

- шунтирующие диоды сохраняют работоспособность после испытания на работоспособность по 4.15.2;

- отсутствуют видимые функциональные повреждения, указанные в ГОСТ Р 56980.1, раздел 8;

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

4.15.2 Испытание шунтирующих/блокирующих диодов на работоспособность

4.15.2.1 Назначение

Испытание предназначено для проверки работоспособности шунтирующих/блокирующих диодов, установленных в испытуемом фотоэлектрическом модуле.

Если в испытуемых образцах шунтирующие/блокирующие диоды не предусмотрены, данное испытание не проводят.

4.15.2.2 Образец для проведения испытаний

Если в испытуемом образце шунтирующий диод(ы) недоступен(ы) без разрушения испытуемого образца, для испытаний может быть необходимо изготовление специального замещающего образца, требования к которому аналогичны требованиям 4.15.1.2.

4.15.2.3 Испытательное оборудование

a) Источник питания постоянного тока, обеспечивающий подачу тока, не менее чем в 1,25 раза превышающего ток короткого замыкания испытуемого фотоэлектрического модуля при СУИ.

b) Средства измерения и регистрации тока испытуемого образца с точностью не менее +/- 0,5% от тока короткого замыкания.

c) Средства измерения напряжения диодов с точностью не менее 2% от измеряемой величины.

c) Средства измерения температуры окружающей среды.

f) Средства измерения и регистрации температуры шунтирующих диодов, если они не установлены/поставляются изготовителем или не установлены при изготовлении замещающего образца, если необходимо. Следует принять меры по минимизации возможного изменения каких-либо характеристик шунтирующих диодов или путей теплоотвода при установке средств измерения температуры. Если измерение температуры шунтирующего диода будет проводиться с помощью датчика температуры, провода датчика температуры должны иметь малую теплоемкость и быть подключены таким образом, чтобы как можно меньше влиять на диод и его тепловое окружение.

Примечания

2 Для измерения и регистрации температуры шунтирующих/блокирующих диодов можно использовать тепловизор.

g) Средства измерения ВАХ за 1 с для проведения испытаний по методу B, с точностью измерения напряжения и тока не менее 1% от измеряемой величины.

4.15.2.4 Проведение испытания

Испытание выполняют по одному из следующих двух методов.

Метод A

Испытание проводят при температуре окружающей среды (25 +/- 10) °C. В процессе испытаний образец не должен подвергаться освещению.

1) Замыкают все блокирующие диоды, если они установлены в испытуемом образце.

2) Подключают положительный выход источника питания постоянного тока к отрицательным выводам испытуемого образца и отрицательный выход источника питания постоянного тока к положительным выводам испытуемого образца с использованием проводов минимального сечения из рекомендованного изготовителем диапазона. При такой схеме соединений ток будет протекать через фотоэлектрические элементы в обратном направлении, а через диод - в прямом. Вводы в коммутационную коробку должны быть выполнены в соответствии с рекомендациями изготовителя, после чего она должна быть закрыта.

Примечание - Как правило, это условие соблюдается, если ток протекает только через один шунтирующий диод.

3) Подключают приборы для измерения тока и напряжения.

4) Подают на испытуемый образец постоянный ток, постепенно увеличивая его значение от 0 до значения, в 1,25 раза превышающего ток короткого замыкания испытанного образца при СУИ.

Фиксируют напряжение в протоколе испытаний.

5) Если в испытуемом образце установлено несколько шунтирующих диодов и нет возможности испытать все шунтирующие диоды одновременно (см. этап 2), при выключенном источнике питания меняют положение перемычек или переключателя и повторяют этапы 2 - 4 поочередно с каждой группой шунтирующих диодов, которые можно испытать одновременно, или с каждым диодом.

6) Если в испытуемом образце установлены блокирующие диоды, аналогично проводят испытание блокирующих диодов, определяя U_пр для каждого отдельного диода.

Метод B

Подключают измерительные приборы, устанавливают испытуемый образец и подключают его к источнику питания, как указано в 4.15.2.4, в том числе подключают средства измерения ВАХ.

Полностью затеняют один или несколько фотоэлектрических элементов какой-либо части испытуемого образца, защищенной одним шунтирующим диодом, и добиваются таким образом включения диода. При включенном диоде, когда ток, протекающий через диод, равен току, протекающему в испытуемом образце, измеряют ВАХ и определяют максимальную мощность испытуемого образца по 4.2, 4.2.3 или 4.2.4 при энергетической освещенности, близкой к СУИ. Повторяют затенение и измерение ВАХ для каждой части испытуемого образца, защищенной одним шунтирующим диодом.

ВАХ измеряют, когда, как минимум, затеняют один фотоэлектрический элемент в цепочке при последовательном соединении фотоэлектрических элементов, одну группу фотоэлектрических элементов при параллельно-последовательном соединении фотоэлектрических элементов, по одному фотоэлектрическому элементу в каждой цепочке при последовательно-параллельном соединении фотоэлектрических элементов (основные типы соединений фотоэлектрических элементов, защищаемых одним шунтирующим диодом в фотоэлектрических модулях, см. в 4.6.3).

4.15.2.5 Оценка результатов испытаний

Испытанные образцы считают выдержавшими испытания, если:

- у образцов, испытанных по методу A, измеренное прямое напряжение одного шунтирующего диода U_пр или нескольких одновременно испытанных диодов находится в пределах:

U_пр = (N·U_пр.ном) +/- 10%, (6)

где N - количество одновременно испытанных шунтирующих диодов, для которых измерено напряжение U_пр;

U_пр.ном - прямое напряжение диода при 25 °C, определенное по паспортным данным диода.

Для блокирующих диодов оценку результата проводят для каждого диода отдельно;

- у образцов, испытанных по методу B, на ВАХ испытуемого образца, измеренной при затенении, наблюдается характерный изгиб. Например, в фотоэлектрическом модуле из кристаллического кремния с 60 фотоэлектрическими элементами, последовательно соединенными в три цепочки, каждая из которых защищена одним шунтирующим диодом, шунтирующие диоды работоспособны, если при затенении фотоэлектрических элементов одной цепочки наблюдается снижение максимальной мощности испытуемого образца примерно на 1/3 от ее значения без затенения.