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關(guān)于光伏薄膜組件雙85濕熱試驗等效加速的討論

安科瑞電氣測試中心 

高楊  江蘇江陰  214405                             

摘要：

    本文主要介紹什么是雙85試驗，雙85試驗的重要性和優(yōu)缺點，并通過引入加速試驗及加速因子，探討雙85試驗的等效加速。

關(guān)鍵詞：雙85試驗、加速試驗、加速因子法則

 

0引言

在產(chǎn)品咨詢會上，客戶經(jīng)常會提到以下問題，“貴司的產(chǎn)品使用壽命是多少？”，“貴司有要求取10pcs產(chǎn)品，執(zhí)行85/85要求，1000hrs，是否合理？”等問題，那么我們該如何回答？

 

1 雙85試驗的重要性

雙85高溫高濕試驗是光伏行業(yè)，及太陽能行業(yè)的必備測試項目，用于測試光伏組件，包括單晶硅組件，地面用晶體硅光伏組件，地面用薄膜光伏組件等一系列的光伏組件，在高溫85℃、高濕85%RH環(huán)境下的運行，并可以再現(xiàn)環(huán)境所產(chǎn)生的破壞。

光伏組件(太陽能電池板)的設(shè)計使用年限大約是20～30年，而可靠性中的熱性能試驗是模擬地面用光伏組件的設(shè)計驗證,讓組件能夠在一般氣候下長期操作20年以上，規(guī)范要求組件需進行:Thermal cycle test熱循環(huán)測試(-40℃～+85℃ 50～200次，最長1200h)、Humidity-freeze test濕冷凍測試(85℃、 85%RH～-40℃ 10次，約240h )、Damp Heat濕熱測試 (85℃、 85%RH，1000h)，以確認組件能夠承受高溫高濕之后隨之的負溫度影響,以及對于溫度重復(fù)變化時引起的疲勞和熱失效，另外確定光伏組件曝露在高濕度下而產(chǎn)生的熱應(yīng)力及能夠抵抗?jié)駳忾L期滲透之能力。

 

2 雙85試驗的優(yōu)勢和劣勢

雙85試驗主要用于模擬戶外環(huán)境長期使用后的效果，模擬戶外環(huán)境的加速老化測試，滿足IEC 6164 《地面用薄膜光伏組件的設(shè)計鑒定和定型》和IEC 61215《晶體光伏組件的設(shè)計鑒定和定型》的標準要求。這是雙85試驗的優(yōu)勢也是劣勢。

雙85試驗的主要目的在于評估產(chǎn)品在既定環(huán)境下的使用壽命，耗時太久，且投入大量的金錢，而產(chǎn)品可靠度信息又不能實時獲得并加以改善，導(dǎo)致失去許多商機和競爭力，因此如何在實驗室中以加速試驗的方法，在可接受的試驗時間內(nèi)評估產(chǎn)品的使用壽命，便成為整體可靠度試驗工作中相當重要的一環(huán)，也是可靠性試驗中最具挑戰(zhàn)性的課題。

3 加速試驗的探討

GB/T 2423.50-2012試驗Cy：恒定濕熱，講到了元件的加速試驗，當考慮將該試驗用于其他產(chǎn)品時，重要的是確認失效模式，針對每個失效模式選擇適當?shù)牧踊^程和試驗嚴酷等級。我們可以理解為：加速試驗就是在保持失效機理不變的條件下，通過加大試驗應(yīng)力來縮短試驗周期的一種試驗方法。

 加速試驗的優(yōu)點是：1、較短時間內(nèi)用較少樣品估計高可靠性產(chǎn)品的可靠性水平；2、短時間內(nèi)提供測試結(jié)果，檢驗產(chǎn)品設(shè)計，工藝等改進的效果，同時可以比較不同工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的利弊；3、短時間內(nèi)暴露產(chǎn)品的失效形式，分析失效結(jié)果，了解失效的機理，反饋到設(shè)計制造部門加以糾正，同時可以合理制定篩選條件和測試規(guī)范。缺點是：需根據(jù)實際情況確認加速模型，而環(huán)境越復(fù)雜，加速試驗的準確度越差。

表1是幾種常用的加速試驗方法：

表1 

序號	加速法則	公式
1	10℃法則	AF1=2?(（T2-T1）/10)
2	Arrhenius法則	AF1=exp（（Ea/k）*（1/T1-1/T2））
3	Hallberg-Peck 法則	AF2=（R1/R2)?n
備注：1、AF1是溫度加速因子；Ea是活化能（此為經(jīng)驗值，一般在0.3-1.2ev）       2、AF2是濕度加速因子；n是 濕度的加速率常數(shù)（2-3）       3、k是Boltzmann常數(shù)=8.617×10?-5  ev/°k       4、T1是環(huán)境溫度，T2是實驗溫度,R1是環(huán)境濕度，R2是實驗濕度

以安科瑞公司自建的100kWh的光伏電站為例，在評估電站所用的光伏組件的壽命時，采用10℃法則進行雙85試驗。標準要求：實驗環(huán)境85℃/85%，試驗時間1000h，按加速法則：加速環(huán)境95℃/95%，通過10℃法則可計算溫度加速因子AF1=2,通過Hallberg-Peck法則（n=2）得濕度加速因子AF2=1.25，總加速因子AF=2.5，加速時間400h，試驗時間縮短600小時。各取5片光伏組件按照2種不同的方法進行試驗比對，數(shù)據(jù)見表2：

表2

5pcs樣品 加速對比
試驗要求	23℃/60℃	85℃/85% 1000h后 （1#-5#）	95℃/95% 400h后 6#-10#
試驗結(jié)果	絕緣電阻測試（＞400MΩ合格）	絕緣電阻測試	絕緣電阻測試
	1# 800MΩ	1# 550	6# 300MΩ
	2# 900MΩ	2# 350	7# 350MΩ
	3# 850MΩ	3# 500	8# 450MΩ
	4# 900MΩ	4# 500	9# 300MΩ
	5# 950MΩ	5# 500	10# 500MΩ
	6# 850MΩ	2#絕緣電阻偏小	6#，7#，9#絕緣電阻偏小，
	7# 900MΩ
	8# 900MΩ
	9# 900MΩ
	10# 950MΩ

 

通過試驗結(jié)果數(shù)據(jù)可判定加速試驗是等效的：樣品產(chǎn)生了相同的失效模式。

4 安科瑞試驗中心概況

安科瑞電氣測試中心已通過CNAS中國合格評定國家認可委員會的檢測實驗室認可（證書編號：L7743），實驗室能力項目有：

	測試項目	測試項目
電磁兼容	電氣性能測試	絕緣強度
	射頻電磁場輻射抗擾度試驗	傳導(dǎo)發(fā)射試驗
	浪涌(沖擊)抗擾度試驗	防雷測試
	靜電放電抗擾度	電快速瞬變脈沖群抗擾度
環(huán)境試驗	高/低溫試驗	恒定濕熱試驗
	交變濕熱試驗	鹽霧試驗
	振動	沖擊
材料試驗	灼熱絲	針焰
	漏電起痕	RoHS符合性篩選
可靠性試驗	高加速壽命試驗HALT	高加速應(yīng)力篩選試驗HASS
IP防護	水試驗	沙塵試驗

實驗室設(shè)置“氣候環(huán)境試驗室”，配備有調(diào)溫調(diào)濕箱3臺、大型步入式恒溫恒濕箱1套，以及相應(yīng)輔助測試裝置等，試驗?zāi)芰Ψ秶?50℃～+200℃，0%～100%R.H.能夠滿足各嚴酷等級的氣候環(huán)境試驗要求。該中心致力于為廣大客戶提供摸底測試業(yè)務(wù)，收費標準約為其他檢測機構(gòu)的50%，為廣大客戶提供摸底測試業(yè)務(wù)，且為廣大客戶提供現(xiàn)場整改、技術(shù)支持等服務(wù)，通過摸底性測試，可以有效的發(fā)現(xiàn)異常，提前改進，提升產(chǎn)品委托檢測的通過率，減少企業(yè)費用。

 

5 結(jié)束語

在企業(yè)內(nèi)部試驗過程中，通過了此類等效的加速試驗，對產(chǎn)品進行摸底試驗，將原來1000h的試驗時間縮短了整整600h，在足夠短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，掌握產(chǎn)品的可靠度信息，節(jié)省的時間又為解決問題提供了緩沖。

 

參考文獻

1、GB/T 2423.50-2012 《環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Cy：恒定濕熱 主要用于元件的加速試驗》

2、IEC 61215 《地面用晶體硅光伏組件—設(shè)計鑒定和定型》

3、IEC 61646 《地面用薄膜光伏組件—設(shè)計鑒定和定型》

作者簡介：

  高楊（1990-），女，本科，就職于江蘇安科瑞電器制造有限公司測試中心，致力于于氣候環(huán)境試驗、機械環(huán)境試驗、材料的阻燃耐熱試驗等試驗研究。

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