Comprensión básica de las pruebas estándar IEC para paneles fotovoltaicos solares

- Jun 18, 2020-

Fuente: incompliancemag


Basic Understanding Of IEC Standard Testing For Photovoltaic Panels


La industria fotovoltaica (PV) ha experimentado una transformación increíblemente rápida después del año 2000 como resultado de extraordinarios avances tecnológicos, desde el nivel de material hasta la fabricación de módulos a gran escala.

Dado que se espera que la industria fotovoltaica crezca de manera consistente en los próximos años, dos cuestiones principales están captando la atención entre los operadores del mercado:

1. ¿Qué constituye un módulo de "buena calidad"?

2. ¿Qué tan "fiable" será en el campo?

Ambos, por ahora, siguen sin respuesta de una manera integral.

Las normas fotovoltaicas de rendimiento descritas en este artículo, a saber, IEC 61215 (Ed. 2 – 2005) e IEC 61646
(Ed.2 – 2008), establecer secuencias de prueba específicas, condiciones y requisitos para la calificación de diseño de un módulo fotovoltaico.

Se considera que la calificación de diseño representa la capacidad de rendimiento del módulo fotovoltaico bajo exposición prolongada a climas estándar (definido en IEC 60721-2-1). Además, hay varias otras normas (IEC 61730-1, IEC 61730-2
y UL1703) que abordan las cualificaciones de seguridad para un módulo, pero esta área se abordará en un artículo futuro.

En el campo de la certificación, la calificación del diseño se basa en las pruebas de tipo de acuerdo con IEC, EN u otras normas nacionales.

Vale la pena señalar la inapropiación de términos como "certificación IEC", o "certificado IEC", así como la publicidad utilizando el logotipo IEC en lugar del logotipo del organismo de certificación que publicó la certificación. IEC no es un organismo de certificación; es el acrónimo del Comité Electrotécnico Internacional, una organización internacional de normalización.

Cuando las pruebas de tipo se combinan con inspecciones periódicas de fábrica por parte de un organismo de certificación, esto constituye la base de los certificados expedidos por dicho organismo de certificación (por lo tanto, llevando su marca/logotipo particular).

Esto puede constituir, en cierta medida, un criterio estándar para la "calidad básica". Sin embargo, el término "calidad" es demasiado genérico y a menudo se utiliza mal si sólo se basa en la conformidad de la CEI.

Otra faceta sensible de la "calidad" es la "fiabilidad" del módulo, una de las principales preocupaciones para los contratistas/inversores fotovoltaicos.

La fiabilidad no está definida ni cubierta por las normas IEC existentes. La falta de estándares de fiabilidad se debe en parte al hecho de que, hasta la fecha, no hay suficientes datos estadísticos recopilados de los campos fotovoltaicos (incluso las instalaciones fotovoltaicas "más antiguas" todavía tienen que alcanzar su vida útil de 20/25 años según la garantía).

Pero tanto IEC 61215 como IEC 61646 afirman claramente que la fiabilidad no se aborda en ellas, por lo que la calificación de diseño a esos estándares no implica la fiabilidad del módulo fotovoltaico. Por lo tanto, expertos de fabricantes, casas de pruebas y organismos de normalización se están uniendo en un esfuerzo por elaborar la base para un estándar de confiabilidad fotovoltaica. Es de esperar un primer borrador, con suerte en algún momento en un futuro próximo.

La garantía también es un tema digno de mención. Es una práctica común en el mercado vender /comprar módulos fotovoltaicos cubiertos por una garantía de más de 20 años. Se supone que la garantía cubre un funcionamiento seguro (sin riesgos eléctricos, térmicos, mecánicos y de incendio) y un nivel aceptable de rendimiento, es decir, una degradación limitada de la salida de energía (la mayoría declara una pérdida de 1% de Pmax por año).

Una vez aclarado el alcance general de la aplicación y las limitaciones con respecto a la calidad de la norma IEC 61215/61646, a continuación se proporciona una descripción general de las pruebas, destacando las de gran importancia para los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino (c-Si) y película delgada. Mientras que IEC 61215 se ha diseñado sobre la base de un sólido conocimiento de las principales tecnologías de silicio cristalino existentes, IEC 61646 se basó principalmente en la tecnología de silicio amorfo (a-Si). Por lo tanto, tecnologías relativamente nuevas como CIGS, CdTe, etc. que presentan un comportamiento particular y sensibilidad a la exposición a la luz y efectos térmicos requieren un cuidado y consideraciones particulares durante las pruebas.

Las diferencias en las dos normas se señalarán en el texto en cursiva.

Ambas normas exigen que las muestras para las pruebas se tomen aleatoriamente de un lote de producción de acuerdo con la norma IEC 60410.

Los módulos deben fabricarse a partir de materiales y componentes especificados y someterse a los procesos de control de calidad del fabricante. Todas las muestras deben estar completas en cada detalle y suministradas con las instrucciones de montaje/instalación del fabricante.

La Figura 1 describe la naturaleza de las pruebas.

  • El enfoque general de ambas normas puede resumirse en:

  • Definir "defectos visuales importantes."

  • Definir "pasar/fallar" criterios.

  • hacerpruebas inicialesen todas las muestras.

  • Muestras de grupopara sometersesecuencias de prueba.

  • hacerpost tests después de pruebas individualesYsecuencias de prueba(IEC 61215).

  • Realizar pruebas posteriores después de pruebas individualesYluz final remojando después de secuencias de prueba(IEC 61646).

  • Busque "defectos visuales importantes" ycomprobar "pass/fail"Criterios.

 

1004_F1_fig1

Figura 1

Diferentes muestras pasan por diferentes secuencias de prueba en paralelo, como se indica en las figuras 2 y 3.

1004_F1_fig2

Figura 2: Secuencia de prueba de calificación (IEC 61215)


1004_F1_fig3

Figura 3: Secuencia de prueba (IEC 61646)

 

Cinco "defectos visuales principales" se definen en IEC 61215, mientras que hay seis en IEC 61646(en cursiva están las diferencias en IEC 61646):

a) superficies externas rotas, agrietadas o desgarradas, incluyendo superestrates, sustratos, marcos y cajas de conexiones;

b) superficies externas dobladas o desalineadas, incluidos superestrates, sustratos, marcos y cajas de conexiones en la medida en que la instalación y/o el funcionamiento del módulo se vean afectados;

c) una grieta en una célula cuyo propagación podría eliminar más del 10% del área de esa célula del circuito eléctrico del módulo;
c) se vacía o la corrosión visible de cualquiera de las capas de película delgada del circuito activo del módulo, extendiéndose sobre más del 10% de cualquier célula; (IEC 61646)

d) burbujas o delaminaciones que formen un camino continuo entre cualquier parte del circuito eléctrico y el borde del módulo;

e) pérdida de integridad mecánica, en la medida en que la instalación y/o el funcionamiento del módulo se vean afectados;

f) Las marcas de módulo (etiqueta) ya no se adjuntan o la información es ilegible. (IEC 61646)

Junto con 6 criterios operativos de "pasar/fallar":

a) la degradación de la potencia máxima de salida no exceda el límite prescrito después de cada ensayo ni el 8% después de cada secuencia de prueba;
a) después del remojo de luz final, la potencia de salida máxima en STC no es inferior al 90% del valor mínimo especificado por el fabricante. (IEC 61646)

b) ninguna muestra ha exhibido ningún circuito abierto durante las pruebas;

c) no hay evidencia visual de defectos importantes;

d) los requisitos de la prueba de aislamiento se cumplen después de las pruebas;

e) los requisitos de prueba de corriente de fuga húmeda se cumplen al principio y al final de cada secuencia y después de la prueba de calor húmedo;

f) se cumplen los requisitos específicos de las pruebas individuales.

Si dos o más muestras no cumplen cualquiera de estos criterios de prueba, se considera que el diseño no cumple con la calificación. En caso de que una muestra no realice ningún ensayo, otras dos muestras se someterán a la totalidad de la secuencia de ensayo pertinente desde el principio. Si una o ambas de estas nuevas muestras también fallan, se considera que el diseño falla los requisitos de calificación. Si ambas muestras superan la secuencia de prueba, se considera que el diseño cumple los requisitos de calificación.

Nota:Ciertos errores, aunque en una sola muestra, pueden ser un indicador de problemas de diseño graves que requieren análisis de fallas y una revisión del diseño para evitar devoluciones del campo (problema de confiabilidad). En tales casos, el laboratorio debe detener la secuencia de prueba e invitar al fabricante a realizar un análisis detallado de fallos, identificar la causa raíz y poner en marcha las acciones correctivas necesarias antes de enviar las muestras modificadas para su reexaprovisionamiento.

Vale la pena comentar la diferencia en el punto a) entre IEC 61215 e IEC 61646 sobre la degradación de Pmax.

En iec 61215, la degradación de Pmax no será superior al 5% de la Pmax inicial medida al comienzo de cada prueba individual, y no más del 8% después de cada secuencia de prueba.

En IEC 61646 hay dos elementos cruciales:

1. Definición de Pmax mínimo (derivada de la Pmax marcada a t(%) en la etiqueta de calificación, donde t(%) indica la tolerancia a la producción).

2. Todas las muestras deberán someterse a un remojo ligero y deberán mostrar un Pmax final a 0,9 x (Pmax – t(%)).

En otras palabras, IEC 61646 abandona el criterio de degradación de Pmax después de las pruebas individuales (-5%) y las secuencias de prueba (-8%) utilizado en IEC 61215, y en su lugar se basa en la comprobación de la degradación de Pmax con referencia a la potencia nominal después de que todas las pruebas se han completado y las muestras empapadas en la luz.

Otra diferencia es que IEC 61215 requiere que todas las muestras estén "pre-condicionadas" exponiéndolas (de circuito abierto) a un total de 5,5 kWh/m2.

No hay ningún requisito en IEC 61646 con el propósito de evitar los efectos específicos que el preacondicionamiento puede tener en diferentes tecnologías de película delgada. Algunas tecnologías de película delgada son más sensibles a la degradación inducida por la luz, mientras que otras son más sensibles a los efectos de calor oscuro. Por lo tanto, las pruebas iniciales-post serían un enfoque inhomogéneo para evaluar los cambios a través de las secuencias de prueba. En su lugar, IEC 61646 requiere un remojo de luz final en todas las muestras después de las secuencias ambientales y para la muestra de control, y medir el Pmax final para juzgar si la degradación es aceptable con referencia al valor mínimo nominal de Pmax.

A continuación se presenta una breve descripción de las pruebas.(Las diferencias en IEC 61646 se señalarán en cursiva.)

Inspección visual: suele ser una comprobación de diagnóstico.
El propósito es detectar cualquiera de los "principales defectos visuales" definidos anteriormente mediante la comprobación del módulo en un área bien iluminada (1000 lux).

Se repite varias veces a lo largo de todas las secuencias de prueba y se lleva a cabo más que cualquier otra prueba.

Potencia máxima (Pmax): suele ser un parámetro de rendimiento.
También se realiza varias veces antes y después de las diversas pruebas ambientales. Se puede realizar ya sea con un simulador de sol o al aire libre.

Aunque la norma ofrece la posibilidad de realizar la prueba para un rango de temperaturas celulares (25 oC a 50 oC) y niveles de irradiación (700 W/m2 a 1.100 W/m2), es una práctica común entre los laboratorios fotovoltaicos realizarla en las denominadas condiciones de prueba estándar (STC). Por definición, el STC corresponde a: 1000 W/m2, 25oC de temperatura celular, con una irradiancia espectral solar de referencia llamada Air Mass 1.5 (AM1.5), tal como se define en IEC 60904-3.

La mayoría de los laboratorios utilizan pruebas en interiores con simuladores solares que tienen un espectro lo más cercano posible a la AM1.5. Las características y desviaciones del simulador solar del estándar AM1.5 se pueden clasificar según IEC 60904-9. Muchos proveedores de simuladores solares ofrecen sistemas clasificados con la calificación más alta posible: AAA, donde la primera letra indica la calidad del espectro, la segunda letra; la uniformidad de la irradiación en el área de ensayo y la tercera letra; la estabilidad temporal de la irradiancia. La clasificación de los simuladores solares se puede encontrar en IEC 60904-9:2007.

Nota:Las autodeclaraciones de los proveedores no constituyen necesariamente pruebas de trazabilidad de la medición
Escala fotovoltaica mundial.

Una medición correcta y trazable de Pmax a la Escala Foto fotovoltaica mundial es de importancia crítica. No sólo es uno de los criterios de aprobación/fallo, sino que los valores medidos también pueden ser utilizados por los usuarios finales como indicador de rendimiento para evaluaciones de rendimiento de potencia.

Ambos estándares establecen varios requisitos de precisión para la medición de la temperatura, voltaje, corriente e irradiancia.

Es importante tener en cuenta que la repetibilidad necesaria para la medición de potencia en IEC 61215 es de sólo un 1%.

No se menciona tal requisito en iec 61646, probablemente debido a los conocidos problemas de "inestabilidad" y "repetibilidad" de las diferentes tecnologías de película delgada. En su lugar, IEC 61646 tiene una recomendación general:

"Se debe hacer todo lo posible para asegurar que las mediciones de potencia máxima se realicen en condiciones de funcionamiento similares, es decir, minimizar la magnitud de la corrección realizando todas las mediciones de potencia máxima en un módulo en particular a aproximadamente la misma temperatura e irradiancia."

Otro factor importante que contribuye a la precisión de la medición de Pmax, especialmente para película delgada, es el desajuste espectral entre las células de referencia utilizadas por el laboratorio y la tecnología específica sometida a prueba.

Resistencia de aislamiento: es una prueba de seguridad eléctrica.
El propósito es determinar si un módulo tiene un aislamiento eléctrico suficiente entre sus piezas portadoras de corriente y el marco (o el mundo exterior). Un probador de resistencia dieléctrica se utiliza para aplicar una fuente de voltaje de CC de hasta 1000 V más el doble de la tensión máxima del sistema. Después de la prueba, no habrá avería, ni seguimiento de la superficie. Para módulos con un área superior a 0,1 m2, la resistencia no será inferior a 40 M s por cada metro cuadrado.

Prueba de corriente de fuga húmeda: es una prueba de seguridad eléctrica, también.
El propósito es evaluar el aislamiento del módulo contra la penetración de humedad en condiciones de funcionamiento húmedo (lluvia, niebla, rocío, nieve derretida), para evitar la corrosión, falla de tierra y por lo tanto peligro de descarga eléctrica.

El módulo se sumerge en un tanque poco profundo a una profundidad que cubre todas las superficies, excepto las entradas de cable de cajas de conexiones no diseñadas para la inmersión (inferior a IPX7). Se aplica una tensión de prueba entre los conectores de salida corto y la solución de baño de agua hasta la tensión máxima del sistema del módulo durante 2 minutos.

La resistencia de aislamiento no será inferior a 40 M s por cada metro cuadrado para módulos con un área superior a 0,1 m2.

Es fundamental saber que los conectores de acoplamiento deben sumergirse en la solución durante la prueba y esto donde un diseño de conector defectuoso puede ser la causa de un resultado de FAIL importante.

Nota:El fallo de la prueba de corriente de fuga húmeda debido a conectores defectuosos no es un evento raro, y como tal, definitivamente representa un peligro real para los operadores en el campo. No existe un conector fotovoltaico de direccionamiento estándar IEC, pero existe una norma europea armonizada (EN 50521). Los conectores certificados según LA EN 50521 han sido sometidos a pruebas severas, incluyendo Ciclos Térmicos (200) y Calor Húmedo (1000 hrs), y se pueden utilizar como criterio para seleccionar proveedores. Sin embargo, la prueba con el módulo tendrá la última palabra. Vigilar de cerca los conectores suministrados con las cajas de conexiones es una tarea delicada para los fabricantes de módulos fotovoltaicos. El cambio "fácil" de los proveedores de conectores con un diseño diferente puede representar un riesgo importante para la prueba de corriente de fuga húmeda.

La prueba de corriente de fuga húmeda se clasifica como una de las fallas más recurrentes durante la calificación fotovoltaica en los laboratorios de pruebas. Cuando el error no se debe a un problema del conector (como se mencionó anteriormente), lo más probable es que el fallo ocurra después de la prueba de calor húmedo y/o la prueba de congelación de humedad para los módulos que tienen problemas con los procesos de laminación y sellado de borde durante la producción.

Coeficientes de temperatura: es un parámetro de rendimiento.
El propósito es determinar los coeficientes de temperatura de la corriente de cortocircuito Isc ( ) , tensión de circuito abierto Voc (o)
y la potencia máxima (Pmax) a partir de las mediciones del módulo. Los coeficientes así determinados sólo son válidos en la irradiancia en la que se realizaron las mediciones (es decir, a 1000 W/m2para la mayoría de los laboratorios que utilizan el simulador solar).

Para los módulos con linealidad conocida en un cierto rango de irradiancia según IEC 60891, los coeficientes calculados pueden considerarse válidos en ese rango de irradiación.

IEC 61646 es más "cauteloso" y hace una nota adicional con respecto a los módulos de película delgada, cuyos coeficientes de temperatura pueden depender de la irradiación y la historia térmica del módulo... Pero desde un punto de vista de prueba, el cuadro de prueba del coeficiente de temperatura simplemente se coloca debajo de la primera secuencia de prueba a la izquierda (fig. 3). La "irradiación e historia térmica" de esa muestra consiste simplemente en el "viaje" que se necesitó para llegar al laboratorio, de las condiciones ambientales en las que se almacenó, de las pruebas iniciales y, finalmente, de la prueba de exposición al aire libre (60 kWh/m2).

Se utilizan dos métodos para la medición con simuladores solares:

1. durante el calentamiento del módulo o

2. enfriamiento del módulo;

a lo largo de un intervalo de 30oC (por ejemplo,25 oC – 55 oC), y en cada intervalo de 5 oC, el simulador de sol toma una medida de I-V (Isc, Voc, Pmax no se reflejan, sino medidos durante el barrido I-V) incluyendo Isc, Voc y Pmax.

Los valores de Isc, Voc y Pmax se trazan como funciones de temperatura para cada conjunto de datos. Los coeficientes , , y - se calculan a partir de las pendientes de las líneas rectas de menor ajuste para las tres funciones trazadas

Dado un cierto nivel de irradiancia, cabe señalar que los números (para Voc) y los (para Pmax) son los dos más sensibles a los cambios de temperatura. Ambos tienen el signo "-", lo que indica que El Voc y el Pmax disminuyen con el aumento de la temperatura, mientras que el signo "+" tiene el signo "+", aunque mucho más pequeño que el valor de . Los tres coeficientes se pueden expresar como porcentajes relativos dividiendo los valores calculados por Isc, Voc y Pmax a 25oC (1000 W/m2).

Los coeficientes de temperatura son parámetros de rendimiento utilizados a menudo por los usuarios finales para simular el rendimiento energético de los módulos en climas cálidos. Hay que recordar que son válidos a 1000 W/m2nivel de irradiancia utilizado en el laboratorio a menos que se haya demostrado la linealidad del módulo a diferentes niveles de irradiancia.

Temperatura nominal de la celda de funcionamiento (NOCT): es un parámetro de rendimiento.
NOCT se define para un módulo montado en rack abierto en el siguiente entorno de referencia estándar:

  • ángulo de inclinación: 45o desde la horizontal

  • irradiancia total: 800 W/m2

  • temperatura ambiente: 20oC

  • velocidad del viento: 1 m/s

  • sin carga eléctrica: circuito abierto

NOCT puede ser utilizado por el diseñador del sistema como una guía para la temperatura a la que un módulo funcionará en el campo y por lo tanto es un parámetro útil al comparar el rendimiento de diferentes diseños de módulos. Sin embargo, el
La temperatura de funcionamiento real depende directamente de la estructura de montaje, irradiancia, velocidad del viento, temperatura ambiente, reflejos y emisiones del suelo y objetos cercanos, etc.

El llamado "método primario" para determinar NOCT es un método de medición al aire libre utilizado por IEC 61215 e IEC 61646, y es universalmente aplicable a todos los módulos fotovoltaicos. En el caso de módulos no diseñados para el montaje en rack abierto, el método primario puede utilizarse para determinar la temperatura media de unión de celda solar de equilibrio, con el módulo montado según lo recomendado por el fabricante.

La configuración de la prueba requiere registro y selección de datos para irradiancia (pironameter), temperatura ambiente (sensores de temperatura), temperatura celular (termopares conectados en la parte posterior del módulo correspondiente a las dos células centrales), velocidad del viento (sensor de velocidad) y dirección del viento (sensor de dirección). Todas estas cantidades se incluirán en determinados intervalos para ser aceptables para el cálculo de NOCT.

Para el cálculo del NOCT final se utiliza un conjunto mínimo de 10 puntos de datos aceptables tomados antes y después del "mediodía solar".

Exposición al aire libre: es una prueba de irradiación.
El propósito es una evaluación preliminar de la capacidad del módulo para soportar la exposición a condiciones al aire libre. Sin embargo, sólo implica la exposición para un total de 60 kWh/m2que es un período bastante corto de tiempo para hacer cualquier juicio sobre la vida útil del módulo.

Por otro lado, esta prueba puede ser un indicador útil de posibles problemas que podrían no ser detectados por las otras pruebas de laboratorio.

IEC 61215 requiere la degradación de la potencia máxima (Pmax) para no exceder el 5% del valor inicial.
IEC 61646 requiere que la potencia máxima (Pmax) no sea inferior a la marcada "Pmax – t%".

Mientras que los módulos c-Si pre-acondicionados según IEC 61215 (5,5 kWh/m2) no muestran una crítica con esta prueba, ciertas tecnologías de película delgada podrían experimentar más problemas. La razón puede explicarse con el hecho de que en LA IEC 61646, la Pmax medida después de 60 kWh/m2 de exposición debe ser mayor que la marcada "Pmax – t% por el fabricante. Esta muestra se encuentra bajo la primera secuencia de prueba, donde la única "historia" son las pruebas iniciales y la exposición al aire libre para un total de 60 kWh/m2 en diversas condiciones climáticas durante 24 horas dependiendo de la ubicación del laboratorio. Un sólido conocimiento de la tecnología sometida a prueba por el fabricante en términos de degradación inducida por la luz, sensibilidad al calor, humedad, etc. es esencial para determinar correctamente la Pmax nominal y pasar la prueba.

Resistencia en punto caliente: es una prueba térmica/diagnóstica.
El propósito es determinar la capacidad del módulo para soportar el calentamiento localizado causado por células agrietadas, no coincidentes, fallas de interconexión, sombra parcial o suciedad.

El calentamiento del punto caliente se produce cuando la corriente de funcionamiento del módulo supera la corriente de cortocircuito reducida de una célula(s) defectuosa (o sombreada). Esto forzará a las células a una condición de sesgo inverso cuando se convierte en una carga que disipa el calor. Los fenómenos serios de puntos calientes pueden ser tan dramáticos como las quemaduras directas de todas las capas, agrietamiento o incluso rotura del vidrio. Es importante tener en cuenta que incluso en condiciones de punto caliente menos graves, con la intervención del diodo de derivación, una parte (también conocida como una cadena) del módulo se excluye causando así una caída sensible en la salida de potencia del módulo.

El enfoque para simular condiciones realistas de puntos calientes de la cláusula 10.9 pertinente en la IEC 61215 se está debatiendo constantemente.

Es bien aceptado por los principales laboratorios de pruebas que la versión actual del método hot-spot no representa, ni es capaz de representar una situación real de punto caliente. En el TC82 de la CEI se ha redactado un método mejorado de puntos calientes y se espera que se convierta en normativo con los 3Rdedición de IEC 61215 en 2010. Algunos laboratorios de pruebas han decidido utilizar ya el método mejorado.

En un futuro artículo se proporcionarán más información y detalles.

Aunque las estadísticas de tasa de fallas en diferentes laboratorios pueden diferir, hot-spot todavía parece estar entre los 5 fallos más frecuentes para los módulos c-Si y de película delgada.

Diodo de derivación: es una prueba térmica.
El diodo de derivación es un aspecto muy importante del diseño del módulo. Es un componente crítico que determina el comportamiento térmico del módulo en condiciones de punto caliente y, por lo tanto, también afecta directamente a la fiabilidad en el campo.

El método de ensayo requiere la fijación de un termopar al cuerpo del diodo, calentando el módulo hasta 75 oC a 5 oC y aplicando una corriente igual a la corriente de cortocircuito Isc medida a STC durante 1 hora.

La temperatura de cada cuerpo de diodo de derivación se mide (Tcase) y la temperatura de unión (Tj) se calcula
utilizando una fórmula utilizando las especificaciones proporcionadas por el fabricante del diodo (RTHjc - constante proporcionada por el fabricante de diodos en relación con Tj con Tcase, por lo general un parámetro de diseño, y UD - voltaje de diodo, ID - corriente de diodo).

A continuación, la corriente se incrementa a 1,25 veces la corriente de cortocircuito del módulo Isc medida en STC durante otra hora manteniendo la temperatura del módulo a la misma temperatura.

El diodo seguirá en funcionamiento.

Las fallas de las pruebas de diodos de derivación todavía se producen con una cierta frecuencia causada por la sobrebalar por el fabricante del diodo o por una configuración eléctrica incorrecta con respecto al Isc del módulo por parte del fabricante del módulo.

En la mayoría de los casos, los diodos de derivación se suministran como componentes incorporados en la caja de conexiones de todo el subensamblaje (caja de conexiones + cable + conector). Por lo tanto, es de vital importancia asegurarse de que este pequeño componente se comprueba de cerca durante los controles de mercancías entrantes por el fabricante del módulo.

Preacondicionamiento UV: es una prueba de irradiación.
El propósito es identificar materiales que son susceptibles a la degradación ultravioleta (UV) antes de que se realicen el ciclo térmico y se realicen pruebas de congelación de humedad.

IEC 61215 requiere someter el módulo a una irradiación UV total de 15 kWh/m2en las regiones (UVA + UVB)
(280 nm – 400 nm), con al menos 5 kWh/m2, es decir, 33% en la región UVB (280 nm – 320 nm), manteniendo el módulo a 60 oC a 5 oC.
(IEC 61646 requiere una porción UVB de 3% a 10% de la irradiación UV total). Este requisito se ha armonizado también para la CEI 61215 mediante una hoja de decisión de la CTL n. 733 en el marco del esquema DEEE CB.

Un aspecto crítico de la configuración de las cámaras UV es tener sensores UVA y UVB calibrados que garantizan la trazabilidad también a temperaturas de funcionamiento de 60 oC a 5 oC mientras siguen funcionando correctamente durante los largos tiempos de exposición en las cámaras UV calientes.

La muy baja tasa de fallas de la prueba de exposición UV en laboratorios fotovoltaicos se puede explicar con la cantidad relativamente baja de irradiación UV en comparación con las exposiciones reales durante la vida útil del módulo.

Ciclismo térmico TC200 (200 ciclos): es una prueba ambiental.
Esta prueba tiene el propósito de simular tensiones térmicas en los materiales como resultado de los cambios de temperaturas extremas. Con mayor frecuencia, las conexiones soldadas se enfrentan al interior del laminado debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de los diversos materiales encapsulados. Esto puede resultar en fallas en defectos importantes, para la degradación de Pmax, la interrupción del circuito eléctrico, o la prueba de aislamiento.

IEC 61215 requiere la inyección de una corriente dentro del -2% de la corriente medida a potencia máxima (Imp) cuando la temperatura del módulo está por encima de 25 oC.
No hay ninguna inyección de corriente para IEC 61646, sin embargo, la continuidad del circuito eléctrico tiene que ser monitoreada (una pequeña carga resistiva sería suficiente).

El módulo está sujeto a los límites de temperatura de ciclo de –40 oC a 2 oC y +85 oC a 2 oC con el perfil de la Figura 4.

1004_F1_fig4
Figura 4: Prueba de ciclo térmico (IEC 61215)

Las tasas de fallas para TC200 pueden ser tan altas como 30-40%. Si en combinación con Damp Heat, en algunos laboratorios, ambos pueden explicar más del 70% de las fallas totales de los módulos c-Si.

La tasa de fracaso TC200 es menor para la película delgada, pero todavía vale la pena la atención de los fabricantes.

Congelación de humedad: es una prueba ambiental.
El propósito es determinar la capacidad del módulo para soportar los efectos de las altas temperaturas combinadas con la humedad seguida de temperaturas extremadamente bajas.
El módulo se somete a 10 ciclos completos según el perfil armonizado de la Figura 5 (IEC 61646).

1004_F1_fig5
Figura 5: Ciclo de congelación de humedad (IEC 61646)

El requisito de humedad relativa RH - 85 % - 5% se aplica sólo a 85 oC.

Después de esta prueba, el módulo se permite descansar entre 2 y 4 horas antes de la inspección visual, se mide la potencia de salida máxima y la resistencia de aislamiento.

Las tasas de error de esta prueba se mantienen en el rango de 10-20%.

Robustez de las terminaciones: es una prueba mecánica.
Para determinar la robustez de las terminaciones del módulo, que pueden ser cables, cables voladores, tornillos o en la mayoría de los casos, conectores fotovoltaicos (tipo C). Las terminaciones se someten a una prueba de esfuerzo que simula el montaje y manejo normal a través de varios ciclos y niveles de resistencia a la tracción y pruebas de flexión y par como se hace referencia en otro estándar, IEC 60068-2-21.

Humedad-calor DH1000 (1000 horas): es una prueba ambiental.
El objetivo es determinar la capacidad del módulo para soportar la exposición a largo plazo a la penetración de la humedad mediante la aplicación de 85 oC a 2 oC con una humedad relativa del 85 % a 5 % durante 1000 horas.

DH1000 es el más "maligno" y en la lista superior de tasas de fallas en algunos laboratorios que representan hasta 40-50% de las fallas totales para los módulos c-Si. Se pueden observar tasas de fallas similares para DH1000 también con película delgada.

La gravedad de esta prueba desafía particularmente el proceso de laminación y el sellado del borde de la humedad. Se pueden observar desaaminaciones importantes y corrosión de las piezas celulares como resultado de la penetración de la humedad. Incluso en caso de que no se detecten defectos importantes después de DH1000, el módulo se ha estresado hasta el punto de que se convierte en "frágil" para la prueba de carga mecánica posterior.

Prueba de carga mecánica
Esta prueba de carga es investigar la capacidad del módulo para soportar cargas de viento, nieve, estáticas o hielo.

La carga mecánica viene después de Damp Heat y por lo tanto se realiza en una muestra que ha sufrido una fuerte tensión ambiental.

El aspecto más crítico de esta prueba está relacionado con el montaje del módulo según las instrucciones de montaje del fabricante, es decir, utilizando los puntos de fijación previstos del módulo en la estructura de montaje con la interseperla prevista entre estos puntos, y utilizando los accesorios de montaje adecuados, si los hubiera (tuerca, pernos, abrazaderas, etc.).

Ciertos casos de módulos de película delgada de gran superficie y sin marco son de gran preocupación con respecto a las condiciones anteriores.

Si no se tiene cuidado con respecto al montaje adecuado, uno permanece con la pregunta de si el fallo fue causado debido a problemas estructurales o debido a una técnica de montaje inadecuada.

Otro aspecto a tener en cuenta es la uniformidad de la carga aplicada sobre la superficie del módulo. Las normas exigen que la carga se aplique "de manera gradual y uniforme" sin especificar cómo comprobar la uniformidad.

Se aplica 2.400 Pa (lo que equivale a una presión de viento de 130 km/hora) durante 1 hora en cada cara del módulo.

Si el módulo va a ser calificado para soportar fuertes acumulaciones de nieve y hielo, la carga aplicada a la parte delantera del módulo durante el último ciclo de esta prueba se incrementa de 2.400 Pa a 5.400 Pa.

Al final no habrá defectos visuales importantes, no se detectará ningún circuito abierto intermitente durante el ensayo. También Pmax (solo para IEC 61215) y la resistencia al aislamiento se comprueban después de esta prueba.

Impacto de granizo: es una prueba mecánica.
Para verificar que el módulo es capaz de soportar el impacto de las piedras de granizo que se encuentran a una temperatura de -4 oC. El equipo de prueba es un lanzador único capaz de propulsar varios pesos de bolas de hielo a las velocidades especificadas con el fin de golpear el módulo en 11 ubicaciones de impacto especificadas +/- 10 mm variación de distancia. (Tabla 1)

1004_F1_table1
Tabla 1

El tiempo entre la retirada de la bola de hielo del contenedor de almacenamiento en frío y el impacto en el módulo no excederá de 60 s.

Es una práctica bastante común utilizar bolas de hielo de 25 mm/7.53 g.

Una vez más, después de la prueba se debe comprobar si hay algún defecto importante causado por las piedras de granizo y también Pmax (para IEC 61215 solamente) y se comprueba la resistencia de aislamiento.

Las estadísticas de laboratorio muestran tasas de fracaso muy bajas para esta prueba.

Remojo de luz: irradiancia(solo aplicable a la película delgada IEC 61646)
Este es un pasaje crítico para el veredicto final de aprobación/fallo de los módulos de película delgada. El objetivo es estabilizar las características eléctricas de los módulos de película delgada mediante una exposición prolongada a la irradiación una vez que se hayan completado todas las pruebas antes de comprobar Pmax con el valor mínimo marcado por el fabricante.

La prueba se puede realizar bajo la luz natural del sol o bajo el simulador solar de estado estacionario.

Los módulos, en condiciones de carga resistiva, se colocan bajo una irradiancia entre 600 – 1000 W/m2 dentro de un rango de temperatura de 50 oC a 10 oC hasta que se produce la estabilización, que es cuando se producen las mediciones de Pmax de dos períodos consecutivos de exposición de al menos 43 kWh/m hasta que se produce la estabilización, que es cuando se producen las mediciones de Pmax de dos períodos consecutivos de exposición de al menos 43 kWh/m2cada uno cumplió la condición (Pmax – Pmin)/P (promedio)<>

Por último, una nota con respecto a la Guía de retest de IECEE. Curiosamente, no está bien definido lo que se puede considerar como "cambio en la tecnología celular" para la película delgada, dejando así una gran área gris de diferentes interpretaciones y enfoques en los casos en que se podría afirmar una "mejora de la tecnología y la eficiencia", "mejora de la estabilización" o "aumento de la producción de energía". ¿Son estos casos de "cambio en la tecnología celular" y, en caso afirmativo, en qué medida y qué pruebas deben repetirse? A medida que se lee hoy en día, la Guía de reeprueba deja un camino para extender certificaciones anteriores subiendo en potencia (>10%) simplemente repitiendo la prueba de punto caliente.

Nota 2 de las citas de la Guía de reexa prueba "... La prueba final de remojo de luz 10.19 es obligatoria para todas las muestras de prueba," pero en la práctica a menudo es ignorada por los laboratorios de prueba con el resultado de extender sensiblemente mayor potencia sin poner a prueba el aspecto principal de la tecnología de película delgada: la estabilización de potencia.

En resumen, las pruebas descritas en este artículo fueron determinadas por la IEC como los requisitos mínimos para las pruebas de rendimiento, pero como se indicó al principio, también se debe cumplir con los requisitos de diseño y prueba de seguridad en
IEC 61730-1 e IEC 61730-2. A medida que los fabricantes se esfuerzan por ser más competitivos en el mercado, la mayoría está trabajando con un organismo de certificación para demostrar que su módulo ha sido sometido a un programa de prueba imparcial e imparcial. Si se producen cambios durante el nuevo diseño o en sus procesos de producción, los organismos de certificación utilizan la directriz de reevaluación del esquema CEI-CB "armonizado" para determinar qué pruebas repetir antes de ampliar las certificaciones anteriores. Con respecto a la fiabilidad, algunos están llegando a llevar a cabo una extensión de los programas combinados de pruebas de confiabilidad en interiores y exteriores superiores a un año.

El Sr. Regan Arndt es el gerente y certificador técnico de América del Norte para el equipo fotovoltaico de la empresa de gestión de la empresa, ubicado en Fremont, CA. Se graduó de Ingeniería Electrónica en el Southern Alberta Institute of Technology (SAIT) en Calgary, Alberta, Canadá y tiene más de 15 años de experiencia en pruebas y certificación en las áreas de Fotovoltaica, Equipos de Tecnología de la Información, Telecomunicaciones y Equipos Eléctricos para Medición, Control y Uso de Laboratorio. Regan obtuvo formación formal para diseño fotovoltaico y pruebas en el Departamento de Energías Renovables de la Academia China de Beijing. Se le puede contactar en rarndt tuvam.com.

El doctor Ing. Robert es el director global de Photovoltacs en TUV SUD. Es doctor en Ingeniería Electrónica por el Politécnico de Turín(Universidad Politécnica de Turín), Italia y máster en Gestión De Empresas Internacionales por CEIBS – Shanghai, China. Tiene 15 años de experiencia en pruebas y certificación de una variedad de productos eléctricos incluyendo fotovoltaica. También actúa como Especialista Senior de Productos fotovoltaicos dentro del grupo T-V S-D, tiene el estatus de Certificador Técnico para PV, y es auditor autorizado para las evaluaciones de laboratorio ISO IEC 17025.