中国国家标准.docx

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中国国家标准

目錄

節次頁次

1.適用範圍3

2.引用標準3

3.用語及定義4

4.測試程序6

（共44頁）

前言

本標準係依標準法之規定，經國家審查委員會審定，由主管機關公布之中華民國國家標準。

CNS15479:

2011已經修訂，由本標準取代。

依標準法第四條之規定，國家標準採自願性方式實施。

但經各該目的事業主管機關引用全部或部分內容為法規者，從其規定。

本標準並未建議所有安全事項，使用本標準前應適當建立相關維護安全與健康作業，並且遵守相關法規之規定。

本標準之部分內容，可能涉及專利權、商標權與著作權，主管機關及標準專責機關不負責任何或所有此類專利權、商標權與著作權之鑑別。

1適用範圍及目的

本標準系列規定陸上太陽光電模組設計確認和型式認可之要求，以便模組能在IEC60721-2-1定義之一般露天氣候下長期操作。

CNS15114本部分適用結晶矽模組型式、薄膜模組等所有陸上平板模組材料。

本標準不適用於聚光型太陽光模組，即便其可用於低聚光模組（1至3個太陽）。

針對低聚光模組，利用設計聚光度（designconcentration）時預期之電流、電壓及功率等級進行測試。

本測試順序旨在測定模組之電氣及熱性質，並在合理的成本及時間限制下，證明模組能長期曝露在一般開放氣候中。

經此確認之模組實際預期壽命取決於其設計、環境及操作條件。

2引用標準

下列引用標準對於本標準之應用甚為重要。

其中標明日期者，僅所標明之版本適用。

對於無日期者以最新版本適用。

IEC60068-1：

Environmentaltesting-Part1:

Generalandguidance

IEC60068-2-21：

Environmentaltesting-Part2-21:

Tests-TestU:

Robustnessofterminationsandintegralmountingdevices

IEC60068-2-78：

Environmentaltesting-Part2-78:

Tests-TestCab:

Dampheat,steadystate

IEC60721-2-1：

Classificationofenvironmentalconditions-Part2-1:

Environmentalconditionsappearinginnature-Temperatureandhumidity

CNS15600：

太陽光電裝置－量測I-V特性之溫度與照射度修正程序

CNS13059-1：

光電伏打元件－第1部：

光電伏打電流－電壓特性量測

CNS13059-2：

光電伏打元件－第2部：

基準太陽電池之要求

CNS13059-3：

光電伏打元件－第3部：

具光譜照射光參考數據之陸上光電伏打（ＰＶ）太陽元件量測原理

CNS13059-7：

光電伏打元件－第7部：

光太陽光電裝置量測之光譜不匹配修正計算

CNS13059-8：

光電伏打元件－第8部：

太陽光電裝置光譜響應度之量測

CNS13059-9：

光電伏打元件－第9部：

太陽模擬器之性能要求

CNS13059-10：

光電伏打元件－第10部：

線性度量測法

CNS15114-1：

陸上太陽光電模組－設計確認和型式認可－第1部：

測試要求

CNS15113：

太陽光電能源系統─名詞與符號

IEC61853-2：

Photovoltaic（PV）moduleperformancetestingandenergyrating-Part2:

Spectralresponse,incidenceangle,andmoduleoperatingtemperaturemeasurements

ISO868：

Plasticsandebonite-Determinationofindentationhardnessbymeansofadurometer（Shorehardness）

3用語及定義

IEC60050及IECTS61836及以下所示用語及定義適用於本標準。

3.1準確度（量測儀器）（accuracy）

代表量測儀器有能力提供指示值接近被測量真值之品質特性

備考1：

在「真值（truevalue）」方法中使用本用語。

備考2：

指示值越接近相應真值，準確度越好。

[來源：

IEC60050-311:

2001,311-06-08]

3.2控制裝置（controldevice）

用以偵測太陽光模擬器偏移及其他問題之照射度感測器（如基準電池或模組）。

3.3電氣穩定功率輸出等級（electricallystablepoweroutputlevel）

長期曝露於自然陽光、在IEC60721-2-1定義之一般戶外氣候下操作的太陽光電模組狀態。

3.4重複性（量測結果）（repeatability）

在相對較短的間隔時間內，相同量測條件下，即：

–使用相同的量測程序，

–由相同的觀察者進行，

–以相同的量測儀器，

–在相同的條件下使用，

–在相同的實驗室，

同一被測量連續量測結果間之接近程度。

備考1：

「量測程序」

[來源：

IEC60050-311:

2001,311-06-06]

3.5再現性（量測）（reproducibility）

與單次量測期間相比相對較長的間隔時間後，在不同量測條件下，即：

–量測原理，

–量測方法，

–觀察者，

–量測儀器，

–參考標準，

–實驗室，

–在使用不同於慣用儀器之條件下，

同一量值量測結果間之接近程度。

備考1：

「量測原理」及「量測方法」概念分別如VIM2.3及2.4之定義。

備考2：

「再現性」一詞亦適用於僅考慮上述條件中特定條件之情況，唯須加以說明。

[來源：

IEC60050-311:

2001,311-06-07]

4測試程序

4.1目視檢驗（MQT01）

4.1.1目的

偵測模組內任何目視缺陷。

4.1.2程序

在不低於1,000lux之照明下，對每一模組仔細檢驗CNS15114-1定義之情況及觀察項目。

對於任何裂紋、氣泡、脫層等之性質與位置做記錄及/或照相，此等缺陷可能在後續測試中，降低或負面地影響模組性能。

4.1.3要求

不得有CNS15114-1定義之主要目視缺陷。

4.2最大功率測定（MQT02）

4.2.1目的

在各種環境應力測試前／後及穩定後，測定模組之最大功率。

為測定應力測試之功率損失，測試之再現性是非常重要的因素。

4.2.2設備

（a）輻射源（自然陽光或參照CNS13059-9之BBA級或更佳之太陽光模擬器）。

（b）根據CNS13059-2太陽光電參考裝置。

若使用BBA級或更佳之模擬器，則參考裝置應與測試樣品大小一樣，且具有相同電池科技之基準模組，其光譜響應相吻合。

若無法取得此等相符的參考樣品，需改用以下任一種替代方案：

（1）需使用AAA級模擬器，或

（2）須量測模組光譜響應度（參照CNS13059-8）及太陽光模擬器光譜分布，並依CNS13059-7進行模組數據修正。

（c）在與輻射光束垂直之平面上，提供測試樣品及參考裝置安裝之支架。

（d）依CNS13059-1量測I-V曲線之設備。

4.2.3程序

使用自然陽光或符合CNS13059-1所述之BBA級或更佳之模擬器，在特定之照射度及溫度之情況下（建議電池溫度範圍為25℃至50℃之間，且照射範圍為700W/m2及1,100W/m2之間），依CNS13059-9所述來測定模組之電流一電壓特性。

在特殊情況下，若模組是設計在不同範圈之情況下操作，則可使用類似預期之運行條件的溫度和照射度水準來測定電流－電壓特性。

對於線性模組（如CNS13059-10之定義），可根據CNS15600所述做溫度與照射度修正，以比較相同模組在環境試驗前／後之測定結果。

對於非線性模組（如CNS13059-10之定義），必須在規定之照射度的±5%及規定之溫度的±2℃的條件下完成量測。

應努力確保是在相似之情況下做最大功率量測，即是在大約相同之溫度及照射度下以及在特定之模組上實施所有最大功率量測，以使修正之值降至最低。

4.3絕緣測試（MQT03）

4.3.1目的

測定模組帶電部件與可觸及部件間是否有良好之絕緣。

4.3.2設備

（a）具限流功能、可提供500V或1,000V加上模組最大系統電壓兩倍之直流電源（CNS15114-1）。

（b）　能量測絕緣電阻之儀器。

4.3.3測試條件

模組測試需在周圍環境之周圍溫度（見IEC60068-1）與低於75%之相對濕度下進行。

4.3.4程序

（a）將模組輸出接線端短路後接至有限流裝置之直流電壓絕緣測試儀器之正極。

（b）將模組曝露之金屬零件接至測試儀器之負極。

若模組沒有框架或框架是不良之導電體，則用銅箔沿邊緣包覆。

以銅箔包覆模組所有聚合物表面（面板、背板、接線盒）。

將銅箔接至測試儀器之負極。

若模組保持對框架為正電壓，則部分模組技術可能對靜態極化（staticpolarization）較靈敏。

在此情況下，須以相反方式連接測試儀器。

如適用，製造商須提供與靜態極化敏感度有關之資訊。

（c）將測試儀器以不超過500V/s之速率增加絕緣測試儀器電壓至1,000V加上兩倍最大系統電壓（CNS15114-1）。

若最大系統電壓不超過50V，則施加電壓需為500V。

將電壓維持在此位準上1分鐘。

（d）將施加電壓降至零，並將測試設備之接線端短路，以釋出累積在模組內的電壓。

（e）除去短路。

（f）由測試設備以不超過500V/s之速率增加電壓至500V或最大系統電壓，以較大者為準。

將電壓維持在此水準上2分鐘，然後測定絕緣電阻。

（g）將施加電壓降至零並將測試設備之接線端短路，以釋出累積在模組內之電壓。

（h）除去短路並將測試設備與模組斷開。

4.3.5測試要求

（a）在步驟4.3.4（c）中，無絕緣擊穿或表面痕跡。

（b）若模組面積小於0.1m2則絕緣電阻不得低於400MΩ。

（c）若模組面積大於0.1m2則測得的絕緣電阻乘以模組面積不得低於40MΩ·m2。

4.4溫度係數量測（MQT04）

依CNS15600規定測量模組之電流溫度係數（α）、電壓溫度係數（β）及最大功率溫度係數（δ）。

這些係數僅於量測時之照射度下有效。

關於不同照射度位準下，模組溫度係數之評估，可參考CNS13059-10。

備考：

對於符合CNS13059-10之線性模組，在量測時之照射度的±30%內，該溫度係數有效。

4.5標稱模組操作溫度（NMOT）之量測（MQT05）

4.5.1一般要求

太陽光電模組功率與電池溫度有關。

電池溫度主要受周圍溫度、太陽照射度及風速影響。

NMOT之定義為在下列標準參考環境（SRE）中，接近峰值功率操作時，開架式安裝模組之太陽電池之平衡平均接面溫度：

-

傾斜角度：

（37±5）°

-

總照射度：

800W/m2

-

周圍溫度：

20℃

-

風速：

1m/s

電氣負載：

使模組在STC下以接近其最大功率點操作之電阻性負載或電子最大功率點追蹤器（MPPT）。

備考：

NMOT類似先前的NOCT，差別在於是在模組於最大功率時而非開路時量測。

在最大功率情況下，能量（電力）由模組引出，故整個模組的散逸熱能小於開路時之情況。

故NMOT通常比先前的NOCT低幾度。

NMOT可被系統設計者作為模組現場操作之參考溫度，因此，在比較不同模組設計之性能時，其為很有價值之參數。

然而，模組在任何特定時間實際之操作溫度會受到安裝結構、與地面距離、照射度、風速、周圍溫度、大氣溫度、與來自地面和周圍物體之反射與放射之影響。

為了精確之性能預測，上述因素應列入考慮。

對於非開架式安裝之模組，可依製造商建議之方式安裝模組，利用本方法測定SRE時太陽電池之平衡平均接面溫度。

4.5.2原理

本方法在包含SRE的各種環境條件下，收集實際量測之模組溫度數據。

數據是允許以精準且可重複之NMOT內插方式呈現。

太陽電池接面溫度（TJ）主要為周圍溫度（Tamb）、平均風速（v）和入射至模組有效表面之總太陽照射度（G）之函數。

溫度差（TJ-Tamb）與周圍溫度無關，且在照射度400W/m2以上時基本上與照射度成線性關係。

模組溫度之模型為：

係數u0及u1分別表示照射度及風力之影響。

接著依據上述模型公式，代入Tamb=20℃、照射度G為800W/m2、風速v為1m/s，測定TJ之NMOT值。

4.5.3測試程序

應依IEC61853-2之測試方法（測定模組操作溫度之方法），取得計算NMOT的數據。

備考：

本測試得與4.8室外曝露測試同時進行。

4.6在STC及NMOT下之性能（MQT06）

4.6.1目的

在STC（1000W/m2、25℃太陽電池溫度，且具有CNS13059-3之參考太陽光譜照射度分布）及NMOT（在800W/m2照射度、周圍溫度20℃，並具有CNS13059-3之參考太陽光譜照射度分布）之條件下，測定模組隨負載變化之電氣性能。

利用在STC下之量測結果，確認模組銘牌資訊。

4.6.2設備

（a）輻射源（自然陽光或參照CNS13059-9之BBA級或更佳之太陽光模擬器）。

（b）根據CNS13059-2太陽光電參考裝置。

若使用BBA級或更佳之模擬器，則參考裝置應與測試樣品大小一樣，且具有相同電池科技之基準模組，其光譜響應相吻合。

若無法取得此等相符的參考樣品，需改用以下任一種替代方案：

（1）需使用AAA級模擬器，或

（2）須量測模組光譜響應度（參照CNS13059-8）及太陽光模擬器光譜分布，並依CNS13059-7進行模組數據修正。

（c）在與輻射光束垂直之平面上，提供測試樣品及參考裝置安裝之支架。

（d）依CNS13059-1量測I-V曲線之設備。

（f）能改變測試模組之溫度達4.5所測量之NMOT溫度之設備。

4.6.3程序

4.6.3.1在STC下量測（MQT06.1）

根據CNS13059-1，使用自然陽光或符合CNS13059-9之BBA級或較佳之模擬器，將模組維持在（25±2）℃，測量其在（1,000±100）W/m2照射度下（用適當之基準電池所測定）下之電流－電壓特性。

若模組溫度超出（25±2）℃範圍，可利用溫度係數及CNS13059系列與IEC60891修正至25℃。

4.6.3.2在NMOT下量測（MQT06.2）

根據CNS13059-1，使用自然陽光或符合CNS13059-9要求之BBA級或較佳之模擬器將模組均勻加熱至（NMOT±2）℃且測量其（800±80）W/m2照射度（使用適當基準裝置測得）下之電流－電壓特性。

若模組溫度超出（NMOT±2）℃範圍，可利用溫度係數及CNS13059系列與CNS15198修正至NMOT。

在4.6.3.1及4.6.3.2中，若基準電池之光譜與測試模組不匹配，參照CNS13059-7以計算光譜不匹配之修正。

4.7在低照射度下之性能（MQT07）

4.7.1目的

依據CNS13059-1之規定，在25℃、照射度為200W/m2（使用適當基準裝置測得）下自然陽光或符合CNS13059-9要求之BBA級或較佳之模擬器，確定模組隨負載變化之電氣性能。

4.7.2設備

（a）輻射源（自然陽光或參照CNS13059-9之BBA級或更佳之太陽光模擬器）。

（b）能改變照射度至200W/m2而不會影響CNS13059-10內所述之相對光譜照射度分布與空間均勻性之設備。

（c）根據CNS13059-2太陽光電參考裝置。

若使用BBA級或更佳之模擬器，則參考裝置應與測試樣品大小一樣，且具有相同電池科技之基準模組，其光譜響應相吻合。

若無法取得此等相符的參考樣品，需改用以下任一種替代方案：

（1）需使用AAA級模擬器，或

（2）須量測模組光譜響應度（參照CNS13059-8）及太陽光模擬器光譜分布，並依CNS13059-7進行模組數據修正。

（d）在與輻射光束垂直之平面上，提供測試樣品及參考裝置安裝之支架。

（e）能監測測試樣品及基準電池之溫度至±1℃精確度與為±0.5℃之重複性之設備。

（f）依CNS13059-1量測I-V曲線之設備。

4.7.3程序

依據CNS13059-1，在模組溫度（25±2）℃和照射度為（200±20）W/m2（使用適當基準裝置測得並控制）之自然陽光或符合CNS13059-9之BBA級或較佳模擬器，測量模組之電流－電壓特性。

應使用中性濾光器（neutralfilters）或其他不影響光譜照射度分布之技術，降低照射度至特定位準。

（參照CNS13059-10有關降低照射度而不會影響光譜照射度之分布指南。

）

若模組溫度超出（25±2）℃範圍，可利用溫度係數及CNS13059系列與IEC60891修正至25℃。

4.8室外曝露測試（MQT08）

4.8.1目的

對於模組曝露於室外情況下之抵抗力做初步評估，並顯示由實驗室測試所無法偵測出之任何劣化影響。

4.8.2設備

（a）以規定方式支撐測試模組及太陽照射度監測器之開放式架構。

機構之設計須將來自模組之熱傳導降至最低，並盡量減少其前方及後方表面之自由熱輻射。

若模組並非採開架式安裝設計，則須按照製造商之建議安裝模組。

（b）精確度為±5%之太陽照射度監測儀，安裝於距離測試陣列的模組平面0.3m內。

（c）依製造商建議之方法安裝模組，且其應與照射度監測儀在同一個平面上。

（d）使模組以接近其最大功率點操作之電阻性負載，或電子最大功率點追蹤器（MPPT）。

4.8.3程序

（a）測試模組須以與當地緯度正交±5°之方式放置。

在測試報告中記錄測試模組的傾斜角度。

（b）將電阻性負載或電子最大功率點追蹤器裝設於模組上，且依製造商建議將模組安裝於室外，並與照射度監測器在同一個平面上。

在模組測試前，須裝上製造商所建議之任何熱斑保護裝置。

（c）IEC60721-2-1所規定之一般室外氣候條件下，用監測儀量測，使模組受到之總照射量為60kWh/m2以上。

可在同一個模組上同時進行室外曝露及NMOT測定，在此情況下，請遵循IEC61853-2安裝程序。

4.8.4最終量測

重複MQT01及MQT15之測試。

4.8.5要求

（a）無CNS15114-1所定義之主要目視缺陷。

（b）濕漏電流需符合如初始量測之相同要求。

4.9熱斑耐久測試（MQT09）

4.9.1目的

測定模組承受熱斑發熱效應之能力，例如焊點熔融或封裝材料老化。

故障或不匹配電池、遮陰或髒汙均會引起此種缺陷。

雖然絕對溫度及相對功率損失並非本測試之判定基準，仍使用最嚴苛的熱斑條件以確保設計的安全性。

4.9.2熱斑效應

當模組中之一個電池或一組電池遮光或故障時，工作電流超過了該電池降低之短路電流（/sc）時，在模組中會發生熱斑發熱。

此時受影響之電池或電池組處於反向偏壓狀態，必定消耗功率，因而引起過熱。

若功率消耗夠高或夠集中（視技術而定），反向偏壓電池可能因焊點熔融、封裝材劣化、前板及／或背板、上層、下層及／或覆蓋玻璃裂開。

正確使用旁路二極體可防止熱斑產生造成損壞。

太陽電池之反向特性可差別很大。

若電池具有高並聯電阻，反向性能受電壓限制；若具低並聯電阻，則反向性能受電流限制。

此兩類電池皆會面臨熱斑問題，僅呈現之形式不同。

低並聯電阻電池：

∙當整個（或絕大部分）電池都被遮蔽時，即會發生最不利之遮蔽條件。

∙通常低並聯電阻電池因局部分流而形成。

在此情況下，會因為大量電流集中在一個小範圍內而發生熱斑發熱。

因此種局部化之現象，故此類電池性能會有顯著差異。

在反向偏壓時，具最低並聯電阻之電池很可能在極高的溫度下操作。

∙因局部發熱，低並聯電阻電池熱斑故障迅速發生。

主要技術問題為如何識別最低並聯電阻電池，以及如何判定此等電池之最不利遮蔽條件。

此程序與技術有關，將於本標準技術特定部分中說明。

高並聯電阻電池：

∙若電池被局部遮蔽，即會發生最不利遮蔽條件。

∙接面崩潰及高溫以較緩慢的速度發生。

遮蔽需保持定位一段時間以造成最不利情況熱斑發熱。

4.9.3電池內部連接之分類

S型：

所有的電池串聯連接成一串。

如圖1所示。

圖1　S型－串聯，選配旁路二極體

PS型：

並聯－串聯連接，即將（S）區塊串聯，每組區塊則以一特定數目（P）之並聯電池組成。

如圖2所示。

圖2　PS型－並聯－串聯連接，選配旁路二極體

SP型：

串聯－並聯連接，即將（P）區塊並聯，而每個區塊則以一特定數目之串聯（S）電池組成。

如圖3所示。

圖3　SP型－串聯－並聯連接，選配旁路二極體

每一種配置需要特定之熱斑測試程序。

4.9.4設備

（a）輻射源：

自然陽光或符合CNS13059-9之BBB級（或以上）之穩態太陽光模擬器，照射度為（1,000±100）W/m2。

（b）模組I-V曲線測試儀。

（c）電流量測設備。

（d）參照CNS15114技術特定部分，用於測試電池遮蔽之遮光板。

（e）適用之溫度量測裝置（熱顯像儀為佳），以量測並記錄模組溫度。

（f）記錄照射度位準、累積照射度及周圍溫度之設備。

為選擇對熱斑加熱最敏感的電池時，或可使用符合CNS13059-9之BBB級以上、照射度800W/m2至1,000W/m2之脈衝模擬器，以量測I-V性能。

4.9.5程序

4.9.5.1一般要求

視太陽電池技術及製程而定，有兩種不同的程序。

MQT09.1通常適用於晶圓技術，如標準結晶矽。

而最常見的單片積體薄膜技術（CdTe、CIGS、a-Si）則適用MQT09.2程序。

4.9.5.2晶圓技術（WBT）程序MQT09.1

若旁路二極體為可移除式，可藉由使電池串反向偏壓以識別具局部分路之電池，並利用熱顯像儀觀察熱斑。

若可觸及模組電路，可直接監測通過被遮蔽電池之電流。

若被測太陽光電模組沒有可移除之二極體或可觸及之電路，則可使用以下非侵入方式。

選擇的方式為依序遮蔽各電池，量測模組的I-V曲線。

圖4為所得之樣品模組的I-V曲線。

當遮蔽最低並聯電阻電池時，取二極體導通時具最高洩漏電流之曲線。

當遮蔽最高並聯電阻電池時，取二極體導通時具最低洩漏電流之曲線。

模組電流（A）

模組電壓（V）

IEC

圖4　不同電池完全遮蔽時之模組I-V特性

利用以下程序識別熱斑敏感電池：

（a）將未遮光模組曝露在800W/m2至1,000W/m2的輻射源，如下：

•脈衝模擬器，其中，模組溫度接近室溫（25±5）℃。

•穩態模擬器，其中，在量測前須將模組溫度穩定至±5℃內。

•自然陽光，其中，在量測前須將模組溫度穩定至±5℃內。

當溫度達到平衡時，量測模組的I-V特性並測定最大功率電流IMP1