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關(guān)于光伏薄膜組件雙85濕熱試驗(yàn)等效加速的討論

安科瑞電氣測(cè)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(yàn)，雙85試驗(yàn)的重要性和優(yōu)缺點(diǎn)，并通過(guò)引入加速試驗(yàn)及加速因子，探討雙85試驗(yàn)的等效加速。

關(guān)鍵詞：雙85試驗(yàn)、加速試驗(yàn)、加速因子法則

 

0引言

在產(chǎn)品咨詢(xún)會(huì)上，客戶(hù)經(jīng)常會(huì)提到以下問(wèn)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(wèn)題，那么我們?cè)撊绾位卮穑?

 

1 雙85試驗(yàn)的重要性

雙85高溫高濕試驗(yàn)是光伏行業(yè)，及太陽(yáng)能行業(yè)的必備測(cè)試項(xiàng)目，用于測(cè)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(yùn)行，并可以再現(xiàn)環(huán)境所產(chǎn)生的破壞。

光伏組件(太陽(yáng)能電池板)的設(shè)計(jì)使用年限大約是20～30年，而可靠性中的熱性能試驗(yàn)是模擬地面用光伏組件的設(shè)計(jì)驗(yàn)證,讓組件能夠在一般氣候下長(zhǎng)期操作20年以上，規(guī)范要求組件需進(jìn)行:Thermal cycle test熱循環(huán)測(cè)試(-40℃～+85℃ 50～200次，最長(zhǎng)1200h)、Humidity-freeze test濕冷凍測(cè)試(85℃、 85%RH～-40℃ 10次，約240h )、Damp Heat濕熱測(cè)試 (85℃、 85%RH，1000h)，以確認(rèn)組件能夠承受高溫高濕之后隨之的負(fù)溫度影響,以及對(duì)于溫度重復(fù)變化時(shí)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(zhǎng)期滲透之能力。

 

2 雙85試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

雙85試驗(yàn)主要用于模擬戶(hù)外環(huán)境長(zhǎng)期使用后的效果，模擬戶(hù)外環(huán)境的加速老化測(cè)試，滿(mǎn)足IEC 6164 《地面用薄膜光伏組件的設(shè)計(jì)鑒定和定型》和IEC 61215《晶體光伏組件的設(shè)計(jì)鑒定和定型》的標(biāo)準(zhǔn)要求。這是雙85試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)也是劣勢(shì)。

雙85試驗(yàn)的主要目的在于評(píng)估產(chǎn)品在既定環(huán)境下的使用壽命，耗時(shí)太久，且投入大量的金錢(qián)，而產(chǎn)品可靠度信息又不能實(shí)時(shí)獲得并加以改善，導(dǎo)致失去許多商機(jī)和競(jìng)爭(zhēng)力，因此如何在實(shí)驗(yàn)室中以加速試驗(yàn)的方法，在可接受的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)評(píng)估產(chǎn)品的使用壽命，便成為整體可靠度試驗(yàn)工作中相當(dāng)重要的一環(huán)，也是可靠性試驗(yàn)中最具挑戰(zhàn)性的課題。

3 加速試驗(yàn)的探討

GB/T 2423.50-2012試驗(yàn)Cy：恒定濕熱，講到了元件的加速試驗(yàn)，當(dāng)考慮將該試驗(yàn)用于其他產(chǎn)品時(shí)，重要的是確認(rèn)失效模式，針對(duì)每個(gè)失效模式選擇適當(dāng)?shù)牧踊^(guò)程和試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)。我們可以理解為：加速試驗(yàn)就是在保持失效機(jī)理不變的條件下，通過(guò)加大試驗(yàn)應(yīng)力來(lái)縮短試驗(yàn)周期的一種試驗(yàn)方法。

 加速試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：1、較短時(shí)間內(nèi)用較少樣品估計(jì)高可靠性產(chǎn)品的可靠性水平；2、短時(shí)間內(nèi)提供測(cè)試結(jié)果，檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝等改進(jìn)的效果，同時(shí)可以比較不同工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的利弊；3、短時(shí)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(jī)理，反饋到設(shè)計(jì)制造部門(mén)加以糾正，同時(shí)可以合理制定篩選條件和測(cè)試規(guī)范。缺點(diǎn)是：需根據(jù)實(shí)際情況確認(rèn)加速模型，而環(huán)境越復(fù)雜，加速試驗(yàn)的準(zhǔn)確度越差。

表1是幾種常用的加速試驗(yàn)方法：

表1 

序號(hào)	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(yàn)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(shí)驗(yàn)溫度,R1是環(huán)境濕度，R2是實(shí)驗(yàn)濕度

以安科瑞公司自建的100kWh的光伏電站為例，在評(píng)估電站所用的光伏組件的壽命時(shí)，采用10℃法則進(jìn)行雙85試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)要求：實(shí)驗(yàn)環(huán)境85℃/85%，試驗(yàn)時(shí)間1000h，按加速法則：加速環(huán)境95℃/95%，通過(guò)10℃法則可計(jì)算溫度加速因子AF1=2,通過(guò)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(shí)間400h，試驗(yàn)時(shí)間縮短600小時(shí)。各取5片光伏組件按照2種不同的方法進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：

表2

5pcs樣品 加速對(duì)比
試驗(yàn)要求	23℃/60℃	85℃/85% 1000h后 （1#-5#）	95℃/95% 400h后 6#-10#
試驗(yàn)結(jié)果	絕緣電阻測(cè)試（＞400MΩ合格）	絕緣電阻測(cè)試	絕緣電阻測(cè)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(guò)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可判定加速試驗(yàn)是等效的：樣品產(chǎn)生了相同的失效模式。

4 安科瑞試驗(yàn)中心概況

安科瑞電氣測(cè)試中心已通過(guò)CNAS中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可（證書(shū)編號(hào)：L7743），實(shí)驗(yàn)室能力項(xiàng)目有：

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

實(shí)驗(yàn)室設(shè)置“氣候環(huán)境試驗(yàn)室”，配備有調(diào)溫調(diào)濕箱3臺(tái)、大型步入式恒溫恒濕箱1套，以及相應(yīng)輔助測(cè)試裝置等，試驗(yàn)?zāi)芰Ψ秶?50℃～+200℃，0%～100%R.H.能夠滿(mǎn)足各嚴(yán)酷等級(jí)的氣候環(huán)境試驗(yàn)要求。該中心致力于為廣大客戶(hù)提供摸底測(cè)試業(yè)務(wù)，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)約為其他檢測(cè)機(jī)構(gòu)的50%，為廣大客戶(hù)提供摸底測(cè)試業(yè)務(wù)，且為廣大客戶(hù)提供現(xiàn)場(chǎng)整改、技術(shù)支持等服務(wù)，通過(guò)摸底性測(cè)試，可以有效的發(fā)現(xiàn)異常，提前改進(jìn)，提升產(chǎn)品委托檢測(cè)的通過(guò)率，減少企業(yè)費(fèi)用。

 

5 結(jié)束語(yǔ)

在企業(yè)內(nèi)部試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)了此類(lèi)等效的加速試驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行摸底試驗(yàn)，將原來(lái)1000h的試驗(yàn)時(shí)間縮短了整整600h，在足夠短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，掌握產(chǎn)品的可靠度信息，節(jié)省的時(shí)間又為解決問(wèn)題提供了緩沖。

 

參考文獻(xiàn)

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

2、IEC 61215 《地面用晶體硅光伏組件—設(shè)計(jì)鑒定和定型》

3、IEC 61646 《地面用薄膜光伏組件—設(shè)計(jì)鑒定和定型》

作者簡(jiǎn)介：

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

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