2.2　高风速砂尘试验方法和检测流程

光伏组件主要由光伏玻璃、铝合金边框、电池片、背板（TPT或者玻璃）、EVA、接线盒和二极管等材料组成，如图2.2所示。本节主要介绍光伏组件的光伏玻璃、TPT、铝合金边框、电池片和二极管在经历高风速砂尘后的性能变化。

光伏玻璃是指光伏组件的前封装玻璃，目前主流的晶体硅组件所用的光伏玻璃一般为超白钢化压花玻璃，有的在表面镀一层抗反射的增透膜，使其具有更高的太阳能透过率。铝合金边框一般起到固定组件和保护组件的作用，同时可以增加组件的机械强度。电池片是光伏组件的核心部分，通过扩散掺杂等工艺在硅片内形成PN结。在光照下，电池片的内部形成一个内建电场，光线注入后，激发晶体硅电池片中的电子--空穴对。这些电子--空穴对在内建电场的作用下分别向相反的方向做漂移运动，通过外电路连接电池片的正反两极便形成了一个闭合回路，这样就将太阳能转化成了电能。电池片质量的优劣直接影响光伏组件的光电转化效率。背板是由多层高分子薄膜经碾压黏合起来的复合膜，主要由3层组成：（1）含氟膜（或其替代物）；（2）PET层（或其替代物）；（3）EVA黏结层（含氟膜、改性EVA、PE、PET等）。背板具有良好的耐候性、绝缘性、低水渗透率和一定的黏结强度。光伏组件运维到后期失效的原因一般是由背板的失效引起的。EVA（乙烯--醋酸乙烯共聚物）是一种因受热发生交联反应从而形成热固性凝胶树脂的热固性热熔胶，用于将电池片与背板黏合在一起，防止外力损坏电池片。

目前还没有太阳能光伏组件高风速砂尘的专用检测标准，本章的检测依据以下标准：

（1）IEC 60068-2-68:1994电气和电子产品的环境试验——第二部分：试验方法--试验L：砂尘（Environmental testing for electric and electronic products-Part2: Test methods-Test L: Dust and sand）。

（2）IEC 61215:2005晶体硅地面光伏组件——设计鉴定和型式试验（Crystalline silicon terrestrial photovoltaic（PV）modules-Design qualification and type approval）。

（3）IEC 61730-2:2004光伏组件安全鉴定——第二部分：试验要求（Photovoltaic（PV）module safety qualification-Part 2: Requirements for testing）。

检测内容和规程主要包括外观检查、最大功率检测、绝缘试验、湿漏电流试验、接地连续性检测、EL检测、吹砂试验、外观检查、最大功率检测、绝缘试验、湿漏电流试验、接地连续性检测、EL检测和旁路二极管热性能试验，如图2.3所示。

2.2.1　试验设备

1. 光伏组件砂尘试验箱

光伏组件砂尘试验箱为砂尘试验提供标准规定的风速、砂尘浓度和砂尘晶粒分布的检测环境，满足GB/T 2423.37-2006/IEC 60068-2-68:1994标准对砂尘设备检测需要的技术参数。光伏组件砂尘试验箱如图2.4所示。

光伏组件砂尘试验箱的设备参数如下。

• 空间尺寸：能够放置1m×2m大小的光伏组件，将组件竖直安装在风道内。

• 试验温度：+40℃～+60℃。

• 工作湿度：≤30%RH。

• 砂尘成分：含量97%～99%的SiO2（石英砂）。

• 砂尘浓度：（5g±1.5g）/m3。

• 砂尘风速：（20±2）m/s，测试精度为±10%。

• 砂尘晶粒尺寸：≤1000 μm。

• 时间控制：定时自动控制。

光伏组件砂尘试验箱的面板可显示并记录腔体内温度、相对湿度、砂尘浓度和风速。

2. 标准筛

标准筛用于确定石英砂的粒径尺寸，将购买的石英砂依次用标准筛分选，并按照一定的比例将不同粒径的石英砂混合好。标准筛的目数分别是10目、20目、30目、40目、50目、70目和100目。常见的标准筛如图2.5所示。

3. 瞬态太阳光模拟器

瞬态太阳光模拟器用于检测光伏组件的I−V特性和性能评价指标，如短路电流（Isc）、开路电压（Voc）、填充因子（FF）、光电转化效率（η）、最大功率（Pmax）、最大功率时的电压（Vm）和电流（Im）等。瞬态太阳光模拟器的性能如下。

（1）可变负载精度不低于0.1%，每个测量通道（电流、电压、辐照度）均具有足够的温度稳定性，分辨率不低于16位，电压和电流的测量范围不低于400V和50A。

（2）可以依据正向模式和反向模式进行光伏组件的I−V特性检测，自动记录短路电流（Isc）、开路电压（Voc）、并联电阻（Rsh）、串联电阻（Rs）、最大功率（Pmax）、最大功率时的电压（Vm）和电流（Im）、填充因子（FF）和光电转化效率（η）等。

（3）辐照区域不低于2.2m×1.5m，光谱匹配波长范围应覆盖300～1200nm。设备应可以调节覆盖1000W/m2以内的光强范围。

（4）瞬态太阳光模拟器应满足AAA等级，即设备应在2.2m×1.5m的测试范围内和1000W/m2的光强范围内均满足AM1.5光谱匹配度优于25%，辐照均匀度优于2%，辐照稳定度优于2%的计量要求，测试平面上的光照角度应小于15°，电流和电压的检测重复性优于0.2%，最大功率检测重复性优于0.5%。

（5）瞬态太阳光模拟器的闪光时间不低于10ns，并能够反向和正向叠加扫描，以测试高容性太阳能电池组件。

4. 绝缘耐压仪

依据标准IEC 61215-2，最大检测电压取决于等级分类和最大系统电压。II等级的最大检测电压VTest应等于2 000V加上系统最大电压的4倍；0等级的最大检测电压等于1 000V加上2倍的系统最大电压；III等级的最大检测电压为500V。

绝缘耐压仪的设备参数如下。

• 输出电压：50～10kV；

• 电压精度：3%；

• 电压分辨率：1V；

• 输出电流：5mA；

• 电流精度：3%；

• 电流分辨率：1μA；

• 上限设定：0.01～5mA；

• 下限设定：0～5mA；

• 升压时间：0.1～999.9s；

• 检测时间：0.02～999.9s。

2.2.2　试验步骤

高风速砂尘试验的详细步骤如下。

（1）依据检测标准配置石英砂，将不同粒径的石英砂精确称重后按照表2.1的标准配比均匀，配置完成后，将石英砂颗粒放置在砂尘试验箱漏斗中，确保砂尘试验箱漏斗里的石英砂量能够满足一次试验的需求，如果石英砂不足，应在设备报警后及时补充石英砂。

（2）取3块同批次光伏组件进行检测，依次进行外观检查、最大功率检测、绝缘试验、湿漏电流试验、接地连续性检测和EL检测。

（3）完成以上检测后，取一块光伏组件作为参考件，对另外两块进行吹砂试验。将两块光伏组件先后安装在砂尘试验箱组件架上，并将光伏组件接线盒公母接头插接后固定在组件后的支架上，避免在砂尘试验时接线头对光伏组件造成额外的撞击，安装完成后，将砂尘试验箱门紧闭。

（4）确认砂尘试验箱电路通路，打开砂尘试验箱的总开关，打开机械泵。在砂尘试验箱操作页面上设置参数：砂尘浓度设定为5～10g/m3，试验时间设置为4h，风速固定在20m/s。依次点亮操作页面的开关、吹砂和进料开关。设备启动10min后观察风速及砂尘浓度是否在要求范围内，如超出试验要求范围，则应关闭设备进行调整。正面吹砂4h，待光伏组件和砂尘试验箱冷却至室温，将组件翻转，继续以相同方式对组件背面进行4h的吹砂试验。吹砂结束后，待光伏组件和砂尘试验箱冷却至室温，将组件从支架上取出。

（5）将进行吹砂试验后的光伏组件用高压水枪反复冲洗，直至无可见污渍，并擦拭干净。

（6）依次进行外观检查、最大功率检测、绝缘试验、湿漏电流试验、接地连续性检测和EL检测。

（7）二极管功能性检测。

2.2.3　注意事项

（1）由于砂尘在使用中也会有冲蚀磨损的现象，会使得砂尘颗粒在试验中越来越小，因此在试验中砂尘不应重复使用，否则会对试验的准确度造成影响。

（2）光伏组件为易碎品，在试验时要注意轻拿轻放。

（3）在试验完成后要等到光伏组件降至室温后再拆除。

（4）在对光伏组件进行绝缘试验和湿漏电流试验时，要身穿防静电试验服，戴好绝缘手套，踩在橡胶绝缘垫上进行操作，防止触电。

（5）在完成绝缘试验和湿漏电流试验后，要先用导线连接绝缘耐压仪器的正负极，使仪器放电，才能接触仪器和组件。

（6）光伏组件吹砂试验结束后，要进行彻底清洗，避免残留有灰尘影响之后的最大功率检测。

2.2.4　试验设计

吹砂试验所检测的样品主要是两类：单晶体硅光伏组件和多晶体硅光伏组件。检测认证机构如TÜV SÜD、TÜV NORD、TÜV Rheinland、VDE、UL和CGC等分别采用相同批次和规格的3块单晶体硅组件或者3块多晶体硅组件。吹砂试验方法见表2.2，其中编号1-1和2-1分别为多晶体硅组件、单晶体硅组件砂尘试验的参考组件；编号1-2和1-3为多晶体硅吹砂试验组件，编号2-2和2-3为单晶体硅吹砂试验组件。