Normative Neustrukturierung der Typ- und ... · PDF file- Leistungsgarantien 20 bis 25 Jahre ... negative Toleranz auf NP + : positive Toleranz auf NP ... • Module von 97 W bis 103

Normative Neustrukturierung der Typ-und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien

Normative Neustrukturierung der Typ-und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien

12./13.11.2015 - 12. Workshop "Photovoltaik-Modultechnik – Jörg Althaus12.11.20151

Inhalt

12.11.2015 Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien2

Einleitung und Historie

Bauartprüfung (IEC 61215)

Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)

Ausblick

Einleitung

� Der kommerzielle Erfolg der Photovoltaik ist stark abhängig von Langzeitzuverlässigkeit

- Wettbewerb mit traditionellen Energieinvestitionen ≥ 30 Jahre

- Leistungsfähigkeit und Degradationsraten sowie Parameterabhängigkeiten müssen bekannt sein

- Leistungsgarantien 20 bis 25 Jahre

� PV-Module werden üblicherweise Bauartgeprüft nach IEC 61215 bzw. IEC 61646

- Normprüfungen sind geeignet, Frühausfälle aufgrund von Prozessschwächen, Komponentenfehlern, etc. zu minimieren.

- Es wird eine Minimalanforderung formuliert


29% 30%

21% 22%

10% 10%7%

67%

40% 39%

19%17%

54%

27%30%

53%

26%

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

kristalline Technologien Dünnschichttechnologien beide Technologien

Anteil von Zertifizierungsprojekten mit Testdurchfällen

2000 Zertifizierungsprojekte in Deutschland im Zeitraum 2002 bis 2013 (ab 2007 ist c-Si und DS getrennt dargestellt)

Hersteller wissen wie Module zu bauen sind um die Normen zu erfüllen

!

Historie

� 1975-1981:JPL ‘Block Buys’ I-V (c-Si)− Basiert auf NASA Tests für Raumfahrt

− Temperaturzyklen (-40 & +90°C)

− Mechanische Belastung, Hagel und Isolations-prüfung erst in Block V

− Aussenbewitterung in der Wüste

− Block VI fiel Budgetkürzungen der Reagan Administration zum Opfer.


Abbildungen aus“Experience in Design and Test of Terrestrial Solar-Cell Modules”; Smokler and Runkle, Texas, 1982

Historie

� 1981-1991:ESTI – EU Spezifikationen 501 bis 503− Basiert auf JPL Block V zusätzlich mit UV und

Aussenbewitterungstest; Maximaltemperatur reduziert auf 85°C

− EU 503 wurde die Grundlage zu IEC (6)1215

� 1990: SERI IQT modifications for TF (a-Si)− Solar Energy Research Initiative

− Isolationstest unter Benässung,

− Bypassdiodentest,

− Kratztest (ANSI/UL 1703)

− Erdungsdurchgangsprüfung (ANSI/UL 1703)

� 1993: IEC (6)1215 Ed. 1 (c-Si)− Kombination aller vorhandenen Testmethoden

� 1995-2000:IEEE 1262 – alle Technologien− Kombination aus IQT und IEC (6)1215


Einleitung

� 1996: IEC (6)1646 Ed. 1 (DS – a-Si)− Basiert auf IEEE 1262 plus Lichtalterung und

Wärmebehandlung

� 2005: IEC 61215 Ed. 2 (c-Si)− Isolationsprüfung unter Benässung von IEC 61646

übernommen

− Bypassdiodentest von IEEE 1262 übernommen

− Strombelastung zum Temperaturzyklentest hinzugefügt

� 2007: IEC 61646 Ed. 2 (TF – a-Si, CdTe, CIGS)− Versuch Ed. 1 auf neue unterschiedliche Technologien

anzupassen (CdTe, CIGS)

− Angepasste pass/fail Kriterien zur Leistung nach den Belastungstests und Stabilisierung

− Angepasster Hot-Spot Test

− Bypassdiodentest hinzugefügt




� Angleichung der Anforderungen an kristalline und Dünnschicht Technologien.

� Keine Unterscheidung in Mindestanforderungen – keine schwächere Technologie

� Klare Struktur mit allgemeinen Anforderungen, Prüfungen und technologiespezifischen Teilen.

� Konsistenz mit anderen internationalen Normen

� Möglichkeit der einfachen Erstellung von Anforderungen für neue Technologien geschaffen.

Motivation zur Anpassung der Standardstruktur

� Einfach mal aufräumen!



Teil 2 – Prüfprozeduren

Teil 1-1 c-Si

Teil 1-2 CdTe

Teil 1-3 a-Si & µ-Si

Teil 1-4 CIS&CIGS

Teil 1-x Neue Technologien

.........

IEC 61215 Ed 2 AnforderungenIEC 61215 Ed 2 Prüfprozeduren

IEC 61646 Ed 2 AnforderungenIEC 61646 Ed 2 Prüfprozeduren

Neue IEC 61215 SerieStatus heute

Teil 1 – Allgemeine Anforderungen


12.11.2015 Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien

9

Geänderte oder neue Prüfungen

Sequenzbenennung

Begriffserklärung:

Module Quality Tests (MQT) � IEC 61215 Type Approval

Module Safety Tests (MST) �IEC 61730 Safety requirements

MQT 01 Visual inspection

MQT 02 Max power

determination

MQT 03 Insulation test

MQT 15

Wet leakage current test

MQT 10 UV precondit ion test

15 kWh/m2

MQT 11

Thermal cycling test 50 cycles

–40 °C to 85 °C

MQT 12

Humidity freeze test 10 cycles

–40 °C to 85 °C 85 % RH

MQT 14.1 Test of cable

anchorage

10 Modules

MQT 15 Wet leakage current test

1 Module

MQT 06.1 Performance at

STC

MQT 06.2

Performance at NMOT (see Note 1)

MQT 07

Performance at low irradiance (see

Note 1)

MQT 04 Measurement of

temperature coeff icients (see Note 1)

MQT 19.1 Init ial Stabilizat ion

MQT 06.1 Performance at STC

3 Modules Sequence A

1 Module Sequence B

2 Modules Sequence C

2 Modules Sequence D

2 Modules Sequence E

MQT 19.2 Final Stabil iza tion

MQT 05 & MQT 08 Measurement of

NMOT & Outdoor Exposure Test 60

kWh/m2 (see note 2)

MQT 18 Bypass diode

thermal test (see Note 2)

MQT 09 Hot-spot

endurance test (see Note 3)

MQT 16 Mechanical

load test MQT 17 Hai l test

1 Module 1 Module

MQT 11 Thermal cycl ing test

200 cycles –40 °C to 85 °C

MQT 13 Damp heat test

1 000 h 85 °C / 85 % RH

MQT 14.2 Retention of

junction box test

1 Module

MQT 19.2 Final Stabil iza tion

MQT 06.1

Performance at STC



MQT 01 Visual inspection

MQT 02 Max power

determination

MQT 03 Insulation tes t

MQT 15

Wet leakage current test

10 Modules

MQT 19.1 Init ial Stabilization


1 Module Sequence B




Neu / verändert c-Si: bisher ‘Voralterung’DS: Teile 1-x für Details

Präzisierte Annahmekriterien



MQT 10 UV precondition test

15 kWh/m2

MQT 11

Thermal cycling test 50 cycles

–40 °C to 85 °C

MQT 12

Humidity freeze tes t 10 cycles

–40 °C to 85 °C 85 % RH

MQT 06.1 Performance at

STC

MQT 06.2

Performance at NMOT (see Note 1)

MQT 07

Performance at low irradiance (see

Note 1)

MQT 04 Measurement of

temperature coeff icients (see Note 1)


1 Module Sequence B




MQT 05 & MQT 08 Measurement of

NMOT & Outdoor Exposure Test 60

kWh/m2 (see note 2)

MQT 18 Bypass diode

thermal test (see Note 2)

MQT 09 Hot-spot

endurance test (see Note 3)

MQT 16 Mechanical

load test MQT 17 Hai l test

1 Module 1 Module

MQT 11 Thermal cycl ing test

200 cycles –40 °C to 85 °C

MQT 13 Damp heat test

1 000 h 85 °C / 85 % RH

MQT 19.2 Final Stabil ization

MQT 06.1

Performance at STC

Geändert und in zwei Sequenzen aufgeteilt (A+B)

MQT 6.1 und 6.2 mit klarer Trennung

c-Si: nicht notwendigDS: ehemals ‘Lichtalterung’

� jetzt Teil 1-x für Details

NMOT (ehemals NOCT): Nominal Module Operating TemperatureVerbesserung der Datengrundlage



MQT 14.1 Test of cable

anchorage

MQT 15 Wet leakage current test

1 Module

MQT 06.1 Performance at STC

MQT 19.2 Final Stabil ization

MQT 14.2 Retention of

junction box test

1 Module

3 Modules

Sequence A 1 Module

Sequence B




c-Si: nicht notwendigDS: ehemals ‘Lichtalterung’

� jetzt Teil 1-x für Details

von 10.2 (MQT2) auf MQT 6.1 geändert um klarzustellen, dass hier eine STC-Messung gemeint ist.

Veränderte und präzisierte Prüfung:ehemals ‘Festigkeit der Anschlüsse’



Leistungsbewertung (Annahmekriterien; Kapitel 7)− Bestätigung der Nennleistung � Typenschild (Gate #1) – inklusive

Toleranzen

13

Pmax (NP): Nennleistung (Name Plate)- : negative Toleranz auf NP + : positive Toleranz auf NP

MQT-19 + Teil 1-x

13

Pass: gemessene Ausgangsleistung inkl. Messunsicherheit (MU) liegt innerhalb der angegebenen Leistungstoleranzen.

Fail: Ein oder mehrere Module haben nach Berücksichtigung der MU eine Leistung außerhalb der Herstellertoleranz.

MQT 6.1

low high- +

Pmax(NP)

- +

Pmax(NP)

- +

Pmax(NP)

PassPmax (Label/Fab)

low high- + - + - +

Faillow high- +

Pmax(NP)

- +

Pmax(NP)

- +

Pmax(NP)



Beispiel:Modulfamilie für Zertifizierung: Leistungsklassen 180 W bis 220 W und Toleranz +/-3 %

PassMQT-19 + Part 1-x

MQT 6.1

Untere Klasse: 180 W Höchste Klasse: 220 W

…

Pmax(NP)

- + …

Mittlere Klasse: 200 WPmax(NP)

- +

Pmax(NP)

- +

…- + …- + - +

174.6 W 185.4 W 194.0 W 206.0 W 213.4 W 226.6 W

174.6 W 185.4 W 194.0 W 206.0 W 213.4 W 226.6 W



Beispiel:Modulfamilie für Zertifizierung: Leistungsklassen 180 W bis 220 W und Toleranz +/-3 %

MQT-19 + Part 1-x

Untere Klasse: 180 W Höchste Klasse: 220 W

…

Pmax(NP)

- + …

Mittlere Klasse: 200 WPmax(NP)

- +

Pmax(NP)

- +

…- + …- + - +

174.6 W 185.4 W 194.0 W 206.0 W 213.4 W 226.6 W

174.6 W 185.4 W 194.0 W 206.0 W 213.4 W 226.6 W

MQT 6.1 Fail



Typenschild inklusive Toleranz �niedrigste theoretisch erlaubte

Modulleistung der Leistungsklasse

Alle Module der Qualifizierungsprüfung(x Module)

Definition: 100 % Leistung

Stress Tests

MQT 6.1

> 95 % Power � PASS

< 95 % Power � FAIL

Beispiel:� Typenschild #1: 100 W +/-3 %

• Module von 97 W bis 103 W� Typenschild #2: 200 W +5 W / -0 W

• Module von 200 W bis 205 W

#1: 97 W#2: 200 W

#1: > 92.2 W#2: > 190 W

#1: < 92.2 W#2: < 190 WMQT-19 + Part 1-x

5 % Kriterium

Leistungsdegradation (Annahmekriterien am Ende der Sequenzen)− 95 % der Nennleistung abzgl. Toleranz (Gate #2)

November 2015FDIS Verteilung



2011Amd. 1 zu Edition 1

2004Veröffentlich-ung Edition 1

Ende 2011Verteilung eines Entwurfs der Edition 2 an Nationale Komitees

Mai 2013Erste Präsentation eines neuen Entwurfs des Projektteams anIEC TC82/WG2

Jan. 2012Entwurf abgelehnt

2009Erster Entwurf für Edition 2

Feb. 2013Gründung einer Projektteams um einen verbesserten Entwurf für Ed. 2 zu erstellen. Oktober 2013

Präsentation des überarbeiteten Entwurfs

Jan. 2014Veröffentlich-ung von IEC 61730-1 Ed. 2 als CD

Mai 2014Deadline für Kommentare

März 2013Amd. 2 für Edition 1

Juni 2014Einarbeitung aller Kommentare

Dezember 2014CDV eingereicht

Juni 2015Positive Abstimmung mit zahlreichen Kommentaren hauptsächlich zu Isolierstoffen

September 2015FDIS Entwurf an TC82/WG2 zur Durchsicht gesandt

Q3 2016vorraussichtlicheVeröffentlichung



� IEC 61730 war schon immer nur ein schlechter Kompromiss zwischen EU Richtlinien und ANSI/UL 1703.

� Jede Menge veraltete Prüfanweisungen, schlechte Formulierungen und Interpretationsspielraum.

� Angleichen des Standards an allgemeine IEC Vorgaben und Strukturen.

� Befolgen der allgemeingültigen „Horizontal“-Standards, z.B. IEC 60664.

� Berücksichtigung von neuen technologischen Entwicklungen.

� Volle Erweiterung auf 1500 V Systemspannung

� Existierende Komponentenstandards einbinden

Motivation zur Überarbeitung

� Einfach mal aufräumen!

Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)Festlegungen


Protection class (IEC 61140) Application class

(IEC 61730-1 ed.1) Description 0 B Application in restricted access area I Special installation

measures required Special installation measures required

II A Application in non-restricted access area

III C No restrictions for protection against electric shock

Überspannungskategorie III

Schutzklassen anwendungsabhängig – üblicherweise SK II

Verschmutzungsgrad (Pollution Degree; PD)

� stark abhängig vom Moduldesign und der Position im Modul

� PD 1-3 ist anwendbar

1 = keine, oder nur trockene, nichtleitfähige Verschmutzung

2 = nichtleitende Verschmutzung die zeitweise leitend werden kann z.B. durch Kondensation.

3 = Leitende Verschmutzung oder nichtleitende Verschmutzung die durch zu erwartende Kondensation leitend wird.

Materialgruppen (Material Groups; MG, I-IIIb)

� abhängig vom genutzten Material. Die Materialien mit der geringsten Neigung zur Kriechwegbildung sind MG=1 (CTI ≥ 600) zuzuordnen.

Rückseitenfolie

Verkapselung

mögliche Lötspitze, etc.Frontabdeckung

Innerer Stromkreis

Solarzelle

Dicke in dünnen Lagen

bewertete Strecke durch

einen Isolator (dti)

Echte Luftstrecke (cl)

bzw. Kriechstrecke (cr)

Bewertete Luftstrecke (cl) bzw.

Kriechstrecke (cr)

Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)Luft- und Kriechstrecken

12.11.2015 Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologie20

<X mm <X mm

LuftstreckeKriechstrecke

≥X mm ≥X mm

12.11.2015 Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien

20

Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)Feste Verbindung (Cemented Joint)


Verkapselung

Solarzelle

Innerer StromkreisGlass

bewertete Strecke durch

einen Isolator (dti)

Bewertete Luftstrecke (cl) bzw.

Kriechstrecke (cr)

Strecke durch eine

dauerhafte Verbindung

feste Verbindung

(cemented joint)

Isoliermaterialien können über eine dauerhafte Klebeverbindung wie ein durchgängiger Isolator bewertet werden, wenn die Verbindung als „feste Verbindung“ klassifiziert wird.

Dies kann die Mindest-Randabstände minimieren.

12.11.201521

Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)Überblick


Beispiel 1000 V Systemspannung Edition 1 Edition 2 Wo in Edition 2?

Anwendungsklasse / Schutzklasse Class A II Tabelle 1

Anforderungen an Polymerwerkstoffe die leitende

Teile in Lage halten

Basiert auf UL746AAbschnitt 5.3

CTI > 250 (Usys < 600 V)+Tabelle 1

(z.B. V-1 für HAI = 30)

V-1MST 24MST 35MST 36

Kugeldruckprüfung

Anhang BAbschnitt 2.1.4.1. Materialgruppen

+ relevante MSTs

Dicke eines Isolators (z.B. Rückwandfolie)

Nicht definiert,Limitiert durch

Teilentladungsprüfung150 µm

Tabelle 3 und 4,1 b) Dicke in dünnen Lagen

Luftstrecke8.4 mm

(Tabelle 4 in Edition 1)

14.0 mmTabelle 3 und 4,

1 a) leitende Teile und äußere berührbare Oberflächen

KriechstreckeNicht definiert und

unterschiedlich interpretiert

6.4 mm für PD=110.0 mm für PD=2

und MG=I

Tabelle 3 und 4,1 a) leitende Teile und äußere

berührbare Oberflächen

Ausblick


� Beide Standards sind Final Draft of International Standard (FDIS).

� Nach positiver Abstimmung ohne technische Änderungen anwendbar.

� Veröffentlichung finale Standards in 2016 zu erwarten.

� Einzelne Teile der IEC 61215 Reihe (IEC 61215-1-x) in 2017.

� Nationale Umsetzungen (z.B. DIN EN 61730) können ggf. nationale Abweichungen haben.

� Nordamerika hat ein Komitee zur Harmonisierung UL 1703 und IEC 61730 gegründet; Ziel: ANSI 61730

� Prüfungen bei Produktänderungen werden in IEC TS 62915 geregelt (ehemals IECEE Retesting Guideline)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Für noch mehr Klarheit:

Jörg AlthausGeschäftsfeldleiter - Solarenergie

Director of Global Competence Center PV Modules

Tel: + 49 221 806 ext. 5222E-Mail: [email protected]: www.tuv.com/solarenergySelected reference cases: www.tuv-e3.com/solar

Besonderer Dank an:IEC TC 82 WG2 Projektteam IEC 61215 und IEC 61730

Guido Volberg (TÜV Rheinland)Bengt Jäckel (UL International GmbH)Peter Seidel (First Solar GmbH)Gerhard Kleiss (Solarworld AG)Arnd Roth (VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH)Markus Beck (Siva Power)


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