ГОСТ Р 56980.2-2020 (МЭК 61215-2:2016) Модули фотоэлектрические. Оценка соответствия техническим требованиям. Часть 2. Методы испытаний

     4.6 Испытания на стойкость к местному перегреву

4.6.1 Назначение

Испытания предназначены для проверки способности фотоэлектрического модуля выдерживать локальный перегрев, который может привести, например, к плавлению пайки или ухудшению герметизации. Такой перегрев может быть вызван, например, повреждением или рассогласованием параметров фотоэлектрических элементов, повреждением соединений, частичным затенением или загрязнением.

Метод испытаний заключается в определении максимально нагретого фотоэлектрического элемента при нормальном режиме работы испытуемого образца, создании состояния выделения в этом элементе максимальной тепловой энергии и выдержке его в этом состоянии.

Хотя в этих испытаниях абсолютная температура и относительное снижение максимальной мощности не являются критериями успешных испытаний, для гарантии безопасной работы фотоэлектрического модуля испытания проводят при наиболее жестких условиях местного перегрева.

В зависимости от технологии изготовления фотоэлектрических элементов и фотоэлектрических модулей установлено два варианта проведения испытаний. Первый вариант (см. 4.6.5) обычно применяют для испытаний фотоэлектрических модулей на основе фотоэлектрических элементов, выполненных на полупроводниковой пластине, например фотоэлектрических модулей на основе кристаллического кремния. Для тонкопленочных фотоэлектрических модулей (CdTe, CIGS, a-Si и пр.) испытания проводят по второму варианту (см. 4.6.6).

4.6.2 Местный перегрев в фотоэлектрических модулях

Области местного перегрева возникают в фотоэлектрическом модуле, когда протекающий через него рабочий ток превышает ток короткого замыкания затененного или поврежденного фотоэлектрического элемента или нескольких фотоэлектрических элементов. Такой фотоэлектрический(ие) элемент(ы) попадает под обратное смещение и будет выделять тепловую энергию, что может привести к перегреву.

Если выделение тепла достаточно велико или достаточно сконцентрировано, фотоэлектрические элементы с обратным смещением могут перегреваться, что может привести к плавлению пайки, разрушению герметизации, тыльного или лицевого покрытий, растрескиванию подложки и покрытий. Применение шунтирующих диодов предотвращает появление повреждений вследствие местного перегрева.

Обратные характеристики фотоэлектрических элементов могут существенно отличаться. С точки зрения особенностей местного перегрева различают два типа фотоэлектрических элементов: элементы с высоким шунтирующим сопротивлением, у которых обратные характеристики ограничены по напряжению, и элементы с низким шунтирующим сопротивлением, у которых обратные характеристики ограничены по току.

В случае фотоэлектрических элементов с низким шунтирующим сопротивлением:

- наихудший вариант затенения происходит при полном затенении фотоэлектрического элемента (или его большей части);

- отказы вследствие местного перегрева происходят очень быстро, поскольку нагрев носит локальный характер;

- низкое шунтирующее сопротивление часто образуется за счет возникновения локальных проводимостей. В этом случае местный перегрев обусловлен большими токами в небольшой области. Поскольку это явление носит локальный характер, характеристики фотоэлектрических элементов такого типа имеют большой разброс. При образовании обратного смещения фотоэлектрические элементы с низким шунтирующим сопротивлением имеют высокую вероятность функционирования при температурах перегрева.

Основной технической проблемой при проведении испытаний фотоэлектрических модулей на основе элементов с низким шунтирующим сопротивлением является выявление элементов с наименьшим шунтирующим сопротивлением и определение после этого наихудшего варианта затенения таких элементов. Особенности проведения этой части испытаний определяются технологией изготовления испытуемых фотоэлектрических модулей и установлены в соответствующей части ГОСТ Р 56980.1 (см. также [3]).

В случае фотоэлектрических элементов с высоким шунтирующим сопротивлением:

- наихудший вариант затенения образуется при частичном затенении элемента;

- повреждение перехода и возникновение высокой температуры происходит медленнее. Для образования наихудших условий местного перегрева затенение должно сохраняться в течение некоторого времени.

Порядок проведения испытаний на стойкость к местному перегреву определяется наличием, количеством и размещением шунтирующих диодов в испытуемом образце, технологией изготовления фотоэлектрических модулей и типом соединения фотоэлектрических элементов, защищаемых одним шунтирующим диодом.

Шунтирующие диоды, если они установлены, ограничивают обратное напряжение охватываемых ими фотоэлектрических элементов и этим определяют часть электрической цепи фотоэлектрического модуля, испытания которой проводят отдельно.

Примечание - Максимальное внутреннее рассеяние энергии в шунтирующем диоде возникает при коротком замыкании участка цепи, защищенного этим диодом. Обычно это достигается шунтированием всего модуля. Если в модуле не установлены шунтирующие диоды, перед их установкой проверьте рекомендации изготовителя относительно максимального количества последовательно соединенных фотоэлектрических модулей.

4.6.3 Типы соединений фотоэлектрических элементов, защищенных одним шунтирующим диодом

Соединения фотоэлектрических элементов в фотоэлектрическом модуле, защищаемые одним шунтирующим диодом, разделяют на три основных типа:

- последовательное соединение s фотоэлектрических элементов (рисунок 2). Модули с последовательным соединением фотоэлектрических элементов могут быть защищены одним или несколькими шунтирующими диодами;

- параллельно-последовательное соединение, т.е. последовательное соединение s групп, состоящих из p параллельно соединенных фотоэлектрических элементов (рисунок 3);

- последовательно-параллельное соединение, т.е. параллельное соединение p цепочек, состоящих из s последовательно соединенных фотоэлектрических элементов (рисунок 4).

Примечание - В международной практике также приняты следующие обозначения указанных типов соединений: последовательное соединение - тип S; параллельно-последовательное соединение - тип PS; последовательно-параллельное соединение - тип SP.