Normative Neustrukturierung

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Normative
Normative Neustrukturierung
Neustrukturierung der
der TypTypund
und Sicherheitsprüfung
Sicherheitsprüfung von
von PV-Modulen
PV-Modulen
aller
aller Technologien
Technologien
1
12.11.2015
12./13.11.2015 - 12. Workshop "Photovoltaik-Modultechnik – Jörg Althaus
Inhalt
Einleitung und Historie
Bauartprüfung (IEC 61215)
Sicherheitsqualifizierung (IEC 61730)
Ausblick
2
12.11.2015
Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologien
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
67%
54%
Anteil von Zertifizierungsprojekten
mit Testdurchfällen
53%
40%
27%
30%
26%
29%
2000 Zertifizierungsprojekte in
Deutschland im Zeitraum 2002 bis 2013
(ab 2007 ist c-Si und DS getrennt
dargestellt)
39%
30%
21%
22%
19%
17%
10%
2002
2003
2004
2005
kristalline Technologien
3
12.11.2015
2006
2007
2008
2009
Dünnschichttechnologien
2010
2011
10%
2012
7%
2013
beide Technologien
!
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 Isolationsprüfung 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
4
12.11.2015
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
5
12.11.2015
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
6
12.11.2015
Motivation zur Anpassung der Standardstruktur
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.
Einfach mal aufräumen!
7
12.11.2015
Status heute
Neue IEC 61215 Serie
Teil 1 – Allgemeine Anforderungen
IEC 61215 Ed 2
Anforderungen
IEC 61215 Ed 2
Prüfprozeduren
Teil 1-1 c-Si
Teil 1-2 CdTe
Teil 1-3 a-Si & µ-Si
IEC 61646 Ed 2
Anforderungen
IEC 61646 Ed 2
Prüfprozeduren
Teil 1-4 CIS&CIGS
...
...
...
Teil 1-x Neue Technologien
Teil 2 – Prüfprozeduren
8
12.11.2015
10 Modules
MQT 01
Vi sual ins pection
MQT 19.1
Initial Stabiliz ation
MQT 02
Max power
determination
Geänderte oder
neue Prüfungen
MQT 03
Insulati on tes t
MQT 15
Wet leak ag e current
test
3 Modul es
Se quence A
Sequenzbenennung
MQT 04
Mea surement of
temperature
co efficients
(see Note 1 )
MQT 05 & MQT 08
Measurement of
NMOT & Outdoor
Ex po sure Test 60
2
kWh/m
(s ee note 2)
MQT 06.1
Performance at
STC
MQT 18
By pass diode
the rmal test (see
Note 2)
MQ T 06.2
Pe rformance at
NMOT (see Note 1)
MQT 07
Performance at
low irradi ance (se e
Note 1)
Begriffserklärung:
2 M odul es
Se quence C
2 Modul es
Sequence D
2 Modul es
Sequence E
MQT 10
UV precondition test
2
15 kWh/m
MQT 11
Thermal cycl ing test
200 cy cles
–40 °C to 85 °C
MQ T 13
Damp heat test
1 000 h
85 °C / 85 % RH
1 Modul e
Sequence B
MQT 1 9.2
Final Sta bil iza tion
MQT 06.1
Pe rform ance at STC
MQT 1 1
Th ermal cycling test
50 cycles
–40 °C to 85 °C
MQT 1 2
Humidity freeze tes t
10 cy cles
–40 °C to 85 °C
85 % RH
MQT 09
Hot-spot
enduranc e test (see
Note 3)
Module Quality Tests (MQT)
IEC 61215 Type Approval
1 Modul e
1 M odul e
MQ T 14.1
Test of cable
anchorage
MQT 14.2
Retention of
junc tion box test
Module Safety Tests (MST)
IEC 61730 Safety requirements
MQT 1 9.2
Final Stabiliza tion
MQT 06.1
Performance at STC
9
12.11.2015
Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller
Technologien
MQT 15
Wet leak age
cu rrent test
1 Module
1 Modul e
MQT 16
Mechan ical
load test
MQT 17
Hai l t est
10 Modules
MQT 01
Visua l ins pection
Neu / verändert
MQT 19.1
Initial Stabiliz ation
MQT 02
Max po wer
determination
Präzisierte
Annahmekriterien
c-Si: bisher ‘Voralterung’
DS: Teile 1-x für Details
MQT 03
Insulati on tes t
MQT 15
We t leak age cu rrent
test
3 M odul es
Sequence A
10
12.11.2015
1 M odule
Se quence B
2 M odul es
Se quence C
2 M odul es
Se que nce D
2 Modules
Sequence E
NMOT (ehemals NOCT): Nominal
Module Operating Temperature
Verbesserung der Datengrundlage
Geändert und in zwei
Sequenzen aufgeteilt (A+B)
3 M odul es
Sequence A
MQT 04
Mea surement of
tem perature
coefficie nts
(se e Note 1 )
MQT 05 & MQT 08
Measureme nt of
NMOT & Outdoor
Ex po sure Test 60
2
kWh/m
(see note 2)
MQT 06.1
Performance a t
STC
MQT 18
By pass diode
the rmal te st (see
Note 2)
MQT 0 6.2
Perform ance at
NMOT (se e Note 1)
MQT 07
Pe rform ance at
low irradi ance (see
Note 1)
MQT 6.1 und 6.2
mit klarer
Trennung
11
1 M odule
Se quence B
12.11.2015
MQT 1 9.2
Final Stabil ization
MQT 06.1
Perform ance at STC
MQT 09
Hot-sp ot
enduranc e test (see
Note 3)
2 M odul es
Se quence C
2 M odul es
Se que nce D
2 Modules
Sequence E
MQT 1 0
UV precond ition test
2
15 kWh/m
MQT 11
Th erm al cycl ing te st
200 cy cles
–40 °C to 85 °C
MQT 1 3
Dam p heat test
1 000 h
85 °C / 85 % RH
MQT 1 1
Therm al cycling test
50 cycles
–40 °C to 85 °C
MQT 1 2
Humidity freeze tes t
10 cy cles
–40 °C to 85 °C
85 % RH
1 Module
1 Module
MQT 16
Mechanica l
load test
MQT 17
Hai l test
c-Si: nicht notwendig
DS: ehemals ‘Lichtalterung’
jetzt Teil 1-x für Details
3 Modul es
Sequence A
2 Modul es
Se quence C
1 Module
Se quence B
2 Modul es
Se que nce D
1 M odul e
1 M odul e
MQT 14.1
Te st of cable
anchorage
MQT 14.2
Reten tion of
ju nc tion box test
Veränderte und präzisierte Prüfung:
ehemals ‘Festigkeit der Anschlüsse’
MQT 19.2
Final Sta biliza tion
MQT 06.1
Performan ce at STC
MQT 15
We t leak age
current test
12
12.11.2015
2 Modules
Sequence E
c-Si: nicht notwendig
DS: 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.
Leistungsbewertung (Annahmekriterien; Kapitel 7)
− Bestätigung der Nennleistung Typenschild (Gate #1) – inklusive
Toleranzen
low
Pmax(NP)
Pmax(NP)
Pmax(NP)
-
-
-
+
+
+
Pmax (NP): Nennleistung (Name Plate)
- : negative Toleranz auf NP
+ : positive Toleranz auf NP
high
Pass: gemessene Ausgangsleistung
inkl. Messunsicherheit (MU) liegt
innerhalb der angegebenen
Leistungstoleranzen.
MQT-19 + Teil 1-x
Fail: Ein oder mehrere Module
haben nach Berücksichtigung der
MU eine Leistung außerhalb der
Herstellertoleranz.
MQT 6.1
low
-
+
-
+
-
+
high
Pass
Pmax (Label/Fab)
low
13
Pmax(NP)
Pmax(NP)
Pmax(NP)
-
-
-
+
12.11.2015
+
+
high
Fail
13
13
Beispiel:
Modulfamilie für Zertifizierung: Leistungsklassen 180 W bis 220 W und Toleranz +/-3 %
Pmax(NP)
174.6 W
+
Höchste Klasse: 220 W
Mittlere Klasse: 200 W
Untere Klasse: 180 W
Pmax(NP)
…
185.4 W
194.0 W
+
Pmax(NP)
…
206.0 W
213.4 W
+
226.6 W
MQT-19 + Part 1-x
Pass
MQT 6.1
-
+
…
-
+
…
174.6 W
185.4 W
14
12.11.2015
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 %
Pmax(NP)
174.6 W
+
Höchste Klasse: 220 W
Mittlere Klasse: 200 W
Untere Klasse: 180 W
Pmax(NP)
…
185.4 W
194.0 W
+
Pmax(NP)
…
206.0 W
213.4 W
+
226.6 W
MQT-19 + Part 1-x
Fail
MQT 6.1
-
+
…
-
+
…
174.6 W
185.4 W
15
12.11.2015
194.0 W
206.0 W
213.4 W
+
226.6 W
Leistungsdegradation (Annahmekriterien am Ende der Sequenzen)
− 95 % der Nennleistung abzgl. Toleranz (Gate #2)
Alle Module der Qualifizierungsprüfung
(x Module)
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
Typenschild inklusive Toleranz niedrigste theoretisch erlaubte
Modulleistung der Leistungsklasse
#1: 97 W
#2: 200 W
5 % Kriterium
Definition: 100 % Leistung
Stress Tests
MQT-19 + Part 1-x
16
12.11.2015
MQT 6.1
> 95 % Power PASS
< 95 % Power FAIL
#1: > 92.2 W
#2: > 190 W
#1: < 92.2 W
#2: < 190 W
Ende
2011
2009
Erster Entwurf
für Edition 2
Mai 2013
Jan. 2014
Erste Präsentation
eines neuen
Entwurfs des
Projektteams an
IEC TC82/WG2
Veröffentlichung von IEC
61730-1 Ed. 2
als CD
Verteilung
eines
Entwurfs der März 2013
Edition 2 an Amd. 2 für
Edition 1
Nationale
Komitees
2011
Amd. 1 zu
Edition 1
Veröffentlichung Edition 1
17
12.11.2015
Einarbeitung
aller
Kommentare
Mai 2014
Gründung einer
Projektteams um
einen verbesserten
Entwurf für Ed. 2 zu
erstellen.
Deadline für
Kommentare
Jan. 2012
Entwurf abgelehnt
Positive Abstimmung
mit zahlreichen
Kommentaren
hauptsächlich zu
Isolierstoffen
Juni 2014
Feb. 2013
2004
Juni 2015
November 2015
FDIS Verteilung
Q3 2016
vorraussichtliche
Veröffentlichung
Dezember
2014
Oktober 2013 CDV eingereicht
Präsentation des
überarbeiteten
Entwurfs
September 2015
FDIS Entwurf an
TC82/WG2 zur
Durchsicht gesandt
Motivation zur Überarbeitung
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
Einfach mal aufräumen!
18
12.11.2015
Festlegungen
Überspannungskategorie III
Protection class
(I EC 61140)
Schutzklassen anwendungsabhängig – üblicherweise SK II
Verschmutzungsgrad (Pollution Degree; PD)
stark abhängig vom Moduldesign und der
Position im Modul
Application class
(I EC 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
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.
19
12.11.2015
Luft- und Kriechstrecken
≥X mm
≥X mm
<X mm
<X mm
Luftstrecke
Kriechstrecke
Verkapselung
Innerer Stromkreis
mögliche Lötspitze, etc.
Frontabdeckung
Bewertete Luftstrecke (cl) bzw.
Kriechstrecke (cr)
Rückseitenfolie
Solarzelle
bewertete Strecke durch
einen Isolator (dti)
Echte Luftstrecke (cl)
bzw. Kriechstrecke (cr)
Dicke in dünnen Lagen
20
12.11.2015
Normative Neustrukturierung der Typ- und Sicherheitsprüfung von PV-Modulen aller Technologie
aller Technologien
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.
Innerer Stromkreis
Glass
Verkapselung
Bewertete Luftstrecke (cl) bzw.
Kriechstrecke (cr)
Solarzelle
bewertete Strecke durch
einen Isolator (dti)
feste Verbindung
(cemented joint)
Strecke durch eine
dauerhafte Verbindung
21
12.11.2015
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 UL746A
Abschnitt 5.3
CTI > 250 (Usys < 600 V)
+Tabelle 1
(z.B. V-1 für HAI = 30)
V-1
MST 24
MST 35
MST 36
Kugeldruckprüfung
Anhang B
Abschnitt 2.1.4.1. Materialgruppen
+ relevante MSTs
Dicke eines Isolators
(z.B. Rückwandfolie)
Nicht definiert,
Limitiert durch
Teilentladungsprüfung
150 µm
Tabelle 3 und 4,
1 b) Dicke in dünnen Lagen
Luftstrecke
8.4 mm
(Tabelle 4 in
Edition 1)
14.0 mm
Tabelle 3 und 4,
1 a) leitende Teile und äußere
berührbare Oberflächen
Kriechstrecke
Nicht definiert und
unterschiedlich interpretiert
6.4 mm für PD=1
10.0 mm für PD=2
und MG=I
Tabelle 3 und 4,
1 a) leitende Teile und äußere
berührbare Oberflächen
22
12.11.2015
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)
23
12.11.2015
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Für noch mehr Klarheit:
Jörg Althaus
Geschäftsfeldleiter - Solarenergie
Director of Global Competence Center PV Modules
Tel: + 49 221 806 ext. 5222
E-Mail: [email protected]
Web: www.tuv.com/solarenergy
Selected 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)
24
12.11.2015

Normative Neustrukturierung

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