2021版IEC 61215 系列標(biāo)準(zhǔn)全項(xiàng)測(cè)試能力覆蓋

鑒衡認(rèn)證中心致力于為中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。作為“國(guó)家能源風(fēng)能太陽(yáng)能仿真與檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”依托單位，鑒衡在浙江嘉興建有華東光伏檢測(cè)中心，目前具備2021版IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)全項(xiàng)測(cè)試能力。

2021版IEC 61215系列標(biāo)準(zhǔn)已于2021年2月23日正式發(fā)布，此次標(biāo)準(zhǔn)的變動(dòng)對(duì)近年來(lái)不斷創(chuàng)新的光伏組件技術(shù)做出了新的規(guī)定和要求。鑒衡認(rèn)證中心的技術(shù)專家作為IEC TC82標(biāo)委會(huì)正式成員一直積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，實(shí)時(shí)跟進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程并就標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)和更新內(nèi)容及時(shí)向行業(yè)分享。

此次新發(fā)布的版本被稱之為繼2016版之后的第二版，這也是IEC 61215（1993年第一次發(fā)布）發(fā)展史上的第四次重大版本迭代。

在2021版IEC 61215-1標(biāo)準(zhǔn)中，明確定義了雙面組件,即組件的正反兩面都能通過(guò)光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化為電能，但是在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試要求中還有一個(gè)附加定義，即制造商需要在銘牌或者數(shù)據(jù)表中聲明該組件的最大功率雙面系數(shù)需≥20%，才能把組件定義為雙面組件。如果組件被作為單面組件受測(cè)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室需至少采取下列方法中的一種驗(yàn)證組件是單面：

• 電池制造商提供信息證明電池片背面為完全金屬化

• 組件制造商提供背板光譜解析傳輸數(shù)據(jù)

• 根據(jù)IEC 60904-1-2的測(cè)試方法測(cè)試一塊樣品以確定雙面系數(shù)

雙面組件的術(shù)語(yǔ)

⑴雙面系數(shù)

即雙面組件正反面電參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下的比值，短路電流雙面系數(shù)φIsc=ISCr/ISCf、開路電壓雙面系數(shù)φVoc=VOCr/VOCf和最大功率雙面系數(shù)φPmax=Pmaxr/Pmaxf，其中r=組件背面參數(shù)，f=組件正面參數(shù)。雙面組件的雙面系數(shù)主要考量的是雙面組件背面和正面的一個(gè)發(fā)電效率比。系數(shù)越高，則背面的發(fā)電效率就越接近于正面。

⑵雙面銘牌輻照度（BNPI）和雙面可靠性輻照度（BSI）

• 雙面銘牌輻照度（BNPI）定義為：組件正面接收1000w/m2輻照度同時(shí)背面接收135w/m2輻照度下的電性能，除了輻照度其他測(cè)試條件和STC一致，等效輻照度GE=1000w/m2+φ*135w/m2。

• 雙面可靠性輻照度（BSI）：組件正面接收1000w/m2同時(shí)背面接收300w/m2輻照度下的電性能，除了輻照度其他測(cè)試條件和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）一致，等效輻照度GE=1000w/m2+φ*300w/m2。

圖1  不同地表反射率率和雙面組件綜合輻照度之間的關(guān)系

圖1中縱軸包括兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):1300w/m2和1135w/m2。135w/m2對(duì)應(yīng)于IEC 60904-3中定義的環(huán)境條件下雙面組件離地高度1米時(shí)背面所接受到的平均輻照度?；诖说玫降碾p面組件在BNPI條件下的測(cè)試結(jié)果不僅與傳統(tǒng)STC條件下的結(jié)果具有良好的兼容性，并且使在相同的條件下對(duì)雙面和單面組件的光伏性能進(jìn)行直接對(duì)比成為可能。除此外，BNPI條件下的性能測(cè)試結(jié)果也可以為組件選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供具有價(jià)值的參考信息。由于背面發(fā)電，雙面組件在戶外通常比單面組件產(chǎn)生更高的電流。較高的電流可能導(dǎo)致光伏組件局部溫度過(guò)高，特別是在發(fā)生電流聚集的區(qū)域。因此新版2021版 61215標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)測(cè)試條件相應(yīng)進(jìn)行了修訂來(lái)反映出雙面組件在戶外高電流的情況。1300w/m2是綜合各種不同應(yīng)用場(chǎng)景下可能達(dá)到的背面輻照度的極端情況、實(shí)際應(yīng)用中這些場(chǎng)景的出現(xiàn)概率而確定的一個(gè)較為合理的強(qiáng)度，從圖1中也可以看出1300w/m2這個(gè)點(diǎn)已經(jīng)能覆蓋絕大部分的地表反射率，可以被認(rèn)為是一個(gè)合理的針對(duì)雙面組件可靠性驗(yàn)證測(cè)試的背面輻照度。

雙面組件的性能標(biāo)定

雙面組件的性能標(biāo)定需要在STC和BNPI兩個(gè)條件下同時(shí)符合Gate 1的判定。在Gate 2判定中，只針對(duì)BNPI再次進(jìn)行判定，對(duì)STC則不作要求。

判定公式如圖2所示，其中m1 和 t1 分別為Pmax 的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試不確定度和生產(chǎn)商給出的功率公差上限的百分比。r則代表實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的可復(fù)性。

圖2  雙面組件性能標(biāo)定

雙面組件的測(cè)試方法

雙面組件的相關(guān)測(cè)試方法依據(jù)IEC TS 60904-1-2。從下列測(cè)試框架中可以了解到雙面組件的雙面系數(shù)，單面照射和雙面照射的測(cè)試方法。

雙面組件的雙面系數(shù)測(cè)量方法

測(cè)試框架如圖3所示。

圖3  雙面組件雙系數(shù)測(cè)試

測(cè)試程序總共分位四個(gè)步驟：

1. 正面STC測(cè)試，確保組件背面的輻照度小于3w/m2

2. 反面STC測(cè)試，確保組件正面的輻照度小于3w/m2和組件零部件對(duì)電池的遮擋影響降到最低

3. 通過(guò)兩次正反面的電性能測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算三個(gè)雙面系數(shù)

4. 基于三個(gè)雙面系數(shù)，計(jì)算之后的等效輻照度

雙面組件的單面等效輻照度測(cè)試方法

測(cè)試框架如圖4所示。

圖4  雙面組件等效輻照度測(cè)試

測(cè)試程序分位四個(gè)步驟：

1. 組件背面輻照度不超過(guò)3w/m2

2. 根據(jù)雙面系數(shù)計(jì)算雙面組件的等效輻照度

3. 調(diào)節(jié)太陽(yáng)能模擬器輻照度至等效輻照度GE

4. 測(cè)試得出BNPI或者BSI條件下的電性能

• 銘牌標(biāo)定等效輻照：GE=1000w/m2+φ*135w/m2，φ取電流和功率雙面系數(shù)中較小的一個(gè)。

• 雙面可靠性測(cè)試等效輻照：GE=1000w/m2+φ*300w/m2，φ取電流和功率雙面系數(shù)中較小的一個(gè)。

雙面組件雙面照射測(cè)試方法

測(cè)試框架如圖5所示。

圖5 雙面組件雙面照射

測(cè)試程序分位五個(gè)步驟：

1. 具備雙面同時(shí)照射能力的太陽(yáng)能模擬器

2. 組件四周均為非反光材料，避免兩個(gè)光源的反射

3. 正面輻照度1000w/m2

4. 背面同時(shí)照射輻照度135w/m2或者300w/m2

5. 測(cè)試BNPI或BSI條件下的電性能參數(shù)

線性推算法測(cè)試BSI下的電性能參數(shù)：

由于太能能模擬器可能達(dá)不到測(cè)試BSI的要求，因此可以用低輻照度下的電性能參數(shù)來(lái)推算高輻照度下的電性能參數(shù)，公式如圖6所示：

圖6 公式推算法

雙面組件的銘牌、文件和可靠性測(cè)試

雙面組件的銘牌需要額外包含雙面系數(shù)和BNPI下的電性能參數(shù)，銘牌簡(jiǎn)單例子如圖7所示。

圖7  雙面組件銘牌案例

針對(duì)雙面組件的數(shù)據(jù)表或安裝手冊(cè)被要求包含：

1. BNPI下的Voc，Pmax和Isc以及??Isc，??Voc和??Pmax三個(gè)雙面系數(shù)

2. 包含雙面組件的安全因子，推薦1.25xIsc-BSI作為電氣零部件的選型

3. 包含期望的地面反射輻照度（反射率，地表覆蓋，安裝高度等）

4. 包含可能導(dǎo)致需要特殊考慮的更高功率輸出的具體應(yīng)用條件

5. 包含聲明-建議外部或其他人工集中照射或反射陽(yáng)光，例如改變地面反射率，不能直接照射到組件正面和反面（適用于組件沒(méi)有獲得相關(guān)聚光資質(zhì)測(cè)試的情況）

雙面可靠性測(cè)試要求

由于背面發(fā)電，雙面組件在戶外通常比單面組件產(chǎn)生更高的電流。較高的電流可能導(dǎo)致光伏組件局部溫度過(guò)高，特別是在發(fā)生電流聚集的區(qū)域。這會(huì)影響到光伏系統(tǒng)的可靠性，尤其是對(duì)焊接點(diǎn)的金屬疲勞和旁路二極管的耐久性。因此2021版IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)測(cè)試條件相應(yīng)進(jìn)行了修訂來(lái)反映出雙面組件在戶外高電流的情況。

正如在IEC60904-3規(guī)定的環(huán)境條件中模擬計(jì)算的結(jié)果所示（見(jiàn)圖1），雙面組件在地面反射率較高的情況下接受到的總輻照度大大增加。背面輻照度 300W/m2被認(rèn)定為典型的戶外運(yùn)行情況下可達(dá)到的最苛刻條件。因此2021版IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的測(cè)試增加了等效輻照度 GE =1000W/m2 + φ?300 W/m2時(shí)對(duì)應(yīng)的測(cè)試要求。以下表1中為IEC標(biāo)準(zhǔn)中基于單面組件的原測(cè)試條件針對(duì)于雙面組件所作出的修改即加嚴(yán)測(cè)試。熱循環(huán)測(cè)試（MQT 11）、熱斑耐久測(cè)試（MQT 09）以及旁路二極管測(cè)試（MQT 18）中所要求的電流Impp或者 Isc，增加至它們相對(duì)應(yīng)的(1000 + φ?300) W/m2 輻照度下的Impp或者 Isc值；對(duì)紫外預(yù)處理測(cè)試（MQT 10）增加至兩面照射紫外線。

表1 雙面組件的加嚴(yán)測(cè)試條件

其他雙面相關(guān)的測(cè)試要求：

• 溫度系數(shù)（MQT 04）：測(cè)量雙面組件時(shí)需要確保組件背面用不反光遮擋物覆蓋

• 低輻照度下的性能（MQT 07）：在使用隔板遮蓋組件邊緣的前提下分別測(cè)量組件的低輻照度下的性能

• 熱斑耐久測(cè)試（MQT 09）：可使用加強(qiáng)輻照度單面打光或雙面同時(shí)打光兩種方法進(jìn)行曝曬，輻照度需滿足BSI要求

• 旁路二極管測(cè)試（MQT18）：針對(duì)雙面組件的二極管熱性能測(cè)試的電流注入應(yīng)為BSI條件下的Isc

柔性組件定義

光伏組件擁有曲率半徑且至少在一個(gè)方向上的曲率半徑值不大于500mm。需要注意的是，具有剛性形狀的彎曲組件不被認(rèn)為是柔性組件。曲率半徑如圖8所示。在測(cè)試時(shí)，施加的曲率半徑不得小于制造商規(guī)定值。

圖8 曲率半徑示意圖

柔性組件銘牌和文件

銘牌和文件都必須包括柔性組件的曲率半徑，在文件中需要包含柔性組件的安裝方法。

柔性組件額外的測(cè)試

在此次2021版IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)柔性組件，特別新增了一項(xiàng)測(cè)試-MQT 22彎曲測(cè)試以及對(duì)其他測(cè)試進(jìn)行修正。

在柔性組件功率測(cè)試過(guò)程中，柔性組件應(yīng)在平面位置上進(jìn)行測(cè)試。

在涉及到需要對(duì)組件進(jìn)行安裝的測(cè)試如機(jī)械載荷、冰雹、濕熱等測(cè)試時(shí)，柔性組件需要根據(jù)制造商規(guī)定的安裝方法進(jìn)行測(cè)試，如在柔性組件下面放置規(guī)定基底等方法固定。彎曲測(cè)試介紹如下。

⑴測(cè)試意義

為了驗(yàn)證柔性組件是否能夠按照制造商規(guī)定的曲率半徑和方向進(jìn)行成功的彎曲。

⑵測(cè)試設(shè)備

一個(gè)圓柱體其直徑等于兩倍的該組件曲率半徑，將測(cè)試組件彎曲在該圓柱體上；測(cè)試過(guò)程中能監(jiān)控電氣連續(xù)性的設(shè)備；試驗(yàn)的環(huán)境溫度為25±5℃。

⑶測(cè)試程序

將待測(cè)試組件進(jìn)行電路監(jiān)控裝配，以便于測(cè)試過(guò)程中能監(jiān)控到組件內(nèi)部的電氣連續(xù)性狀態(tài)；把待測(cè)試組件的一頭放置在圓柱體上，滾動(dòng)圓柱體對(duì)該組件進(jìn)行彎曲測(cè)試，假如該組件足夠大以至于滾完一圈還不能全部彎曲組件，則需要繼續(xù)滾動(dòng)直到組件所有部分都已經(jīng)彎曲在圓柱體上；反向滾動(dòng)圓柱體，使該組件脫離圓柱體回復(fù)原樣；重復(fù)第二和第三步驟25次；該測(cè)試被放置在序列E機(jī)械載荷后面。

⑷測(cè)試要求

測(cè)試過(guò)程組件內(nèi)部電氣連續(xù)性正常；外觀檢查無(wú)缺陷；濕漏電檢查無(wú)缺陷。

超大尺寸組件和代表樣品定義

一塊組件的尺寸如果超過(guò)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)商用太陽(yáng)能模擬器尺寸（2.2mx1.5m），那么該組件就被認(rèn)為是超大組件。需要注意的是，超大組件的具體定義為任何一邊長(zhǎng)度超過(guò)2.2m或者兩邊長(zhǎng)度均超過(guò)1.5m，例如3mx0.3m是超大組件，2.2mx2.2m也是超大組件，2.1mx1.4m則不被認(rèn)為是超大組件。由于組件的持續(xù)發(fā)展，超大組件的門檻（2.2mx1.5m）在以后的標(biāo)準(zhǔn)更新中可能會(huì)提高。

由于組件尺寸過(guò)大，在一些測(cè)試中測(cè)試設(shè)備難以容納下超大組件，因此產(chǎn)生了代表樣品的概念。代表樣品是用來(lái)替換那些由于設(shè)備尺寸限制而無(wú)法進(jìn)行測(cè)試的超大組件。一塊代表樣品需要包含一塊完整組件所有的零部件，有些重復(fù)零部件可以省略（例如接線盒）。

代表樣品的使用限制

代表樣品可以替換超大組件進(jìn)行IEC 61215中所有的測(cè)試，但是需要受到一些限制，如下所列：

1. 為了和全尺寸組件在關(guān)于質(zhì)量和可靠性相關(guān)的電氣、機(jī)械、溫度方面上保持最大相似性，電池的封裝方法、內(nèi)部電路連接方法、引出端方法、電氣間隙和爬電距離以及絕緣材料厚度都要和全尺寸組件保持一致。

2. 代表樣品的尺寸不小于規(guī)定的超大組件尺寸的一半，例如寬至少為0.75m，長(zhǎng)至少為1.1m。在測(cè)試過(guò)程中可以使用多個(gè)代表樣品尺寸，但是每個(gè)尺寸與之對(duì)應(yīng)的測(cè)試需要在測(cè)試報(bào)告中闡述。

3. Gate 1 標(biāo)定銘牌功率測(cè)試必須在全尺寸組件上測(cè)試驗(yàn)證，Gate 2功率衰減測(cè)試可以用代表樣品進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

4. 如果代表樣品被使用在測(cè)試序列E中，那么一塊額外的全尺寸組件需要被用來(lái)進(jìn)行MQT 16靜態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試以及符合對(duì)應(yīng)的測(cè)試要求。

5. 如果一塊代表樣品被使用在MQT 09熱斑測(cè)試中，那么該代表樣品每一個(gè)二極管所并聯(lián)的電池?cái)?shù)量需要和全尺寸組件保持一致。

6. 如果設(shè)備可以容納下超大組件的測(cè)試，那么推薦使用全尺寸組件不建議使用代表樣品。

2021版IEC 61215把IEC TS 62804-1中的PID測(cè)試和IEC TS 62782動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試正式歸納進(jìn)IEC 61215系列標(biāo)準(zhǔn)。PID測(cè)試是獨(dú)立的一個(gè)序列F，主要測(cè)試內(nèi)容和IEC TS 62804-1保持一致，初始控制測(cè)試和最終控制測(cè)試則和IEC 61215中的其他序列保持一致；動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷測(cè)試被添加到序列C中的紫外預(yù)處理之后，主要測(cè)試內(nèi)容和IEC TS 62782中的定義保持一致。 

光伏組件在不同安裝應(yīng)用條件下，可能會(huì)導(dǎo)致其在高溫下運(yùn)行，這會(huì)引發(fā)對(duì)熱敏感的組件在高溫下持續(xù)衰減、材料加速老化等問(wèn)題。IEC 61215:2016并沒(méi)有對(duì)組件在不同條件下的高溫進(jìn)行管控。因此在新版IEC 61215:2020中引入了IEC TS 63126中的概念，針對(duì)組件可能會(huì)在高溫下運(yùn)行、需要經(jīng)受更加嚴(yán)酷的條件進(jìn)行可靠性測(cè)試，主要包含以下方面：

• 當(dāng)組件應(yīng)用環(huán)境溫度超過(guò)40℃且安裝方式為roof-parallel或者building-integrated時(shí)，組件的T98th超過(guò)70℃則相關(guān)的加嚴(yán)測(cè)試要求需要根據(jù)IEC TS 63126進(jìn)行。

• 98th-percentile temperature 第98分位溫度（T98th）的定義是：組件運(yùn)行時(shí)監(jiān)控得到的一段時(shí)間內(nèi)的一組溫度數(shù)據(jù)，把這組數(shù)據(jù)從小到大按順序排列，那么這個(gè)溫度需要大于這組數(shù)據(jù)內(nèi)98%的值，且至少有2%的時(shí)間超過(guò)這個(gè)溫度。

• Open-rack mount 開架安裝方式-組件安裝位置離地面高度約1m，組件散熱不受限制,T98th≤70℃。

• 規(guī)定Temperature level 1 溫度等級(jí)1: 70℃＜T98th≤80℃。

• 規(guī)定Temperature level 2 溫度等級(jí)2: 80℃＜T98th≤90℃。

相關(guān)加嚴(yán)測(cè)試介紹見(jiàn)表2。

• 在2021版IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中正式提出了光伏組件的變更測(cè)試將依據(jù)IEC TS 62915:2018中的規(guī)定。
  
• 移除了NMOT測(cè)試和NMOT條件下的電性能測(cè)試。
• 針對(duì)TC 200熱循環(huán)測(cè)試過(guò)程中需要在接線盒上添加額外的負(fù)重。針對(duì)不同組件，給接線盒新增5N的負(fù)重，負(fù)重不可與背板接觸，并且離地或組件邊框至少5cm，如果有多個(gè)線盒，只需給其中一個(gè)線盒負(fù)重。
• Gate 1通過(guò)要求修正-小于十塊樣品的，所有組件都需要通過(guò)Gate 1測(cè)試；大于等于十塊樣品的，允許一塊組件失?。蝗绻鲜鰲l件均不滿足，每1塊組件Gate1判定失敗需額外增加2塊樣品進(jìn)行重測(cè)。
• Gate 1判定中增加了一個(gè)系數(shù)1.65/2，對(duì)于輸出功率判定更加嚴(yán)格，對(duì)于短路電流和開路電壓判定更加寬松。
• Gate 1判定中新增對(duì)組件功率下限的判定，對(duì)于組件銘牌最低功率進(jìn)行管控。
• 絕緣測(cè)試中高壓測(cè)試電壓變更，將與新版IEC 61730草案保持一致。
• 如果PID序列Gate 2失效，針對(duì)雙面組件的PID測(cè)試后的增加光穩(wěn)定化處理，輻照量到2kWh且光源光譜需要滿足IEC 60904-9的要求。
• 如果DH序列Gate2判定失效，則需針對(duì)DH樣品增加B-O （boron-oxygen）穩(wěn)定化測(cè)試以保證實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的穩(wěn)定性和一致性。
• 要求實(shí)驗(yàn)室必須使用控制件（不同于測(cè)試序列中的參考組件）用以定期監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室模擬器測(cè)試結(jié)果的漂移情況。

• 增加引用連接器標(biāo)準(zhǔn)IEC 62852和接線盒IEC 62790作為強(qiáng)制要求。

在市場(chǎng)和終端的刺激下，組件制造商持續(xù)提升組件效率，研發(fā)新的組件技術(shù)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在這一波接一波的光伏技術(shù)浪潮不斷涌現(xiàn)的大環(huán)境中，新版IEC 61215的出現(xiàn)將成為這翻騰海浪下的”定海神針”，與制造企業(yè)協(xié)同，在追求高效的背后堅(jiān)守產(chǎn)品質(zhì)量，為新型組件產(chǎn)品把好質(zhì)量關(guān)。

隨著國(guó)家3060戰(zhàn)略目標(biāo)和十四五規(guī)劃的開啟，我們還將見(jiàn)證更加先進(jìn)、更加高效、更加跨時(shí)代的光伏組件產(chǎn)品，鑒衡也將持之以恒為行業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。CGC

以認(rèn)證創(chuàng)造價(jià)值