IEC 61215 PV Modül Nitelendirmesi — Hangi Stresi Hangi Cihaz Taşır.

Bir fotovoltaik modül, hiçbir laboratuvarın bekleyerek göremeyeceği bir hizmet ömrü için nitelendirilir. Karasal PV modüllerin tasarım nitelendirmesi ve tip onayı standardı IEC 61215, kristal silisyum ve ince film tasarımlarının her ikisini de kapsar; test dizisini tamamlayan bir modülün, genel açık hava iklimlerinde yirmi yıl ve üzeri güvenilir çalışma beklentisini makul ölçüde karşıladığı kabul edilir. Kimse bir aday tasarımı satışa çıkarmadan önce yirmi yıl dışarıda bekletemez; standart bu yüzden maruziyetin hasar veren kısmını kabin dizilerine sıkıştırır: birikmiş UV dozu, nemli yazlar, ayaz sabahlar, çerçeveyi yoklayan rüzgâr ve kar yükü.

Aşağıdaki harita, nitelendirme dizisini bir laboratuvarın gördüğü biçimde izler: her test ailesi hangi stresi uygular ve o stresi hangi cihaz sınıfı taşır. Bunu el kitabı değil, yol haritası olarak okuyun; prosedürler, test şiddetleri ve geçti/kaldı ölçütleri için standardın kendi metninin yerini hiçbir özet tutmaz.

MQT dizisinin iskeleti

IEC 61215, testlerini Modül Nitelendirme Testleri (MQT) başlığı altında düzenler; her testin bir MQT numarası vardır ve adlara bakmak bile dizinin iki tür faaliyeti harmanladığını gösterir. Bir kısım MQT ölçer: gözle muayene (MQT 01), maksimum güç tayini (MQT 02), yalıtım testi (MQT 03), sıcaklık katsayıları (MQT 04), STC ve NMOT koşullarında performans (MQT 06). Bir kısmı ise yorar: sıcak nokta dayanımı (MQT 09), UV ön şartlandırma (MQT 10), 200 çevrimlik termal döngü (MQT 11), 10 çevrimlik nem-donma (MQT 12), 1000 saatlik nemli ısı (MQT 13), statik mekanik yük (MQT 16) ve dolu (MQT 17). Listeyi stabilizasyon (MQT 19) tamamlar. Bir nitelendirme programı bu ikisinin iç içe geçmesidir; stres bacaklarının söylediği, ölçüm bacaklarının üzerinden okunur.

Program kapsamı belirlenirken IEC 61215'e eşlik eden iki belge önem taşır. İlki, PV modül güvenlik standardı IEC 61730'dur; iki standart genellikle birlikte yürütülür. İklimsel bacakların altındaki çevresel koşullandırma ise IEC 60068-2 serisine dayanır; savunma ve aviyonik standartlarının atıf yaptığı temel yöntemler de aynı seriden gelir. PV işi için ilgili kısımlar, IEC 60068-2-52 çevrimli tuz sisi ile IEC 60068-2-78 sabit durum nemli ısısıdır.

UV ön şartlandırma: neden dizinin başında koşulur

MQT 10, modülü tanımlı bir ultraviyole ışınım dozuna maruz bırakır; buradaki bilinçli tercih, malzeme ve yapışma bozulmalarını termal döngü ile nem-donma testleri uygulanmadan önce ortaya çıkarmaktır. Hasar tablosu, güneşte plastik parça unutmuş herkese tanıdık gelir: kaplama malzemesinde sararma veya solma, plastiklerde, kaplamalarda ve contalarda çatlama ya da deformasyon, elektriksel verimde ölçülebilir bir düşüş.

Cihaz sınıfı güneş paneli UV test kabinidir ve görevi gösterişsiz ama nettir: standardın istediği kontrollü ışınım şiddetini ve birikmiş dozu vermek. Nitelendirme maruziyetini lambayı açık bırakmaktan ayıran şey doz kontrolüdür; testi tanımlayan, kaynağın ne kadar süre yandığı değil, modülün aldığı ultraviyole enerjidir.

İklimsel blok

Dizinin iklimsel çekirdeğini üç MQT oluşturur ve laboratuvarda bu üçü çoğunlukla aynı makineyi paylaşır: test prosedürlerini barındıran bölüm olan IEC 61215-2'de tanımlı sıcaklık ve nem profillerini yürüten bir iklimsel koşullandırma kabini.

Termal döngü (MQT 11)

Modül, -40 °C ile +85 °C arasında iki yüz sıcaklık çevriminden geçirilir; her çevrimde sıcaklık, her iki sınır değerde de belirli bir süre sabit tutulur. Sonrasındaki muayene, tekrarlı genleşme ve büzülmenin geride bıraktıklarını arar: hücrelerde mikro çatlaklar, bağlantı noktası hataları, modül yapısında mekanik deformasyon.

Nemli ısı (MQT 13)

Dayanım bacağı: 85 °C ve %85 bağıl nemde, sabit tutularak 1000 saat. Nemin modülün iç yapısına yol bulup bulmadığını ve bunun elektriksel performansa ne yaptığını tartar; klasik bulgular korozyon ve laminasyon bozulmalarıdır. Mühendisler kısaca 85/85 der; bin saat, kabini aralıksız yaklaşık altı hafta meşgul eder ve laboratuvar takviminin geri kalanı genellikle bu rezervasyonun etrafına kurulur.

Nem-donma (MQT 12)

Modülün tanımlı bir süre yüksek nem altında tutulup ardından hızla dondurulduğu on çevrim. Asıl mesele bu eşleşmedir. Ilık ve nemli evre nemi modülün içine işletir; ani donma, o nemi ulaştığı her noktada strese çevirir. Nemli ısının ölçtüğü bu değildir ve standart iki sorunun da yanıtlanmasını ister.

Üç bacağı tek bir kabin sınıfı taşıyabilir. Somut bir örnek vermek gerekirse, ULMEKA kataloğundaki iklimsel koşullandırma kabini IEC 61215-2 iklim dizilerini IEC 60068-2-52 tuz sisi çevrimiyle birlikte kapsayacak şekilde belirtilmiştir; profiller PLC ve HMI kontrolünde yürütülür.

Mekanik yük: statik ve döngüsel

Dizinin kendi içinde MQT 16 statik bir mekanik yük uygular. Oysa açık havadaki mekanik ömür nadiren statiktir; rüzgâr hamleleri ve kar yükü gelir, geçer ve geri gelir. Tekrarlı tarafı, IEC TS 62782'nin döngüsel dinamik mekanik yük testi ele alır: hücre çatlaklarını ve ara bağlantı yorulmasını ortaya çıkarmak için modül tekrarlı it-çek yüklere maruz bırakılır; bu genellikle IEC 61215 gibi ileri nitelendirme çalışmaları öncesinde bir ön şartlandırma adımıdır.

Bu bacağa kendi donanımı gerekir: monte edilmiş modülü standardın tanımladığı çevrim boyunca iten ve çeken bir yük çerçevesi. Muayeneyi yapanın sonrasında aradığı, tekrarlı yükleme altında biriken mikro çatlaklar ve yapısal deformasyonlar ile bunların peşinden gelen elektriksel bozulmadır.

Kıyı kurulumları için tuz sisi

Kıyı yakınına kurulan modüller tuz yüklü bir atmosferde yaşar; uzun vadeli tehdit, panel yüzeyinde ve bağlantı noktalarında korozyon ile yüzey kaplamalarının bozulmasıdır. Bunu değerlendirmekte kullanılan çevrimli tuz sisi testini IEC 60068-2-52 tanımlar; PV işi için çapraz atıf yapılan iki IEC 60068-2 yönteminden biridir. Püskürtme fazı boyunca tuzlu su çözeltisi kabine aralıksız püskürtülür; konsantrasyonu ve püskürtme süresini standart belirler. Bu fazı, korozyon etkilerinin gelişip değerlendirilebilmesi için nemli ortamda depolama izler.

Test yalnızca korozyon bulgularıyla kapanmaz. Tuzlu maruziyetin ardından modülün elektriksel özellikleri ölçülür — özellikle maksimum güç çıkışı (Pmax), açık devre gerilimi (Voc) ve kısa devre akımı (Isc) — çünkü soru en sonunda modülün nasıl göründüğü değil, hâlâ performans verip vermediğidir. Bu işi yapan kabin, çevrimin tanımladığı iki fazı da kaldırmak zorundadır: önce tuz sisi çökeltme, sonra nemli depolama.

MIL-STD-810 Metot 505 başka bir sorudur

İkisi de numuneye yoğun ışık doğrulttuğu için laboratuvarlar zaman zaman MIL-STD-810 güneş ışınımı kabini ile 61215 UV kabininin birbirinin yerine geçip geçmeyeceğini sorar. Niyetler farklıdır. MIL-STD-810H Metot 505.7 iki amaç sayar: güneş ışınımının donanım üzerindeki ısınma etkilerini değerlendirmek ve uzun süreli güneş maruziyetinin yol açtığı fotokimyasal bozulmayı, yani aktinik etkileri belirlemek. İki prosedür sunar: Prosedür I, 24 saatlik güneş çevriminin ısınma etkilerine bakan çevrimli bir testtir; Prosedür II ise aktinik bozulmayı hızlandırmak için yoğunlaştırılmış sabit durum maruziyetidir. Kabin, ksenon ark veya metal halojenür lambalardan 1120 W/m² ± 47 W/m² şiddetinde tam spektrum ışınım üretir; numunenin gördüğü ısınmanın gerçeği temsil etmesi için hava akışı ve kabin sıcaklığı kontrol altında tutulur.

Bu, donanım dayanıklılığı sorusudur: boya yüzeyleri çatlayıp tebeşirlenecek mi, elastomerler sertleşecek mi, genleşme katsayıları farklı metal parçalar güneşte eşit ısınmadığı için bir mekanizma sıkışacak mı. IEC 61215'in UV bacağı ise başka bir şeydir: nitelendirme zincirinin içinde, ardından gelen iklimsel bacakların bulması beklenen yapışma ve malzeme zayıflıklarını açığa çıkaracak şekilde boyutlandırılmış bir ön şartlandırma dozu. Metot 505.7 kendi sınırlarını da çizer: kapalı bir muhafaza içindeki donanım için uygun değildir — bu tür donanımın yeri yüksek sıcaklık yöntemi 501.7'dir — ve güneş ışınımı ortamı farklı olduğundan uzay uygulamalarına da uymaz. Bu yöntem için katalogdaki makine 295–800 nm spektral aralığını kapsar; kabin sıcaklığı 25 °C ile 90 °C arasında kontrol edilir. Cihaz sınıfları akrabadır, ama hizmet ettikleri test planları aynı değildir ve biri diğerinin yerini tutmaz.

Laboratuvar için planlama notları

Bir PV nitelendirme programının pratikte sorunsuz yürüyüp yürümeyeceğini belirleyen başlıklardan bazıları:

• Dizi sırasını aklınızda tutun. UV ön şartlandırmanın termal döngü ile nem-donmanın önünde durmasının bir nedeni var; dozu, o bacakların ortaya çıkaracağı bozulmayı hazırlar. Dizide başka bir yere alınırsa zincirin bulabilecekleri değişir.
• Takvimi nemli ısı bacağının etrafına kurun. Aralıksız altı kabin haftası; bu yüzden o rezervasyonu her şeyden önce yapın ve altyapı tarafında testi yarıda kesebilecek hiçbir şey kalmadığından emin olun.
• Döngüsel dinamik yükün kapsamda olup olmadığına erken karar verin. IEC TS 62782 genellikle ileri nitelendirme öncesi ön şartlandırma olarak yürütülür; yeri planın başıdır ve iklim kabinini değil, kendi yük çerçevesini ister.
• Tuz sisini bir kurulum yeri sorusu olarak ele alın. IEC 60068-2-52 çevrimi, modüller kıyıya ya da benzeri tuz yüklü sahalara gidecekse yerini hak eder; maruziyet sonrası elektriksel ölçümler (Pmax, Voc, Isc) plana en baştan yazılmalıdır.
• Ölçüm noktalarını plana yazın. Dizi, stres bacaklarının yanında ölçüm MQT'leri de içerir; bir test planı hangi ölçümlerin ne zaman alınacağını söylemelidir. Bu ölçümler olmadan bir stres sonucunun kıyaslanacağı referans yoktur.

ULMEKA'nın yeri

ULMEKA, yukarıda anlatılan sınıflarda laboratuvar cihazı tasarlar ve üretir: IEC 61215'e atıflı güneş paneli UV test sistemleri, IEC 61215-2'nin termal döngü, nemli ısı ve nem-donma profilleri için iklimsel koşullandırma kabinleri, IEC TS 62782'ye göre döngüsel dinamik mekanik yük test cihazları, IEC 60068-2-52'ye göre tuz sisi koşullandırma kabinleri ve MIL-STD-810H Metot 505.7 için güneş ışınımı test makineleri. Bunlar katalog cihaz sınıflarıdır; burada bir test planının donanımla eşleştirilebilmesi için anlatılmıştır. Belirli bir programın konfigürasyonu — kabin boyutlarından tam profillere ve enstrümantasyona kadar — programın gerçekten atıfta bulunduğu standartların baskıları ve test şiddetleri üzerinden teklif aşamasında netleştirilir.