Bauartzertifizierung von Konzentrator Photovoltaik (CPV)-Modulen und -Anordnungen entsprechend IEC 62108:2007 / EN 62108:2008

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1 Bauartzertifizierung von Konzentrator Photovoltaik (CPV)-Modulen und -Anordnungen entsprechend IEC 62108:2007 / EN 62108:2008 TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Geschäftsfeld Regenerative Energien Oktober 2010

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3 Bauartzertifizierung von Konzentrator Photovoltaik (CPV)- Modulen und -Anordnungen nach IEC bzw. EN Einleitung, Überblick Die Produktzertifizierung von CPV-Modulen und -Anordnungen für Freiluftklimate beruht auf internationalen Normen der Reihe IEC Grundlegende Umweltprüfverfahren sowie den Standards für kristalline PV-Module IEC und IEC Wesentliche Vorarbeit bei der Definition von speziellen Prüfverfahren für CPV-Module und -Anordnungen wurden 2001 in der IEEE 1513 Recommended Practice for Qualification of Concentrator Photovoltaic (PV) Receiver Sections and Modules Design qualification and Type Approval festgelegt. Ende 2007 ist der internationale Standard IEC 62108:2007 in Anlehnung an den IEEE 1513 verabschiedet worden. Eine identische europäische Norm (EN 62108:2008) wurde im Jahr 2008 ratifiziert. Die IEC umfasst die Betrachtung aller Einflussgrößen, die für die Alterung von CPV- Modulen und -Anordnungen verantwortlich sind. Sie beschreibt die verschiedensten Qualifikationstests auf Basis der künstlichen Beanspruchung der Materialien. Im Einzelnen wird zwischen Strahlungsbeanspruchung, thermischer Beanspruchung und mechanischer Beanspruchung unterschieden. Die unterschiedlichen Testsequenzen der IEC werden für CPV-Module sowie für CPV-Anordnungen verwendet. Module bilden eine Einheit aus einem optischen Element und dem Empfänger. Anordnungen hingegen bestehen oft aus getrennten Einheiten von Empfängern und optischen Reflektoren, die zusammen ein System ergeben. Um den unterschiedlichen Bauarten gerecht zu werden, erlaubt die Norm unterschiedliche Temperaturen bei den thermischen Beanspruchungen. Höhere maximale Temperaturen erlauben kürzere Prüfzeiten um denselben Alterungseffekt zu erzielen. Für Materialien mit niedrigeren Betriebstemperaturen können niedrigere Prüftemperaturen gewählt werden, was wiederum Einfluss auf die Prüfdauer hat. Eine Sicherheitsprüfung ist nicht Bestandteil der Norm. Ein eigenständiges Prüfverfahren zur Sicherheitsqualifikation wird zurzeit ausgearbeitet. In der Zwischenzeit kann die Sicherheitsqualifikation für PV-Module IEC als Basis angesehen werden. 3 / 6

4 Beschreibung der Testprozeduren Das folgende Diagramm zeigt die Testsequenzen nach IEC 62108: 4 / 6

5 Übersicht der IEC bzw. EN Code Qualifikations-Test Testbedingungen 10.1 Sichtprüfung Entsprechend detaillierter Liste Leistungsmessung in Nebeneinanderanordnung Leistungsmessung Sonnensimulator Messung der Dunkelkennlinie wolkenfrei DNI > 700W/m² Abweichung < 2% in 5 min Intervall, Windgeschwindigkeit< 6m/s, kein Böe > 10m/s 10 min vor jeder Messung Nur Relativmessungen 10 Punkte in gleichmäßigem Abstand bei einem aufgetragenem Prüfstrom zwischen 0,9 und 1,6 x I sc 10.3 Erdungs-Kontinuitätstest Widerstand < 0,1 zwischen markierter Erdungsstelle und entfernten Rahmenpunkten bei 2,5fachem Strom des angegebenen max. Überstromschutzes (für 2 min) 10.4 Prüfung der Isolationsfestigkeit 10.5 Kriechstrom unter Benässung Hochspannungstest bei 1000VDC + doppelte max. Systemspannung bei STC für 1min (Leckstrom<50 A), Isolationswiderstand*Modulfläche<40M Eintauchen in Wasserbad bis zu den Dosenanschlüssen Kriechstrommessung bei 1000VDC 10.6 Temperaturwechselprüfung 200 (100/400) und 1000 (500/2000) Zyklen bei -40 C bis +85 (110/65) C 10.7 Feuchte Wärme Prüfung 1000 (2000) Std. bei +85(65) C, 85% RH 10.8 Feuchte Frost Prüfung 20(40) Zyklen -40 C bis +85(65) C, 85% RH 10.9 Hagelschlagtest 25,4 mm Eiskugeldurchmesser mit 22,4 m/s, auf 11 Einschlagpunkte Sprühwasserprüfung Regensimulation über 1 Std. in 4 Positionen, horizontal, in Endposition, Schutzstellung und Unterseite nach oben Bypassdioden Prüfung Prüfung der Eignung der thermischen Auslegung der Bypassdiode bei 1,25 x Isc und 75 C Modultemperatur Festigkeitsprüfung der Anschlüsse Mechanischer Belastungstest Prüfung der Schäden auf außeraxialen Einfall Zugbeanspruchung der Anschlussleitungen auf 40 NM, Drehmomentbeanspruchung von Schraubklemmen (z. B. 2NM bei D=5mm) Drei Zyklen gleichmäßiger Flächenzug- bzw. Druckbelastung mit 2400Pa nacheinander für je 1 Std. Verdächtige Stelle für 15 min einer Bestrahlung von min. DNI800W/m² aussetzen, oder Nachführung über 3 Std. stoppen UV- Prüfung Min. 5 kwh/m² UV-Dosis unter 400nm bei DNI>600W/m² (mit 60 C Modultemperatur über die Dauer bei Kammertests) Dauertest unter Freilandbedingungen Aufsummieren einer kalkulierten Einstrahlung von DNI 1000 kwh/m² bei DNI>600W/m² Hot-Spot Dauerprüfung Wie in IEC 61215:2005 beschrieben, 5 Std. bestrahlen bei > 700 W/m² unter ungünstigsten Hot-Spot Bedingungen 5 / 6

6 Abnahmekriterien Ein CPV-Modul oder Anordnung hat die Qualifizierungsprüfungen bestanden und ist damit IEC geeignet, wenn folgende Abnahmekriterien erfüllt werden: Der relative Leistungsverlust in den Sequenzen A bis D ist unter 13% bei I-U- Kennlinienmessung unter natürlichem Sonnenlicht, oder 8% unter dem Sonnensimulator. Der relative Leistungsverlust in der Sequenz E ist unter 7% bei I-U-Kennlinienmessung unter natürlichem Sonnenlicht, oder 5% unter dem Sonnensimulator, da die 1000 kwh/m² DNI Langzeitprüfung und 50 kwh/m² Ultraviolet (UV) Prüfung keine beanspruchende Prüfung darstellen. Kein Prüfling hat eine auftretende Unterbrechung der Stromführung während des Tests. Keine größeren Schäden (Brüche, Risse, verbogene oder verzogene Oberfläche; Brüche von Solarzellen, die eine Auslösung einer Fläche von mehr als 10% zur Folge haben könnten; Blasenbildung oder Delamination, Verlust der mechanischen Stabilität, etc.) Die Bedingung der Isolationsprüfung (im Trockenen wie im Nassen) werde vor und nach jedem Test eingehalten. Zusammenfassung Die Bauarteignung nach IEC bzw. EN zeichnet sich durch eine hohe Qualität aus und wird sich wie bewährte PV Qualifikationsnormen auf dem Markt durchsetzen. Aufgrund der langjährigen Erfahrungen des TÜV Rheinland in der PV-Modul-Qualifikation und seine Anerkennung, macht ein TÜV Rheinland Zertifikat den Eintritt auf den Markt einfacher. Das IEC bzw. EN Prüfzertifikat bezieht sich immer auf die Modulbauart, die den Prüfungen zugrunde lag. Eine Übertragung ist nur auf Module der gleichen Bauart zulässig, die die folgenden Kriterien erfüllen: Alle verwendeten Materialien und Modulkomponenten sind identisch. Bei der Zellverschaltung sind gleich viele oder weniger Zellen durch eine Bypassdiode gebrückt. Alle CPV-Module und Anordnungen, die diese Anforderungen erfüllen, werden zu einer CPV-Modul-Typenfamilie zusammengefasst. Auf der Basis der Qualifizierung einer CPV-Modul-Typenfamilie nach IEC bzw. EN kann das Zertifikat bei Veränderung an der Modulkonstruktion durch Wiederholungen einzelner relevanter Tests erweitert werden. 6 / 6