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Anforderungen an die Qualitätssicherung aus Sicht eines Zertifizierers - TÜV Rheinland

Dipl.-Ing. Jörg AlthausTÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbHAm Grauen Stein, 51105 Köln, GermanyTel.: 0221 806 2477, Fax 0221 806 1350E-Mail: [email protected]: www.tuv.com/solarenergie

26. Januar 2012 Workshop „Brandschutz und Lichtbogenrisiko bei PV-Anlagen“1

Inhalt

� Normübersicht für PV-Module und -Komponenten

� Aktuelle Änderungen in den Normen

� Durchfallraten bei der Zertifizierung und Schlussfolgerungen

� Instrumente der Qualitätssicherung

� Zusammenfassung


26. Januar 2012 Workshop „Brandschutz und Lichtbogenrisiko bei PV-Anlagen“ 3

Normübersicht für PV-Module

IEC 61215:2005 (EN 61215:2005)Terrestrische kristalline Silizium-Photovoltaik (PV)-Module -Bauarteignung und Bauartzulassung

IEC 61646:2008 (EN 61646:2008) Terrestrische Dünnschicht-Photovoltaik (PV)-Module -Bauarteignung und Bauartzulassung

IEC 61730:2004 (EN 61730:2007)Photovoltaik (PV) - Module - Sicherheitsqualifikation- Teil 1: Anforderungen an den Aufbau - Teil 2: Anforderungen an die Prüfung

IEC 62108:2007 (EN 62108:2008)Konzentrator-Photovoltaik (CPV) - Module und -Anordnungen - Bauarteignung und Bauartzulassung

ANSI/UL 1703:2008Flat Plate Photovoltaic Modules and Panels


Normübersicht für PV-Module

IEC 60904 Serie (EN 60904-1 bis -10)Photovoltaische Einrichtungen (Messprinzipien)

IEC 61701:2012 (EN 61701:2012) Salznebel-Korrosionsprüfung von photovoltaischen (PV)-Modulen

IEC 62446:2009 Netzgekoppelte PV-Systeme - Mindestanforderungen an Systemdokumentation, Inbetriebnahmeprüfung und Prüfanforderungen

EN 50380:2003Datenblatt- und Typschildangaben von PV-Modulen

IEC 61853-1:2011 (Ed. 1) Prüfung des Leistungsverhaltens von photovoltaischen (PV-) Modulen und Energiebemessung


Normübersicht für PV-Komponenten

DIN EN 50548:2011Anschlussdosen für Photovoltaikmodule

DIN EN 50521:2008Steckverbinder für Photovoltaik-Systeme –Sicherheitsanforderungen und Prüfungen

TÜV Rheinland 2 Pfg 1169/08.2007Anforderungen an Leitungen für Photovoltaik-systeme

IEC 62103, IEC 62109, IEC 62040-1, IEC 60950, IEC 61683Div. Standards für PV-Wechselrichter

TÜV Rheinland 2 Pfg 1793/10.2010Anforderungen an flexible Front und Back Sheets für Photovoltaikmodule


Aktuelle Änderungen in den Normen

IEC 61215 (Ed. 3) Terrestrische kristalline Silizium-Photovoltaik (PV)-Module -Bauarteignung und Bauartzulassung

IEC 61646 (Ed. 3)Terrestrische Dünnschicht-Photovoltaik (PV)-Module -Bauarteignung und Bauartzulassung

IEC 61730:2012 am 1 (Überarbeitung)Photovoltaik (PV)-Module - Sicherheitsqualifikation- Teil 1: Anforderungen an den Aufbau - Teil 2: Anforderungen an die Prüfung

IEC 62548:2012 (Ed.1)Installation und Sicherheitsanforderungen für photovoltaische Generatoren

IEC 62716 (Ed. 1) Ammoniak-Korrosionsprüfung von photovoltaischen (PV)-Modulen

IEC 62759-1Transportprüfung für Photovoltaik (PV) Module

prEN 5xxxx (Ed. 1)Gebäudeintegrierte Photovoltaik - GIPV



� Draft IEC 61215:2012 (Ed. 3)

- Mindestanforderung an STC Leistung eingeführt (min. Labelwert)

- Hot Spot Test – Suche nach schlechtester Zelle und längere Dauer

- Messung der Temperaturkoeffizienten Strom (α), Spannung (β) und max. Leistung (δ) mit Verweis auf die IEC 60891(Verfahren zur Umrechnung von gemessenen

Strom-Spannungs-Kennlinien von photovoltaischen Bauelementen aus kristallinem Silizium auf andere Temperaturen und Einstrahlungen)

- Kombination aus Bestimmung NOCT Test mit dem Outdoor Exposure Test; somit ergibt sich neu die NMOT (Nominal Module Operating Temperature)

- Retest Guideline im Anhang integriert

- Abgleich aller Prüfungen mit der IEC 61646



� Draft IEC 61646:2012 (Ed.3)

- Noch keine Änderungen erarbeitet; Ausgabe nach IEC 61215 Ed.3 geplant

� Komponentenstandards

- Tendenz hin zu Material-/Charakterisierungsstandards

- In Diskussion:

- Front- und Rückseitenfolien (flexibel)

- Ammoniakbeständigkeit

- Einkapselungsmaterialien, z. B. Vernetzungsgrad, Schrumpf, u. a.

- Bewitterung und beschleunigte Alterung

- Klebungen (auch el. leitfähige)

- Randversiegelungen/-isolation



� Draft IEC 61730 (Ed. 2)

Teil 1 - Design:

- Max. Systemspannung bis 1500 VDC � Anforderungen angepasst

- Anpassung an allg. Isolationskoordinationsnorm IEC 60664

- Vorrangig Verweise auf IEC oder ISO Standards

Teil 2 - Prüfungen:

- Max. Systemspannung bis 1500 VDC � Anforderungen angepasst

- Modulbruchprüfung nur mittlere Höhe 450 mm; verschärfte Annahmekriterien

- Prüfungen in der Produktionslinie „Inline Tests“

- Typenschild- und Datenblattangaben

- Retest Guideline im Anhang integriert


Einschränkungen der Bauartnormen

Trotz gültiger Zertifizierungen kommt es immer wieder zu Mängeln an PV-Anlagen.

Die Standards sind „nur“ Bauart-Prüfungen, keine Lebensdauertests.

Kontinuierliche Qualitätskontrolle kann nur der Hersteller selbst durchführen. Externe Fertigungsstätteninspektionen sind ein Instrument der QS.

Bauartprüfung


Fehlerraten und Schlußfolgerungen

� Kritischste Tests und ihre Folgen:

- Feuchte Wärme (Damp Heat) Prüfung

� Korrosion

� Delamination

� Materialermüdung

- Temperaturwechselprüfung (TC 200)

� Zellverbinderbruch

� Zellbruch (Cracks)

� Erhöhter Serienwiderstand

Quelle: Schott Solar, 2011



� Kritischste Tests und ihre Folgen:

- Hot-Spot Prüfung

� Materialüberhitzung (Aufschmelzen)

� Glasbruch

- Mechanische Belastbarkeitsprüfung

� Zellverbinderbruch

� Zellbruch (Cracks)

� Erhöhter Serienwiderstand

� Rahmenermüdung

� Glasbruch

182 °C

326 °C

200

250

300



� Felderfahrungen:

- “Hot-Spots”

� Materialüberhitzung (Aufschmelzen)

� Glasbruch/-schmelze

� Erhöhung des Serienwiderstandes

- Probleme im Anschlußbereich

� Lokale Lichtbogenbildung

� Materialverschmelzung

� Brandgefahr

� Glasbruch/-schmelze


Instrumente der Qualitätssicherung

� Wahl von “Second source” Materialien

- Neue Materialien und deren Kombination zu bekannten Materialien sollten separat von der Bauartzertifizierung geprüft werden

- Klimakammerprüfungen Normprüfdauer x n als Benchmarking Materialienkontrollen

- Eingangskontrollen z. B. nach AQL (Annehmbare Qualitätsgrenzlage)

- Zuliefereranforderungen/-audits

- Ausgangsprüfungen/-nachweise der Zulieferer

� Handling/Lagerung von Materialien

- Manuelles Handling z. B. von Zellstrings ausschließen

- Klimatisierte Lagerung von Materialien entsprechend den Herstelleranforderungen

- Verunreinigungen vermeiden


� Inline Tests entspr. IEC 61730 ed. 2

- 100 % Überprüfung:

- visuelle Kontrolle

- Leistungsmessung

- Isolations- (hi-pot-) Test Uprüf = (1000 V + 2 x Usyst) x Y, (Y = Prüfdauer)

- Rahmenduchgangsprüfung (ANSI/UL 1703)

- regelmäßige Überprüfung:

- Isolationsprüfung unter Benässung

- Zugprüfung 50 N der Anschlüsse

- Bypass Dioden Prüfung

- Hot Spot Prüfung



� Elektrolumineszenz

- Zell- und Stringkontrolle vor der Laminierung

- Ausgangsmessung der Module � als Nachweis

� IR-Analyse

- Hot-spot Risiken erkennen

- Fehlerhafte Lötungen detektieren

� Überwachung von Serienwiderständen

- z. B. durch Hall-Sensoren

- Flashtest



� Bestimmung von Vernetzungsgrad (Gel Content) für EVA

� Temperaturhomogenität (Laminator)

� Abzugsprüfung (Zelllötung)

� Abrisstest (Rückwandfolien/Einkapselung)

� Schrumpftest (Rückwandfolien/Einkapselung)

� Reinigung von Komponenten (Glas, etc.)

� Aufarbeitung/Aktualisierung von Datenblättern und Installationsanweisungen entsprechend IEC 61730 Teil 1

� „Power controlled“

- Kontrolle der Leistungsangaben Typenschild inkl. Toleranz durch ein unabhängiges Institut

- Regelmäßiges Sample Picking (n x Module/Monat)



Einstrahlungsprofil des Testfeldes

� Qualifizierung von Sonnensimulatoren entspr. IEC 60904-9

- Klassifizierung am finalen Einsatzort nach:- Lichtinhomogenität Testfläche- Abgleich Spektrum vom AM 1.5

Referenzspektrum- Zeitliche Stabilität der Einstrahlung

� Referenzmodule am Sonnenlichtsimulator- Jährlich kalibrierte Primärreferenzen - Sekundärreferenzen als „back up“- Referenzmodul je Zell-/Modultyp- Reproduktionsgenaugikeit Pmpp, Isc, FF <1 %



� Produktionsinspektionen

- Regelmäßige Überprüfung der Fertigungen

� jährliche angekündigte Produktionsinspektionen sind nicht ausreichend

- Daher:

� zusätzliche, unangekündigte Fertigungsinspektionen

- Begutachtung der Fertigungsbereiche

- Rückverfolgbarkeit von Materialflüssen

- Produktion im betrachteten Zeitraum

- Fertigungsprozesse

- Lagerung

- Produktionsbedingungen (Klima, etc.)

- Qualitätssicherung (In und Off-line Tests)

Quelle: KUKA Systems


Instrumente der Qualitätssicherung - Benchmarking

„PV + Test“• Verschärfter Feuchte Wärme (Damp Heat) Test z. B. 1500 Stunden• Verschärfter Temperatur-Zyklentest z. B. 300 Zyklen• Potential induced Degradation (PID) Test• Light induced Degradation (LID)• Mechanical Load Test (5400 Pascal)• Hot Spot Test• Gel Content Test• Low Irradiance• Temperatur Coefficient• Zusätzliche Prüfung: Verarbeitung, Dokumentation,

Garantiebedingungen• Verdeckter Kauf der Module am Markt

Anmerkung:Zur Bauartzulassung sollten die bestehenden Stresstests nicht verschärft werden solange die Korrelation zwischen natürlicher Belastung und Labortests nicht endgültig verstanden ist. (Gilt natürlich nur für den jetzigen Status des Einsatzes in moderaten Klimaten)


Zusammenfassung

� Eine Zertifizierung der Bauart ist noch kein Garant für eine Lebensdauer von 25 Jahren. Der Anspruch an Qualitätssicherung in der Produktion steigt. Überprüfung durch externen Zertifizierer ist notwendig.

� Die hier vorgestellten QM-Sicherungsmaßnahmen sollten durch die Hersteller ausgeführt werden. Dies muss durch regelmäßige unangekündigte Produktionsinspektionen unterstützt werden.

� Um weg von der aktuellen Diskussion „PV ist ein Sicher-heitsrisiko“ zu kommen, müssen QS-Maßnahmen verschärft und offen diskutiert werden.

� Zusätzliche Benchmarkingtests wie „PV + Test“

erhöhen das Vertrauen in die Produktionsqualität.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


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