能源知識庫

重點摘述

1. 太陽光電模組氨氣試驗緣起

    1960年代美國為了確保人造衛星所使用的太陽能電池能夠在外太空的嚴酷環境下穩定運作，美國國家噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)設計了一連串太陽光電模組的環境可靠度試驗，主要透過(1)增加環境溫度循環測試的次數、(2)更大溫差的濕冷凍循環測試以及(3)增加熱斑測試以上三種測試來評估模組的可靠度。利用此方法可即早發現並避免因模組設計瑕疵所造成的問題，大大降低了太陽光電模組失效的比例。

　　而隨著太陽光電產業與技術的蓬勃發展，近年來開始太陽光電模組在價格上的競爭愈演激烈，迫使許多廠商積極開發更低價的產品；但投資者必須兼顧模組的品質，在廣大且多樣的商品上尋求更穩定的光電效能與更長期的使用壽命。進而促進了太陽光電模組加速壽命相關的研究與嚴格測試服務的推出，藉以協助投資者來區分不同太陽光電模組產品間的差異與優劣。

　　由於台灣屬於高密集畜牧業國家，若能在豬舍、雞舍、鴨舍等屋頂架設太陽能模組將可以大幅降低安裝太陽能模組之土地成本。但國內畜牧舍因台灣氣候長期處於高溫濕的環境底下(如下圖一中左圖所示)，產生了高濃度的氨氣，而氨氣是一高腐蝕性的氣體，對於太陽能模組的非金屬材料部分有著極高的破壞性，會影響模組之發電效率與使用壽命，而圖一右方顯示小模組與接線盒黏膠經過氨腐蝕後的黃化情況；另一方面，同樣屬於高腐蝕性的鹽害，IEC也在2011年發佈新版的太陽光電模組鹽霧試驗標準(IEC 61701)，並引入循環測試的概念來模擬真實戶外的情況，為了因應模組在農舍上受到氨氣的腐蝕，IEC已草擬太陽光電模組氨氣試驗標準(IEC 62716)，針對畜牧產業所產生出的排泄物在空氣中氣體腐蝕濃度進行室內的模擬測試，不久後將會發佈。

圖一、太陽能農舍(左)模組腐蝕情形(右)

2. 氨氣測試系統概念

　　下圖二為測試系統的概念圖，當模組安置於農舍屋頂時，所受的應力大致可區分為三類：溫度、濕度、氨氣濃度，故此氨氣的試驗系統由環境模擬腔體為主體，再分別施加相對應的應力。

圖二、氨氣測試系統概念圖

3. 氨氣測試系統需求

　　為了模擬太陽光電模組安裝於農舍之真實情況，在試驗腔體中加入溫度、濕度與氨氣濃度控制，且必須透過電腦程式化控制這些參數。本實驗室所建置之氨氣環境試驗平台，其內部尺寸為2300 ×1500 ×1500 mm ( W×H×D )，容積為5175 公升，溫度的操作範圍為25±10 ℃至65±5 ℃，濕度的操作範圍為95±5 %至0 %，氨氣的操作範圍為0至10 ppm。

　　綜合上數所需監控的參數，氨氣測試系統需求為下列所示：

1. 環境試驗箱
2. 溫度監控軟/硬體
3. 濕度監控軟硬體
4. 氨氣濃度監控軟/硬體

　　其中在環境試驗箱的部分，因試驗長期處於高腐蝕性氣體的環境中，故在箱體的材料上必須經過特殊的處理以耐腐蝕。

4. 氨氣測試方法

　　根據IEC 62716 draft的要求，需要測試太陽光電模組在不同環境下的耐候狀況，其測試條件如下表一所示，為了模擬模組安裝於農舍之實際狀況，氨氣試驗流程分為二階段，一為8小時的高應力階段，另一為16小時的低應力階段；而8小時為模擬白天的情況，16小時則是模擬夜晚的狀態。另一方面，由於太陽光電模組於白天時因運作溫度較高，而高溫造成其氨氣濃度亦較高因此試驗環境溫度設計為60 ℃；而夜晚因溫度較低，所以在測試環境溫度設計為20 ℃的範圍。

　　而在模組置放的方式上，IEC標準亦有規定模組的架設角度要傾斜垂直面15~30度左右，且其中一模組的正面須面對腔體的進出口，另一模組則是背面面對腔體的進出口。

　　在氨氣測試完畢後，須對模組進行清洗的動作，每平方公尺大小的模組需用連續的水流清洗，時間不超過5分鐘，清洗完畢後靜放於室溫中使其自然風乾，若要加速乾燥的速度，可搖動模組使水滴脫離模組表面，或用風扇吹乾；另外，清洗的水溫不可超過35°C．

　　乾燥完畢後再進行根據太陽光電產品技術類別進行最終測試，其測試項目分別如下所示:

矽晶太陽光電模組：

IEC 61215最大功率測試、濕漏電流測試、IEC 61730-2目視檢查、接地連續測試、絕緣耐壓測試與最後的旁路二極體測試。

薄膜太陽光電模組：IEC 61646 STC(Standard Test Condition，簡稱STC)下的效能測試、濕漏電流測試、光曝照測試，IEC 61730-2目視檢查、接地連續測試、絕緣測試與旁路二極體測試。

    在完成上述的一連串測試後，即判斷該模組的抗氨入侵的能力是否通過標準，根據矽晶與薄膜有不一樣的定義：

矽晶太陽光電模組：經過氨氣測試後期最大功率的下降不可以小於為測試前的5%。

薄膜太陽光電模組：經過氨氣測試後，於STC的條件下，其最大功率不可以小於為測試前的90%。

表一、氨氣測試流程表

5.結語

　　IEC 62716氨氣測試為國際上針對太陽光電於農業應用環境所制定之規範，確保太陽光電模組在農舍運作環境下之可靠度，也顯示國際上也開始重視太陽光電在農業應用上的發展。另一方面，在陽光屋頂百萬座的政策推行之下，南部許多農舍屋頂因此加裝了太陽光電系統，因此高腐蝕性氣體的對太陽光電模組的傷害也陸續被討論到。為了解決此一問題，本實驗室依據IEC規範建置氨氣測試系統，可針對現有太陽光電產品進行氨氣試驗，解除使用者與投資者之疑慮，同時也可協助國內廠者進行新產品的研發測試與認證，提升國內太陽光電產品的競爭力。