1 IEC 61215 標準背(bèi)景(jǐng)及(jí)其(qí)兩個版(bǎn)本之(zhī)間的差(chà)別

1.1 IEC 61215 標準背(bèi)景

IEC 61215 《Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules — Design qualification and type approval》是(shì)國際電工委員會的一(yī)個(gè)產品(pǐn)測試方法(fǎ)。目(mù)前太陽能行(háng)業正在廣泛(fàn)引用這個(gè)標(biāo)準
，對材(cái)料(liào)或(huò)產(chǎn)品(pǐn)進行測(cè)試。

1.2 IEC 61215 兩個版本(běn)在(zài)紫(zǐ)外試(shì)驗方麵的差(chà)別

截止(zhǐ)目前(qián)為止
，IEC 61215 共發(fā)行(háng)了(liǎo)兩(liǎng)個版(bǎn)本(běn)
，第(dì)一(yī)版(bǎn)是 IEC 61215:1993
，第二版(bǎn)是(shì) IEC 61215:2005 。而(ér)國標 GB/T 9535:1998 《地(dì)麵(miàn)用晶體矽(guī)光(guāng)伏(fú)組件 設計鑒定和定(dìng)型(xíng)》就是等(děng)效采用第(dì)一版(bǎn) IEC 61215:1993。

第二版(bǎn)比第(dì)一版多(duō)了一(yī)個(gè)附錄 A。而(ér)在紫外試驗方麵
，主要的(dí)改動是(shì)10.10節(jié)的標(biāo)題由(yóu)“UV test (紫外試驗)”改(gǎi)為(wéi)“UV preconditioning test (紫外預處(chǔ)理試(shì)驗(yàn))”。第一(yī)版(bǎn)在“紫(zǐ)外試(shì)驗(yàn)” 這(zhè)一(yī)部分
，隻說(shuō)明(míng)了試驗目的(dí)是(shì)“確(què)定組件經(jīng)受紫外(UV)輻(fú)照的能力”
，及“紫外(wài)試(shì)驗正(zhèng)在(zài)考慮之中(zhōng)”
，而(ér)第二(èr)版(bǎn)不僅把試驗(yàn)目(mù)的(dí)改為“在(zài)組件進行熱循環(huán) / 濕凍(dòng)試驗前進行(háng)紫(zǐ)外(wài)(UV)輻(fú)照(zhào)預(yù)處理(lǐ)以確定相(xiāng)關材料及(jí)粘(nián)連連接的紫外衰減(jiǎn)”
，而(ér)且(qiě)對試驗裝置，試(shì)驗程序(xù)及(jí)試(shì)驗(yàn)要求進行(háng)了(liǎo)詳細描述(shù)。

在下麵部分我們將重(zhòng)點(diǎn)介(jiè)紹如(rú)何設置 QUV 紫外(wài)光加速老化試驗(yàn)機來滿足 IEC 61215:2005 中(zhōng) 10.10 節(jié)“紫外預處理試(shì)驗(yàn)” 的(dí)要求(qiú)。

2 材料耐候(hòu)性老(lǎo)化(huà)測試原理

在(zài)介(jiè)紹IEC 61215:2005中10.10節“紫(zǐ)外預處理(lǐ)試驗(yàn)”之(zhī)前
，我們先來簡(jiǎn)單(dān)了(liǎo)解材料(liào)耐(nài)候性(xìng)老(lǎo)化測(cè)試原理。

2.1 戶外老(lǎo)化因(yīn)素

老化(huà)損害(hài)主要(yào)由(yóu)三(sān)個因素(sù)引起：光照
，高(gāo)溫和潮(cháo)濕(shī)。這三(sān)個(gè)因素(sù)中的(dí)任(rèn)一個都會引起(qǐ)材(cái)料(liào)老(lǎo)化
，它們的(dí)共同作用
，大於(yú)其中任(rèn)一因(yīn)素(sù)造成的(dí)危(wēi)害。

2.1.1 光照(zhào)

高(gāo)分(fēn)子材料的化(huà)學鍵對(duì)太陽(yáng)光(guāng)中不(bù)同波(bō)段(duàn)的(dí)光綫的(dí)敏(mǐn)感性不同
，一(yī)般對應一個閾值
，太(tài)陽(yáng)光的(dí)短波(bō)段(duàn)紫外(wài)綫是引起大(dà)部分聚合物物(wù)理(lǐ)性能(néng)老化(huà)的(dí)主要(yào)原因。

2.1.2 高(gāo)溫

溫度越(yuè)高
，化學(xué)反應速(sù)度(dù)越(yuè)快。老化反應是(shì)一種(zhǒng)光致(zhì)化學(xué)反應
，溫(wēn)度不影響光致化學(xué)反應(yīng)中的(dí)光致反(fǎn)應(yīng)速(sù)度(dù)
，卻(què)影響後繼(jì)化學(xué)反應速度。因此溫(wēn)度(dù)對(duì)材料老化(huà)的(dí)影響(xiǎng)往(wǎng)往(wǎng)是非綫性(xìng)的。

2.1.3 潮(cháo)濕

水會直接參與材(cái)料老化反應。露水
，雨(yǔ)水(shuǐ)及濕(shī)度是自然(rán)條件(jiàn)中水的(dí)幾個(gè)主(zhǔ)要(yào)表現形式。研究(jiū)表明(míng)
，戶(hù)外(wài)材(cái)料每天(tiān)都將長(cháng)時(shí)間處於潮濕狀態(tài)(平(píng)均每天長(cháng)達(dá) 8-12 個(gè)小(xiǎo)時(shí)) 。而(ér)露水(shuǐ)是(shì)戶(hù)外(wài)潮(cháo)濕的主要(yào)原(yuán)因。露水造(zào)成的危害比(bǐ)雨(yǔ)水更(gēng)大(dà)
，因為(wéi)它附(fù)著在材料(liào)上的時(shí)間更長
，形(xíng)成(chéng)更為嚴酷的潮濕(shī)侵(qīn)蝕。

2.2 紫外光加速(sù)老化測試

2.2.1 陽(yáng)光(guāng)模擬

QUV 利(lì)用熒光紫(zǐ)外綫燈來模(mó)擬(nǐ)太陽光對耐久性(xìng)材(cái)料造(zào)成(chéng)損(sǔn)害的(dí)威脅因(yīn)素。這(zhè)些燈在(zài)電學原(yuán)理上與(yǔ)普(pǔ)通照明用的燈很相似(sì)
，但(dàn)它(tā)主(zhǔ)要發(fā)射(shè)紫(zǐ)外綫而非可(kě)見光或(huò)紅(hóng)外綫。

對(duì)於不同(tóng)的(dí)應用(yòng)條件
，需要(yào)不(bù)同光(guāng)譜(pǔ)進而(ér)需要(yào)不同類型的燈(dēng)。UVA-340 燈管在(zài)紫外綫的短(duǎn)波段提供(gōng)較(jiào)佳(jiā)的(dí)模(mó)擬(nǐ)太陽光(guāng)。 UVA-340 的光譜(pǔ)能量分布(SPD)在(zài)太(tài)陽(yáng)光的截止點到大約(yuē) 360nm 範圍內與太(tài)陽(yáng)光吻(wěn)合(hé)的非(fēi)常(cháng)好。UV-B 燈(dēng)管(guǎn)在 QUV 中也被廣(guǎng)泛應用。它們(mén)比(bǐ) UV-A 燈(dēng)管引起材料(liào)更(gēng)快的(dí)老化
，但它們的(dí)比(bǐ)太陽(yáng)光(guāng)的截止點更短(duǎn)的波長對許多(duō)材(cái)料可能(néng)產生不切(qiē)實際的(dí)結果。

2.2.2 輻照(zhào)度控製

為(wéi)了達到(dào)精(jīng)確且(qiě)可(kě)重(zhòng)復的(dí)測試結(jié)果
，有必要(yào)控製(zhì)輻照度(光強(qiáng))。大(dà)多(duō)數 QUV 型號裝(zhuāng)備(bèi)有(yǒu)日光眼照(zhào)度控製(zhì)器。這種(zhǒng)精確的光(guāng)控係統為使(shǐ)用(yòng)者(zhě)提(tí)供了(liǎo)選擇(zé)輻照(zhào)度(dù)控製(zhì)的優(yōu)勢。利(lì)用(yòng)日光(guāng)眼(yǎn)的反饋循環係統(tǒng)
，可以連續，自(zì)動(dòng)地(dì)控製(zhì)且精確(què)地(dì)保(bǎo)持輻(fú)照度。日光眼靠(kào)調(tiáo)整燈的功率來自動補(bǔ)償(cháng)燈的老化以及其他因素造成的光(guāng)強(qiáng)變化(huà)。在(zài)僅僅(jǐn)幾天或幾周內
，QUV 能模(mó)擬在(zài)室外經幾個月(yuè)甚(shèn)至幾年(nián)所造成的(dí)損害。

2.2.3 UV 控(kòng)製

在 QUV 內部
，因(yīn)熒(yíng)光紫(zǐ)外綫燈固(gù)有的光譜穩定(dìng)性(xìng)
，發光控製(zhì)係(xì)統(tǒng)被(bèi)簡化(huà)。隨著燈(dēng)管的老化
，所(suǒ)有(yǒu)光源的輸(shū)出都會(huì)發生衰減。然而(ér)
，不像(xiàng)大多數(shù)其它類型(xíng)的(dí)燈(dēng)
，熒(yíng)光燈(dēng)的(dí)光譜(pǔ)不會(huì)隨時(shí)間(jiān)而(ér)變(biàn)。這提(tí)高(gāo)了測(cè)試(shì)結(jié)果(guǒ)的可重復性
，也是用 QUV 進行(háng)測試的一個主要(yào)的優(yōu)點。

2.2.4 溫(wēn)度控(kòng)製(zhì)

在 QUV 中
，溫度的(dí)控(kòng)製(zhì)也很重要
，因為(wéi)溫度(dù)影響(xiǎng)材料老化的速(sù)率(shuài)。紫(zǐ)外(wài)試驗箱一(yī)般是(shì)通過黑(hēi)板溫度(dù)計或(huò)黑(hēi)標溫度(dù)計(jì)來精(jīng)確控(kòng)製(zhì)樣品(pǐn)表(biǎo)麵溫(wēn)度(dù)。

2.2.5 潮濕(shī)模擬(nǐ)

在 QUV 冷凝(níng)循環(huán)過程中(zhōng)
，測(cè)試(shì)室底(dǐ)部的水(shuǐ)槽被加熱(rè)用來(lái)產(chǎn)生蒸(zhēng)汽。在(zài)較高的溫(wēn)度(dù)下(xià)
，熱蒸汽使(shǐ)測試(shì)室內保(bǎo)持 100%的相(xiāng)對濕(shī)度。QUV 中(zhōng)
，測試(shì)樣(yàng)品實際上(shàng)形成測(cè)試(shì)室(shì)的(dí)側壁
，樣品的另一(yī)麵暴露在室(shì)內周圍的(dí)空氣(qì)中。室(shì)內相對(duì)較(jiào)冷的(dí)空(kōng)氣(qì)就使得測(cè)試(shì)樣品的(dí)表麵(miàn)比(bǐ)測試(shì)室內的熱(rè)蒸(zhēng)汽的(dí)溫度低好幾度。這一溫度(dù)差造成(chéng)通(tōng)過冷凝循環(huán)在(zài)樣(yàng)品表麵(miàn)液(yè)態(tài)形式的水慢(màn)慢冷凝(níng)而(ér)成。除了標(biāo)準的冷凝機製
，QUV 還可(kě)用水噴淋(lín)係統來(lái)模(mó)擬(nǐ)其它(tā)一些(xiē)損害(hài)情(qíng)況
，比(bǐ)如(rú)熱(rè)衝擊(jī)或機械(xiè)腐(fǔ)蝕。使用者可操(cāo)作 QUV 來(lái)產生潮(cháo)濕循環(huán)並(bìng)伴隨紫(zǐ)外(wài)綫
，這(zhè)一模擬(nǐ)與自(zì)然(rán)老化非常相似。

3 IEC 61215:2005 標準中(zhōng)紫外試(shì)驗的解(jiě)讀(dú)

結合(hé)第 2 部(bù)分幾(jī)個方麵的(dí)描(miáo)述
，我(wǒ)們(mén)從(cóng)光(guāng)譜(pǔ)，輻照度，溫度和濕(shī)度等方(fāng)麵(miàn)來分析(xī) IEC 61215:2005 標準對紫外試驗測試條件(jiàn)的(dí)要求。

3.1 光(guāng)譜的定義(yì)

標準中 10.10.2 節 d) 部分的描述為“紫外輻(fú)射光(guāng)源
，在組件(jiàn)試(shì)驗平(píng)麵上(shàng)其(qí)輻照度均(jūn)匀性(xìng)為 ±15%
，無(wú)可探(tàn)測的小(xiǎo)於(yú) 280nm 波(bō)長的輻射(shè)
，能產生根(gēn)據 10.10.3 規定的(dí)感興(xīng)趣光(guāng)譜範圍內(nèi)需(xū)要的輻(fú)照(zhào)度”。下麵(miàn)的圖(tú) 1 和圖 2 分(fēn)別(bié)是 UVA-340 燈管(guǎn)和(hé) UVB-313 燈管的光(guāng)譜圖(tú)
，從圖中可以看出(chū)
，UVA-340 燈(dēng)管發出的(dí)光(guāng)譜(pǔ)完(wán)全(quán)符合(hé)標(biāo)準中 10.10.2 節(jié) d) 部(bù)分(fēn)
，而 UVB-313 燈管(guǎn)發(fā)出的光(guāng)譜隻(zhī)有(yǒu)少量譜(pǔ)綫(xiàn)的(dí)波長(cháng)小(xiǎo)於 280nm
，幾乎(hū)符合標準(zhǔn)中 10.10.2 節(jié) d) 部分。

3.2 輻(fú)照(zhào)度(dù)設定(dìng)

標準中 10.10.3 節 a) 部分的描述為“使(shǐ)用(yòng)校(xiào)準的(dí)輻(fú)射儀測量(liáng)組件試(shì)驗(yàn)平(píng)麵(miàn)上的輻(fú)照度
，確(què)保(bǎo)波(bō)長在 280nm 到 385nm 的輻照度不超(chāo)過 250W/m² ( 約等於 5 倍自(zì)然光(guāng)水平(píng) )
，且在(zài)整(zhěng)個(gè)測量(liáng)平麵上(shàng)的輻照度均(jūn)匀(yún)性到(dào)達(dá) ±15%”
，同時 10.10.3 節(jié) c) 部分(fēn)的(dí)描述為“使組件(jiàn)經(jīng)受波長在 280nm 到(dào) 385nm 範圍的(dí)紫(zǐ)外(wài)輻射(shè)為(wéi) 15kWh/m²
，其(qí)中(zhōng)波(bō)長(cháng)為 280nm 到 320nm 的(dí)紫外輻(fú)射為 5kWh/m²
，在試驗(yàn)過(guò)程中(zhōng)維持(chí)組件的(dí)溫度在(zài)前麵(miàn)規定的(dí)範(fàn)圍(wéi)”。以(yǐ)下我(wǒ)們分(fēn)別(bié)對(duì) UVA-340 燈(dēng)管和 UVB-313 燈(dēng)管(guǎn)的輻(fú)照度進(jìn)行設定(dìng)
，並計算(suàn)在設定輻(fú)照(zhào)度(dù)下(xià)
，運行多長時間(jiān)可以達(dá)到標準中(zhōng) 10.10.3 節 c) 部(bù)分對(duì)輻照能的(dí)要(yào)求(qiú)。

3.2.1 單獨(dú)使用 UVA 燈管

當(dāng) 在(zài) 340nm 設 定 輻 照 度 0.68 W/m² 時(shí)
， 相 當(dāng) 於 在 280- 385nm 波段(duàn)的(dí)輻(fú)照(zhào)度(dù)為(wéi) 35.2W/m² (小於 250W/m²
，符合(hé)標準(zhǔn) 10.10.3 節 a) 部分的(dí)要(yào)求(qiú))
，而(ér)在 280-320nm 波(bō)段(duàn)的(dí)輻(fú)照度為(wéi) 3.1 W/m² 。我們(mén)假(jiǎ)設 UVA 燈(dēng)管(guǎn)運行 X 小時
，組件經(jīng)受波(bō)長在 280nm 到 385nm 範圍的紫外輻射為(wéi) 15kWh/m²
，而燈(dēng)管運行 Y 小時(shí)
，波(bō)長(cháng)為 280nm 到(dào) 320nm 的(dí)紫(zǐ)外輻射為 5kWh/m² 。具(jù)體計算如下：

35.2 W/m² x “X” hours = 15000 Wh/m² X = 426小時(shí)

3.1 W/m² x “Y” hours = 5000 Wh/m² Y= 1613 小(xiǎo)時

由(yóu)以上(shàng)計(jì)算可知(zhī)
，當在(zài) 340nm 設定輻照度 0.68 W/m² 時
，因為波長從 280nm 到(dào) 320nm 上的輻(fú)照度(dù)較(jiào)小(xiǎo)
，所以需(xū)要 1613 小(xiǎo)時(shí)
，紫(zǐ)外(wài)輻(fú)射才能達到(dào) 5kWh/m² 。也就是說
，使用 UVA 燈管時(shí)
，運行1613小時才達(dá)到標(biāo)準中(zhōng)10.10.3節(jié)c)部分(fēn)對輻照能的(dí)要求
，比較(jiào)費時。

3.2.2 單(dān)獨使(shǐ)用 UVB 燈管(guǎn)

當 在 310nm 設(shè) 定 輻(fú) 照 度 0.68 W/m² 時(shí)
， 相(xiāng) 當(dāng) 於(yú) 在(zài) 280- 385nm 波(bō)段(duàn)的輻照(zhào)度為 31.3W/m² (小於(yú) 250W/m²
，符合(hé)標準(zhǔn) 10.10.3 節 a) 部分(fēn)的要(yào)求)
，而在 280-320nm 波段(duàn)的輻照度(dù)為(wéi) 18.8 W/m² 。我們假(jiǎ)設 UVB 燈(dēng)管運(yùn)行(háng) X 小時
，組(zǔ)件經受波長(cháng)在 280nm 到 385nm 範(fàn)圍(wéi)的紫外輻(fú)射(shè)為 15kWh/m²
，而燈管運行(háng) Y 小時(shí)
，波長為 280nm 到 320nm 的紫(zǐ)外輻射為 5kWh/m2。具體計(jì)算如下(xià)：

31.3 W/m² x “X” hours = 15000 Wh/m² X = 479小(xiǎo)時

18.8 W/m² x “Y” hours = 5000 Wh/m² Y = 266 小時

由以上計算可(kě)知
，當在 310nm 設(shè)定輻照度(dù) 0.68 W/m² 時
，隻需(xū) 266 小時(shí)組(zǔ)件(jiàn)經(jīng)受(shòu)波長(cháng)在 280nm 到(dào) 320nm 的(dí)紫(zǐ)外(wài)輻射為(wéi) 5kWh/m² 。而(ér)在(zài) 280nm 到 385nm 波(bō)段
，需要(yào) 479 小(xiǎo)時
，組(zǔ)件(jiàn)經受的紫外輻射為 15kWh/m² 。也(yě)就是說
，使(shǐ)用 UVB 燈管時
，運行(háng)479小時(shí)可以(yǐ)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中(zhōng)10.10.3節c)部分(fēn)對(duì)輻(fú)照能的(dí)要(yào)求
，比(bǐ) UVA 燈管(guǎn)快很多(duō)。

3.2.3 共同使用 UVA 和(hé) UVB 燈(dēng)管(guǎn)

盡管使(shǐ)用 UVB 燈(dēng)管可以(yǐ)縮(suō)短試驗(yàn)時(shí)間(jiān)
，但(dàn)是(shì)如同本文 3.1 節中所述(shù)
，UVB 燈(dēng)管(guǎn)發出(chū)的光譜(pǔ)還有極少一(yī)部分的(dí)波長(cháng)小(xiǎo)於 280nm
，也(yě)就(jiù)說不完全符(fú)合(hé) IEC 61215:2005 標準對(duì)紫外光譜的要求(qiú)。但是如(rú)果(guǒ)單獨(dú)使用 UVA 燈(dēng)管
，則(zé)測試(shì)時(shí)間過長。所(suǒ)以(yǐ)可(kě)以將(jiāng)兩種燈(dēng)管結(jié)合(hé)起來使(shǐ)用(yòng)。如(rú)先使用(yòng) UVB 燈管
，假設運(yùn)行時間為 X 小(xiǎo)時(shí)
，再使用 UVA 燈管(guǎn)
，假設運行時間為(wéi) Y 小時(shí)
，具(jù)體(tǐ)計算如(rú)下：

18.8 W/m² x “X” hours + 3.1 W/m² x “Y” hours = 5000 Wh/m²

31.3 W/m² x “X” hours + 35.2 W/m² x “Y” hours = 15000 Wh/m²

以上兩(liǎng)式(shì)
，計(jì)算(suàn)所得：X = 229 小(xiǎo)時(shí)
，Y = 222 小(xiǎo)時(shí)
，即(jí)先運行(háng) UVB 燈管(guǎn) 229 小時
，再運行(háng) UVA 燈管(guǎn) 222 小時(shí)
，即(jí)可(kě)達到標準(zhǔn)中 10.10.3 節 c) 部分對(duì)輻(fú)照能的要求。兩(liǎng)種(zhǒng)燈管一(yī)共(gòng)運(yùn)行(háng) 451 小(xiǎo)時
，比(bǐ)單獨(dú)使用 UVB 燈管還(huán)快。一般(bān)情(qíng)況(kuàng)下(xià)
，我們(mén)推薦使(shǐ)用這種方(fāng)法。

3.3 溫度控(kòng)製(zhì)

標準(zhǔn)中(zhōng) 10.10.2 節(jié) a) 部(bù)分(fēn)的描述(shù)為(wéi)“在經(jīng)受(shòu)紫(zǐ)外(wài)輻照(zhào)時能控製(zhì)組(zǔ)件(jiàn)溫(wēn)度(dù)的設備
，組件(jiàn)的溫(wēn)度(dù)範(fàn)圍必(bì)須在 60℃ ±5℃”。而(ér)這一溫(wēn)度要(yào)求(qiú)完(wán)全在 QUV 的(dí)溫(wēn)度範圍之(zhī)內
，試驗時隻要設(shè)定(dìng)黑板(bǎn)溫(wēn)度(dù)為(wéi) 60℃ ±5℃即可。

3.4 濕度(dù)控製(zhì)

標準中沒(méi)有(yǒu)對(duì)濕度加以(yǐ)要求
，所(suǒ)以試驗時無(wú)需設(shè)置冷(lěng)凝(níng)或水噴淋(lín)循環(huán)。

4 結論(lùn)及(jí)建議

IEC 61215:2005 標準(zhǔn)在太(tài)陽能(néng)行業(yè)應用(yòng)很廣(guǎng)泛(fàn)。在使用 QUV 紫(zǐ)外(wài)光加速老(lǎo)化試驗機執(zhí)行該標準(zhǔn)時
，可(kě)先(xiān)運行(háng) UVB 燈(dēng)管(guǎn) 229 小(xiǎo)時(shí)
，輻照(zhào)度設定 0.68 W/m2
，再運行(háng) UVA 燈管 222 小時(shí)
，輻照度也是設定 0.68 W/m2。整(zhěng)個試驗過(guò)程中黑(hēi)板(bǎn)溫度(dù)設(shè)定 60℃ ±5℃。

雖(suī)然(rán)在標準中
，目前(qián)沒(méi)有(yǒu)對濕度加以要求(qiú)
，但(dàn)是現(xiàn)在(zài)很(hěn)多紫(zǐ)外(wài)標準都包含紫外(wài)光照和冷(lěng)凝(níng)或(huò)水(shuǐ)噴淋(lín)循環。所以我(wǒ)們建(jiàn)議以後標(biāo)準修改時(shí)
，可以加入冷(lěng)凝(níng)或水噴(pēn)淋(lín)循環(huán)。