Testen van zonnecellen
Astronomische aantallen, lange levensverwachting en weinig tot geen testrichtlijnen - dit is de huidige situatie in de sector van de zonnepanelen. Testen is essentieel voor bedrijven die willen overleven in deze harde competitieve markt, en de beloofde prestaties en levensduur willen waarmaken tegen de laagste prijzen. De enorme prijsval over de laatste jaren kan enkel doorstaan worden door betere kwaliteit, goedkope productie en hoge zekerheid.
Uitdaging
Een zonnecel wordt dagelijks blootgesteld aan extreme omstandigheden. Regen, hagel, storm maar ook grote temperatuurvariaties mogen de functionaliteit niet beïnvloeden. Sneeuwbelasting, ijs en montagewerkzaamheden moeten schadevrij doorstaan worden gedurende een verwachte levensduur tot 40 jaar. Dat zijn strenge eisen, zowel aan de elektrische als aan de mechanische eigenschappen. Maar net voor de mechanische eigenschappen bestaan geen testnormen. Afgezien van interne contractuele richtlijnen tussen leveranciers en fabrikanten, is er geen gestandaardiseerde kwaliteitscontrole voor zonnecellen. Deze ontbrekende normen en individuele klantenafspraken vereisen testoplossingen en toepassingen op maat. Hier zijn experten in materiaaltests nodig.
Voorbeelden van testoplossingen
Om een idee te krijgen over de inzet van destructieve materiaaltests bij de productie van zonnecellen en modules, worden hier voorbeelden getoond van testmethoden uit de individuele stappen in de productie van dikke filmcellen.
Zonnecellen of fotovoltaïsche cellen zijn elektrische onderdelen die de in licht aanwezige stralingsenergie direct in elektrische energie omzetten.
De belangrijkste bouwvormen:
- Dikke filmzonnecellen bestaan uit monokristallijn of polykristallijn silicium. Ze worden vaak gebruikt in centraal-Europa door hun hoge efficiëntie (hoger dan 20%). Daarnaast onderscheiden ze zich door een hoge efficiëntie per oppervlakte-eenheid. Zo is bijvoorbeeld voor 1 kWp ca. 8 m² dakoppervlakte nodig. Het materiaal- en energieverbruik bij de fabricage van deze modules is relatief hoog, waardoor een consequente kwaliteitscontrole nodig is.
- Dunne filmzonnecellen bestaan in verschillende varianten, afhankelijk van het substraat en het opgedampte materiaal: amorf of microkristallijn silicium (a-Si, µ-Si), Gallium-Arsenide (GaAs), Cadmium-Telluride (CdTe) of Koper-Indium-(Gallium)-Zwavel-Selenium verbindingen (CIGS). Dunne filmcellen onderscheiden zich van de kristallijne op siliciumwafers gebaseerde zonnecellen door hun productiemethode en de laagdikten van de gebruikte materialen.
- Organische zonnecellen (uit kunststof met halfgeleidereigenschappen)
Omwille van de verschillende technologieën en de daardoor deels andere opbouw van de zonnecellentypes, zijn naargelang de zonneceltechnologie verschillende tests nodig.
Afpeltest op Tedlar film
Kunststoflagen uit EVA (Ethyleen Vinyl Acetaat) of giethars worden aan twee zijden gelamineerd en vormen een waterdichte corrosiebescherming. Een Tedlar® film of glazen plaat aan de achterkant zorgt voor een bijkomende bescherming van de module. Met de 90° afpeltest wordt de sterkte van deze verbindingen getest. Hierbij wordt de Tedlar® film in een schroefklem gespannen en van de glasplaat getrokken. Voor deze test is een enkelkoloms testmachine best geschikt, omdat zo probleemloos glasplaten van verschillende grootten getest kunnen worden. Deze test wordt uitgevoerd tijdens de productie ter controle van de machineparameters. Anderzijds wordt deze methode gebruikt als inkomende kwaliteitscontrole en tijdens kwalificatietests na de vervaldatum. Om te voldoen aan de normen, moet de Tedlar® film afpelkrachten tot 250 N uithouden.
Uittrektest tussen aansluitbox en aansluitkabel
Voor kant-en-klare modules zijn verschillende veiligheidstests aan te raden, zoals sterktebepaling van het frame, bepaling van de indruk- en uittrekkrachten van de hoekverbinders, uittrektests van de elektrische aansluitingen of trek-, druk- of buigtests op montagesystemen voor de bevestiging van modules. Kabeluittrektests op de aansluitdozen kunnen uitgevoerd worden met behulp van een tweekoloms Zwick AllroundLine testmachine. De aansluitbox wordt vastgehouden met behulp van een speciale klem. De verbindingskabel wordt in een schroefklem gespannen en met krachten tot 5 kN uit de box getrokken.
Stempeldruktest op gehard veiligheidsglas volgens ISO 614 vorm A en B
Bij de doorsteektest wordt een glasplaat van 25x25 mm in een dubbele ringopstelling (bestaande uit een steun, belastingsring en aanslagen voor vastmaken van het sample). Vervolgens wordt het sample belast tot breuk. De metalen container verhindert dat glassplinters in de aandrijving terechtkomen. Deze test wordt normaal gezien uitgevoerd met behulp van een 2-koloms testmachine met een maximale kracht van 50 kN.
ProLine met 4-punts buigtest voor bouwkundig glas volgens EN 1288-3
- Om de veiligheid van de gebruikte glasplaat te testen, kan ofwel een statische doorsteektest volgens EN 1288-5 of een 4-punts buigtest volgens EN 1288-3 gebruikt worden.
- Voor beide tests wordt een ZwickRoell AllroundLine testmachine gebruikt, aangezien een ingebouwde veiligheidsvoorziening nodig is om schade of verwondingen te vermijden ten gevolge van rondvliegende glassplinters.
- Het testsysteem werd speciaal gebouwd voor het testen van vlak glas volgens EN 1288-3 en voldoet aan alle eisen uit de norm. Alle opleggingen en buigvinnen kunnen vrij roteren en hebben de juiste afmetingen en afstanden.
