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2021金能獎

 

2021金能獎

 

 

2021年的金能獎得主在日前剛發布了,由蔡總統親自頒獎,恭喜這八位家得獎廠商!究竟金能獎有何特別之處?與國際標準之間又有什麼差別?本文為大家介紹金能獎的評選標準,以及與國際標準之間的差異。

 

廣編特輯

「金能獎」是什麼?

經濟部能源局為鼓勵國內太陽光電業者生產高值化產品,提升我國太陽光電產品品質形象與國際競爭力,自102年起設置「金能獎」。每年參考IEC國際標準制訂新的評選標準與加嚴測試條件,且針對台灣海島型氣候環境,加上工業發展與空氣污染等問題,特別增加測試項目,以評選出最適台灣使用之太陽光電產品。

2021年的金能獎太陽光電產品分為三類:

·               第一類(模組):矽晶太陽光電模組尺寸在2.4 m × 1.25 m以下

·               第二類(電池):矽晶太陽能電池尺寸166 mm × 166 mm以下

·               第三類(變流器):太陽光電變流器額定輸出功率125 kW以下

 

得獎廠商

第一類(模組):聯合再生能源、元晶太陽能、茂迪

第二類(電池):聯合再生能源、元晶太陽能、茂迪、明徽能源

第三類(變流器):台達電子、盈正豫順、新望

下圖列出歷年來的得獎廠商。


模組類產品聯合再生能源每年都獲得金能獎殊榮,持續展現其卓越技術能力。元晶太陽能則是從2014年開始也每年都獲獎,也是持續展現其卓越技術能力。今年模組類新增的得獎者為茂迪,期待未來繼續展現其能力。

電池類產品同樣是聯合再生能源、元晶太陽能與茂迪三家獲獎,另外還有純電池廠明徽能源也獲得殊榮。

變流器是今年新增的產品類別,獲獎者為台達電子、盈正豫順、以及新望三家廠商。

得獎很厲害嗎?金能獎到底有什麼特別之處?接下來跟大家說分明。

 

第一類(模組)評選標準

第一類產品(模組)的評選標準以及與國際標準的比較列於下表

評選項目

參考標準

金能獎要求

IEC標準要求

1.安全

IEC 61730-22004CNS 15118-296年版)更新標準

符合參考標準

符合參考標準

2.性能

IEC 612152005CNS 1511496年版)

或更新標準

符合參考標準

符合參考標準

3.效率

IEC 60904-12006

轉換效率 19.5%

無要求

4-1.可靠度

鹽霧測試

IEC 617012011CNS 15196103年版) Severity 6

鹽霧測試56

功率衰減 5%

鹽霧測試56

功率衰減 5%

4-2.可靠度
濕熱測試

IEC 612152005CNS 1511496年版)或更新標準

DH 3000小時

功率衰減 15%

DH 1000小時

功率衰減 5%

4-3.可靠度
熱循環測試

IEC 612152005CNS 1511496年版)或更新標準

TC 600循環

功率衰減 15%

TC 200循環

功率衰減 5%

4-4.可靠度

電致衰減測試

IEC TS 62804-1:2015

PID 85 85%RH

±系統電壓

時間300小時

功率衰減 5%

PID 60 85%RH

±系統電壓

時間96小時

功率衰減 5%

4-5.可靠度
複合測試

IEC TS 62782:2016

DML(±2000 Pa) - TC50 - HF10

功率衰減 5%(各單項)

功率衰減 8%(全系列)

DML(±1000 Pa) - TC50 - HF10

功率衰減 5%(各單項)

功率衰減 8%(全系列)

4-6.可靠度
光暨高溫誘發衰減測試

IEC TS 63342(草案)

LETID 75 85%RH

電流 (Isc-Impp)×2

時間300小時

功率衰減 5%

LETID 75 85%RH

電流 (Isc-Impp)×2

時間300小時

功率衰減 5%

 

以下簡單說明各測試的意義以及跟國際標準相比有沒有比較厲害:

1. 安全

這個項目直接檢核IEC61730驗證,這是國際間普遍公認的太陽光電模組安全性標準,檢核此標準可以說只是一個基本門檻,不算是特殊要求。

2. 性能

這個項目直接檢核IEC61215驗證,這是國際間普遍公認的太陽光電模組品質性能標準,檢核此標準可以說只是一個基本門檻,不算是特殊要求。

3. 效率

轉換效率要求 19.5%,在去年訂定標準時,此效率算是一個高門檻。今年四家得獎廠商的效率都提升到20%以上。明顯的跨過了門檻。

4. 可靠度

可靠度測試就是金能獎的重頭戲了,以下就各個測試項目說明:

4-1. 鹽霧測試

依據IEC 617012011CNS 15196103年版) Severity 6。此項要求是因應台灣四面環海,空氣中鹽分較高而特別要求的測試項目,在國際間並不是普遍的要求。Severity 6是此標準中最嚴苛的測試等級,每次測試要至少56天,通過此測試顯示模組優異的耐鹽霧腐蝕能力。

4-2. 濕熱測試

依據IEC 61215的濕熱測試,此測試把模組放置在85/85%濕度下長時間測試,對高分子材料是很嚴苛的挑戰。值得注意的是,IEC標準的測試劑量為1000小時,而金能獎測試標準為3000小時。以三倍的測試劑量挑戰模組性能極限,是因應台灣濕熱環境而擬定的特殊需求。

4-3. 熱循環測試

依據IEC 61215(或CNS 15114)的熱循環測試。此測試把模組置於-40~85℃的冷熱循環中,熱脹冷縮的循環對電氣連接的可靠度是很嚴苛的考驗。值得注意的是,IEC標準的測試劑量為200個循環,而金能獎測試標準為600個循環。以三倍的測試循環挑戰模組性能極限,也是因應台灣高溫陽光強烈的環境而擬定的特殊需求。

4-4. 電致衰減(PID)測試

依據IEC TS 62804-1 85℃ / 85%濕度下,施加±系統電壓,測試時間300小時。這主要是評估模組抗PIDPotential Induced Degradation, 電致衰減)的能力。電致衰減主要來自系統電壓造成電池片的功率衰減,因此測試時要給模組施加最大系統電壓,且此測試要求正負都要測,讓P-typeN-type電池片都要接受考驗。

值得注意的是,測試時間300小時是IEC標準96小時的三倍以上。這是因應台灣溼熱環境而擬定的特殊需求,因為PID效應特別容易在濕熱環境下產生,因此在台灣需要更嚴苛的測試條件來評估。而且IEC標準96小時測試要求功率衰減≦ 5%,金能獎測300小時也要求相同的衰減≦ 5%,可見其嚴苛程度。

4-5. 複合測試

依據IEC TS 62782進行動態機械負荷測試 (±2000 Pa) + 熱循環測試50個循環 + 濕冷凍測試10個循環。其中動態機械負荷測試的負荷強度由IEC標準±1000 Pa提升到±2000 Pa,嚴苛度也大為提昇。此測試主要是考量台灣經常有颱風侵襲,模組需要抵抗強風所造成的動態機械負荷。而且功率衰減 5%IEC標準±1000 Pa的衰減要求相同,也是一個高標準的要求。

4-6. 光暨高溫誘發衰減(LETID)測試

依據IEC TS 63342(草案),進行光暨高溫誘發衰減測試,在75℃/ 85%濕度下,施加電流 (Isc-Impp)×2,時間300小時。LETIDLight and Enhanced Temperature Induced Degradation)是一種高溫加上光照複合的功率衰減效應,此測試仍在IEC草案階段,但是台灣先行導入。因為台灣氣候屬於高溫且陽光強烈的環境,容易有LETID效應,需要特別要求此項測試。

 

第二類(電池)測試標準

第二類產品(電池)測試標準以及與國際標準比較列於下表。 

評選項目

參考標準

金能獎要求

IEC標準要求

1. 效率

IEC 60904-1:2006

曝照 20 kWhm-2

轉換效率 21.2%

無此要求

2-1.可靠度

電致衰減測試

IEC TS 62804-1:2015

PID 85 85%RH
±
系統電壓

192小時

功率衰減 5%

PID 85 85%RH
±
系統電壓

96小時

功率衰減 5%

2-2.可靠度

光暨高溫誘發衰減測試

IEC TS 63342(草案)

LETID

75 85%RH

電流 (Isc-Impp) × 2

時間300小時

草案階段

尚未施行

 

由於電池片裸片無法進行測試,因此由報名廠商提供之20件太陽能電池樣品中,隨機挑選3件作為測試樣品,由實驗室選用統一之封裝材料並製作成單一電池片之小模組,再進行測試。以下簡單說明各測試的意義以及跟國際標準相比有沒有比較厲害:

1. 效率

樣品先做照光前處理 20 kWhm-2,去除初始照光功率衰減,再量測STC下的最大功率。合格門檻要求單晶轉換效率 21.2%。此效率在去年是個挑戰,但隨著電池片效率快速上升,今年則普遍可以達到此效率,算是一個基本門檻。但要注意,這裡是先照光前處理再量功率,如果光照衰減(LID)太大的話,是無法通過此門檻的,所以還是有一定難度。

2. 可靠度

2-1電致衰減測試

與模組的測試類似,引用相同的測試標準IEC TS 62804-1:2015,但是測試時間比較短一些,只有192小時,但是還是比標準的96小時多一倍。要求功率衰減5%,與IEC標準96小時測試的要求相同,算是有點挑戰的要求。

2-2光暨高溫誘發衰減測試

與模組的測試引用相同的測試標準,以及相同的300小時。此測試仍在IEC草案階段,但是台灣先行導入。因為台灣氣候屬於高溫環境,容易有LETID效應,需要特別要求此項測試。

 

第三類(變流器)測試標準

第三類產品(變流器)測試標準以及與國際標準比較列於下表。

評選項目

參考標準

金能獎要求

IEC標準要求

1.安全

CNS 15426-1100CNS15426-2102

符合參考標準

符合參考標準

2.併網

CNS 15382107

符合參考標準

沒有自主調控的要求

3.電磁相容

CNS 14674-1~395CNS 14674-4105IEC 62920106

符合參考標準

符合參考標準

4.可靠度

銅加速醋酸鹽霧測試

ASTM B368-09

將原本醋酸鹽霧試驗的溶液加入 5%鹽水, PH 3.1~3.3 冰醋酸, 及少量氯化銅

溫度: 49 ± 1 °C

時間: 14

連續輸出電流或者功率,不得超出標示輸出額定值10%以上

符合參考標準

 

以下簡單說明各測試的意義以及跟國際標準相比有沒有比較厲害:

1. 安全

要求符合CNS 15426-1100CNS15426-2102,此二標準是變流器必備的基本驗證,算是一個基本門檻,不是特別嚴苛的要求。

2. 併網

要求符合CNS 15382107的併網測試,這是變流器必備的基本驗證。值得一提的是,CNS 15382107並不是單純由IEC翻譯過來的標準,其中因應台灣電網特性而加入自主調控的要求,是針對台灣使用環境的特有標準。因此一般國外變流器若銷售到台灣,必須特別針對此標準做驗證,而無法以國外IEC測試報告取得此標準的驗證。

3. 電磁相容:

要求符合CNS 14674-1~395CNS 14674-4105IEC 62920106。這也是變流器必備的基本驗證,算是一個基本門檻。

4. 可靠度(銅加速醋酸鹽霧測試)

變流器的可靠度測試要求做銅加速醋酸鹽霧測試。參照ASTM B368-09,將原本醋酸鹽霧試驗的溶液加入5%鹽水、 PH 3.1~3.3 冰醋酸及少量氯化銅。在溫度: 49 ± 1 °C下,測試14天。

此測試主要是模擬空氣污染的腐蝕性氣體對變流器造成的可靠度問題。變流器的金屬外殼若沒有足夠的保護,在酸雨等腐蝕性環境下,很容易損壞而使雨水進入變流器。此測試是基於台灣的空污環境而要求的特別測試,非一般海外產品會做的測試。

 

總結:

本文分析比較了金能獎的測試要求與IEC標準要求的差異,大部分金能獎測試都比IEC標準要求更高,甚至以三倍劑量來進行測試。因此通過金能獎評估測試的產品,可以肯定的說其水準優於一般符合IEC標準的產品。

另一方面,金能獎也針對台灣特有的環境,特別要求獨特的測試項目或測試方法。其中變流器的併網測試與可靠度測試,皆使用與國際標準不同的測試方法與合格門檻。此類要求讓產品更適用於台灣特殊環境,也為在台灣驗證的產品提昇獨特的競爭力。

得獎廠商皆致力於產品的提昇,才能一直跟上金能獎一年比一年嚴格的挑戰,背後都是努力的血汗與成本。感謝他們為了台灣產業提昇所做的付出,也期待台灣產業持續進步!

 

 

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關於作者:

林敬傑博士,業界朋友們暱稱為「傑博」

2004年在工業技術研究院從事太陽能模組研發

2005年與德國萊因技術合作,在臺灣建立亞洲第一個太陽能檢測認證實驗室

2007年擔任德資企業a2pak Power茂暘能源技術長

2011年成立顧問公司PV Guider,提供專業諮詢與電站品質管控等服務

 

目前擔任:

PV Guider首席顧問

CNS國家標準審議委員

工研院量測中心顧問

IEA國際能源總署Task 13太陽能可靠度工作組技術專家兼共同主持人

SEMI產業標準技術委員會主席

Solar United國際太陽能產業聯盟工作小組技術專家

華聚基金會兩岸共通標準技術專家

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