1 光伏组件质量25年的质保承诺 20世纪50年代晶体硅太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，其可利用太阳能发电的性能让人类看到了新能源规模应用的曙光。作为户外发电的工业产品，光伏组件在服役寿命，期间将经历来自外部的大气环境应力、化学应力、生物作用，以及来自发电系统内部的高电压和电化学反应等。因此，光伏组件的质量安全可靠性及耐久性决定了其在市场上存在的价值。虽然全球光伏行业的组件生产商承诺其所制造的光伏组件质量可靠性可达到25年，但是，随着规模化应用不断的扩大，光伏发电系统频频发生事故，于是全球诸多的科研学者、用户以及投资商一直不断的询问： 1）光伏组件能够稳定发电多少年？2）是否有一种人工加速试验方法可为25年的质保承诺提供足够的证明？ 经历半个多世纪，全球的各大研究机构、新能源公司和第三方实验室一直在努力，希望通过开展研究回答上述的两个问题，这些研究结果促使了光伏标准的诞生。 2 标准发展 光伏行业的标准起源于1975年，主要由美国NASA的喷气推进实验室JPL（Jet Propulsion Laboratory）和欧盟委员会的联合研究中心JRC（JointResearch Center）共同发起，自1985到现在，隶属于美国国家可再生能源实验室NREL（National Renewable Energy Laboratory）在光伏组件的安全可靠性研究方面也做出大量的工作，影响着全球光伏标准的发展。 2.1 1975年～1980年 JPL在1975年时为开发光伏组件质量测试技术，启动了FSA（Flat Plate Solar Array Project）项目，从该项目研究结果中衍生出Block系列（Ⅰ～Ⅴ）测试规范，成为光伏行业中第一个针对地面用晶体硅光伏组件质量的测试规范（表1）[2]。 表1 Block系列测试条件
Block Ⅰ 测试序列起源于NASA对于太空用太阳能电池组件的测试方法，热循环测试条件是基于地球最恶劣温度区间考虑的，选用-40℃～90℃；由于太空中太阳能电池组件所经历的潮湿环境应力很有限，因此湿度测试条件较为温和；随着太阳能行业的发展，出现较为大型的光伏发电系统，Block Ⅰ已经不能满足应用的需求，Block Ⅱ和Ⅲ应运而生，在考虑的振动对光伏组件的影响后，Block Ⅱ增加了100个循环的机械载荷测试，同时增加高压锅测试以保证光伏组件电绝缘性能稳定；Block Ⅲ仅在高压锅测试条件做了调整，并没有太多的变化；在随后的光伏发电应用过程中，研究者们发现冰雹会损坏组件的玻璃面板，导致电池片隐裂加剧甚至出现破损，在较为大型的发电系统中（如60KW），高压会诱发电池片失效而出现过热现象；于是在Block Ⅳ和Ⅴ中分别增加了冰雹试验和热斑试验。 通过对光伏组件户外实时测试的结果分析，Hoffman 和Ross发现几种导致光伏组件性能衰减的模式[3]：封装胶膜脱层、离子迁移和电腐蚀，其中离子迁移和电腐蚀的发生是由于在潮湿环境中的偏压所致，JPL准备采用他们的研究结果，将偏压试验增加到BlockⅥ中（Block Ⅵ一直没有发布）。 2.2 1980年～1984年 JRC在1980年通过其光伏测试工作组发展了名为CEC 201的测试规范[4]，其中包括：冰雹试验、紫外暴露试验、风压试验、热循环试验（-40℃～85℃）、湿热循环试验（20/10DH～40/100DH）、热降解试验。 1980年在法国Cannes召开的第三届欧洲委员会太阳能光伏会议中，通过对光伏组件可靠性长期研究，Desombre[5]提出两个数学模型来界定光伏组件服役寿命的加速测试条件，一个是建立温度和活化能之间关系的阿雷尼乌斯关系式；另外一个是他提出的以温度和相对湿度为主要参数的经验关系公式。JPL采用了Desombre提出的经验关系式[6]，并将其测试方法加入到1981年发布的BlockⅤ中，在BlockⅤ中改变了湿热测试条件，将测试最低温度降至-40℃，最高温度升至85℃，循环次数增加到10次，同时规定光伏组件最大功率衰减不能超过5%。 1981年IEC成立太阳能光伏发电系统标准技术委员会 - TC82，其WG2工作组开始研究未来考察光伏组件质量的测试标准；同年JRC发布CEC 501测试序列[7]，与一年前的CEC201相比测试条件和参数发生巨大了变化，其对组件的最大衰减功率也规定不可高于5%，该测试序列主要包括：
1984年JRC的CEC 502发布，其中首次提到了户外试验，增加高温储存试验（High Temperature StorageTest，90℃ for 20days）和高温/高湿试验（90/95DH for 20days）。与此同时，成立于1981年的IEC太阳能光伏系统技术委员会TC82委派其WG2工作组制定未来光伏组件质量控制标准。 这段时间，许多研究学者也在通过发布各自研究结果推动着光伏标准形成。Ross[8]在其研究光伏组件可靠性的文章中指出，光伏组件85/85DH试验借鉴了半导体行业测试条件，由于光伏组件在使用过程中的失效行为尚未全部弄清楚，所以利用现有测试手段保证其25年的使用寿命还不太可能。美国海岸警卫队开发了一种名为“Pressure immersion Temperature”测试[9]，用来模拟光伏组件在海边运行时的环境状态，该测试模拟了光伏组件在海边运行时，从全日光照的条件下瞬间因海浪的作用而被浸润到几米深海水时的环境条件，试验加速比可达到45:1。 Otth和Ross[10]利用美国的户外条件数据，在Desombre加速模型基础上开发出可以评价组件在迈阿密地区使用20年的人工加速湿热试验，该试验基于一种失效模式：晶硅电池片的电化学腐蚀，试验条件为在85/85DH条件下进行144小时的试验。 2.3 1985年～1989年 此阶段在UL、IEC/TC82、JPL、NREL等组织机构的努力下，推动晶硅组件、非晶硅组件安全测试标准、可靠性测试标准的发展。 美国UL公司于1986年发布针对光伏组件安全性的标准UL1703，成为美国市场准入的基本安全标准之一，与质量标准测试相比，该安全测试并不太关注功率衰减，更为关注经过测试后光伏组件是否会对人身造成任何危险。IEC/TC82 WG2工作组经过两年的时间收集分析了JPL BlockⅤ，CEC 501、502以及澳大利亚、法国和日本的相关标准，确认了“热斑试验、引出端强度试验、机械负载试验、扭曲试验、冰雹试验、热循环试验、湿冻试验、湿热试验、紫外试验，高温试验、盐雾试验和海洋环境试验”等试验序列可加入未来IEC光伏测试标准中[11]JPL的研究人员通过研究组件的泄露电流和湿气之间发生电化学腐蚀的关系后，提出了鉴定电化学腐蚀的试验方法：“在±500V直流电压条件下，测试浸润在含有表面活性剂的水溶液中组件的电阻”[12]。 在1986年～1988年NREL举行薄膜组件研讨会上，许多薄膜组件生产商开始逐步采用JPL开发测试方法，ECD/Sovonics[13]发布了其非晶硅组件在金属卤素灯下进行的光致衰减试验以及包括户外暴露试验在内BlockⅤ试验的结果，同时采用UV试验来对组件中的高分子材料进行测试。BP Solarex [14]采用JPL开发的高压锅试验和绝缘电阻试验来测试其组件的电化学腐蚀，在JPL测试方法的基础上，Solarex通过计算和试验，总结出135小时的85/85DH试验相当于在25/90DH条件下20年，他们提出适用于其自身组件的湿热加速试验（85/85DH，400h）。 基于JPL的工作，NREL在1988年发布针对薄膜组件的质量测试序列[15]，该测试序列后来被命名为“Interim Qualification Tests”（IQT），该试验规定组件的功率衰减不得大于10%，试验序列包括corrosion susceptibilitywet resistance 试验，高压锅试验、热斑试验、20个循环的湿冻试验，旁路二极管热性能试验。 Sumner于1988年报道[16]了当时位于南加州全球最大的太阳能发电站——Atlantic Richfield Solar Carrisa Plains system运行情况：系统运行四年以后，其效率下降了近20%，该系统大部分光伏组件内封装胶膜EVA因发生光热老化变成褐色，严重影响了组件的发电效率，这件事促使了学术界对EVA材料深入的研究。 1988年IEC 发布了标准草案，起草者之一Treble认为[17]虽然当前的实验室加速试验不能为光伏组件的服役寿命提供担保，但是试验的设计终极目标是为了保证组件在IEC 60721规定的户外环境条件下使用超过20年。该标准测试方法主要包括四个部分：
该测试序列结合BlockⅤ和CEC 502，在综合考虑了EVA熔点后，热循环测试条件从原来的90℃调整至85℃。1989年日本发布了本国的晶硅组件质量测试标准——JIS C8917，其中包括：
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