GBT 44081-2024 光伏组件用旁路二极管热失控测试标准立项发展报告

光伏组件用旁路二极管热失控测试标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ThermalRunawayTestforBypassDiodesinPhotovoltaicModules摘要关键词：光伏组件；旁路二极管；热失控；安全测试；国家标准；标准化Keywords:PhotovoltaicModule;BypassDiode;ThermalRunaway;SafetyTesting;NationalStandard;Standardization1引言1.1研究背景在全球能源转型和应对气候变化的宏观背景下，光伏发电作为最具发展潜力的可再生能源形式之一，近年来经历了爆发式增长。根据国际能源署（IEA）统计数据，截至2023年底，全球光伏累计装机容量已超过1,400GW，中国作为全球最大的光伏制造和应用市场，其光伏组件产量连续多年占全球总产量的70%以上。光伏组件长期在户外环境中运行，不可避免地会遭遇局部遮挡、灰尘覆盖、积雪、组件失配等非均匀辐照工况。在这些工况下，被遮挡的电池片将由耗能元件转变为发热元件，产生局部过热现象，即"热斑效应"。热斑效应不仅会降低组件的输出功率，严重时还可能导致电池片烧毁、封装材料劣化，甚至引发火灾事故。旁路二极管的作用正是在电池片发生热斑时提供电流旁路通道，限制热斑电池的温度升高，从而保护组件安全运行。然而，旁路二极管本身在工作过程中也会产生热量。当旁路二极管持续导通较大电流或长期处于异常工作状态时，其内部温度可能不断升高，形成"热失控"现象——即温度升高导致漏电流增大，漏电流增大又进一步加剧温度升高，形成正反馈循环，最终可能导致二极管烧毁、封装材料碳化甚至引发组件起火。近年来，国内外已发生多起因旁路二极管热失控导致的光伏组件安全事故，引起了行业内的广泛关注和高度重视。1.2标准立法的必要性在GB/T44081-2024发布之前，我国尚无专门针对光伏组件用旁路二极管热失控测试的国家标准。现有标准体系中对旁路二极管的相关要求主要分散在IEC61215、IEC61730等国际标准的引用条款中，但这些标准主要侧重于组件的整体性能和基本安全要求，对旁路二极管热失控的专项测试方法和判定准则缺乏系统、详细的规定。各组件生产企业和检测机构往往参考IEC62979等国际标准自行制定测试方案，导致测试条件不一致、结果可比性差、评价标准不统一等问题。随着我国光伏组件出口量的持续增长和国内市场对组件质量要求的不断提高，制定统一、科学、可操作性强的旁路二极管热失控测试国家标准，已成为产业界、检测机构和科研院所的迫切共识。2标准编制概况2.1标准基本信息-标准编号：GB/T44081-2024-标准名称：光伏组件用旁路二极管热失控测试-英文名称：Thermalrunawaytestforbypassdiodesinphotovoltaicmodules-标准状态：现行-发布机构：国家标准化管理委员会-ICS分类号：27.160（太阳能工程）-发布日期：2024年5月28日-实施日期：2024年12月1日-国别：中国-语种：中文（简体）2.2编制原则本标准的编制遵循了以下基本原则：一是协调一致性原则，充分参考IEC62979:2017《光伏组件旁路二极管热失控测试》等国际先进标准的技术框架，同时结合我国光伏产业的实际发展水平和技术特点进行适当调整与完善；二是科学性原则，基于旁路二极管热失控的物理机理和失效模式，合理确定测试条件和评价指标；三是可操作性原则，确保规定的测试方法和步骤具有良好的可重复性和可再现性，便于各类检测机构和企业实验室实施；四是前瞻性原则，充分考虑光伏技术发展趋势和应用场景变化，为标准未来的修订和完善预留空间。3标准核心技术内容3.1适用范围本标准规定了光伏组件用旁路二极管热失控测试的术语和定义、试验装置、试验条件、试验程序、判定准则以及试验报告的要求。标准适用于晶体硅光伏组件用旁路二极管的热失控测试，其他类型的薄膜光伏组件用旁路二极管也可参照执行。3.2关键术语和定义标准中对以下关键术语进行了明确定义：-旁路二极管：并联连接在光伏组件电池串两端，用于在电池串发生故障或遮挡时提供电流旁路通道的二极管器件。-热失控：旁路二极管因功率损耗导致结温持续升高，漏电流随温度升高而增大，形成温度-电流正反馈，最终导致器件热失效的现象。-额定工作电流：旁路二极管在规定条件下能够持续承载的最大正向电流值。-热失控敏感温度：旁路二极管开始进入热失控状态时的临界温度值。3.3试验装置与条件标准对试验装置的配置提出了明确要求，主要包括：可控温的恒温箱（温度控制精度不超过±2K）、直流电源（具有稳定的电流输出能力和精确的电流测量功能）、温度采集系统（热电偶或红外热像仪，测量精度不超过±1K）、以及数据记录系统等。试验环境条件规定为：环境温度25℃±5℃，相对湿度不大于75%，试验场所应无强对流空气和阳光直射。3.4试验程序标准规定的试验程序主要包括以下几个步骤：第一步：试样准备与初始测量。从同一批次产品中随机抽取不少于3个旁路二极管样品，在标准测试条件下测量其正向压降、反向漏电流等初始电气参数，并进行外观检查和标记。第二步：热失控诱发试验。将旁路二极管固定在恒温箱内的散热装置上，按照标准规定的电流加载程序逐步增大正向电流，同时实时监测二极管壳温和电流变化。电流加载应从额定工作电流的50%开始，以不超过额定电流10%的步进递增，每个电流台阶的保持时间不少于10分钟，直至观察热失控现象或达到标准规定的终止条件。第三步：结果判定。根据试验过程中记录的温升曲线和电流变化曲线，判定试样的热失控特性。若试样在试验过程中温度持续上升超过规定的安全阈值，或出现明显的外观损坏（如封装开裂、碳化等），则判定为热失控。第四步：重复试验与综合评价。对全部试样完成测试后，综合评判该批次旁路二极管的热失控性能。3.5判定准则标准确立了明确的热失控判定准则，核心内容包括：（1）在规定的电流加载条件下，旁路二极管壳温的平衡温升应不超过规定的最大允许值；（2）试验过程中不应出现温度持续上升无法达到平衡状态的现象；（3）试验结束后试样不应出现影响其安全性能的损坏或劣化。所有试验样品均需满足上述要求，方可判定该批次产品通过热失控测试。4标准创新性与国际对比4.1标准的主要创新点GB/T44081-2024在充分借鉴IEC62979等国际标准的基础上，结合我国光伏产业的实际需求和近年来在旁路二极管失效分析领域的研究成果，形成了一系列具有创新性的技术内容。首先，在测试条件方面，标准充分考虑了不同气候区域和应用场景的差异化需求，规定了多档位的环境温度条件供测试方根据实际应用场景选择，这较IEC标准中的单一温度条件更具灵活性和适用性。其次，在失效判定方面，标准不局限于传统的"通过/不通过"二元判定模式，引入了分级评价的理念，对热失控的严重程度进行了等级划分，为采购方和使用方提供了更加精细化的产品选型依据。第三，在试验样品数量与统计处理方面，标准参考了可靠性工程中的统计抽样理论，明确了不同批次规模下的最小抽样方案和判定规则，增强了测试结果的可信度和统计有效性。第四，在术语体系方面，标准结合IEC62979的中文译本及国内光伏行业已形成的术语习惯，首次对"热失控""热失控敏感温度"等核心概念给出了规范化的中文定义，统一了行业表述，为标准的落地执行奠定了基础。4.2与国际标准的对比分析|对比维度|GB/T44081-2024|IEC62979:2017||---------|-----------------|----------------||测试电流加载方式|台阶式步进加载，步进幅度灵活|恒定电流加载为主||环境温度条件|多温度档位可选|单一高温条件||失效判定方式|分级评价+二元判定结合|以二元判定为主||样品数量要求|明确统计抽样方案|规定最少样品数||术语定义|首次规范化中文术语|英文术语体系|从上表可以看出，GB/T44081-2024在IEC62979的基础上进行了多项改进和完善，体现了我国在光伏组件安全测试领域的标准化创新能力和技术水平提升。5标准实施的意义与行业影响5.2对光伏系统安全运行的保障作用近年来，光伏电站火灾事故时有发生，其中相当比例的事故与旁路二极管失效存在直接或间接的关联。本标准的发布实施，将从元件层面为光伏组件的安全运行提供更加坚实的保障。通过严格的热失控测试，可以有效筛选出在极端工况下具有良好热稳定性的旁路二极管产品，大幅降低组件在长期运行过程中发生热失控的风险，进而提升整个光伏系统的安全水平。5.3对国际贸易和市场竞争的支撑作用作为全球最大的光伏组件制造国和出口国，我国光伏产品的质量和安全性直接关系到国际市场竞争力。GB/T44081-2024的发布，为我国光伏组件企业提供了与国际接轨的旁路二极管热失控测试标准，有助于消除国际贸易中的技术壁垒，增强我国光伏产品的国际竞争力。同时，该标准也为国外光伏产品进入中国市场提供了明确的技术门槛和评价依据。6主要起草单位介绍6.1牵头起草单位概况本标准的主要牵头起草单位为中国电子技术标准化研究院（CESI），该院是工业和信息化部直属的事业单位，是我国电子信息领域标准化工作的核心权威机构。多年来，CESI一直致力于光伏领域标准的制修订工作，在光伏组件、光伏系统、光伏应用等多层次的标准化工作中积累了丰富的经验和深厚的技术实力。在光伏标准化领域，CESI不仅是IEC/TC82（太阳能光伏能源系统技术委员会）的国内技术对口单位，还承担着全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（SAC/TC90）的秘书处工作，在我国光伏标准体系的顶层设计、关键技术标准研制和国际标准化协调方面发挥着不可替代的作用。截至目前，CESI已组织和参与制定了数十项光伏领域国家标准和行业标准，覆盖光伏材料、电池、组件、系统及应用等全产业链条。6.2起草团队构成本标准的起草团队汇聚了来自科研院所、检测机构、生产企业等多方力量，包括中国电子技术标准化研究院、中国国检测试控股集团股份有限公司、国家太阳能光伏产品质量检验检测中心（无锡）、隆基绿能科技股份有限公司、天合光能股份有限公司、晶科能源股份有限公司、浙江正泰新能源开发有限公司等多家行业龙头企业和权威检测机构。起草团队中既有长期从事光伏标准化研究的资深专家，也有在光伏组件设计、制造和可靠性评估方面具有丰富实践经验的一线工程技术人员，还有熟悉国际标准动态和检测认证流程的专业人才。起草过程中，编制组开展了广泛深入的调研工作，收集分析了大量的国内外相关技术资料和标准文献，组织多轮专家研讨和意见征求活动，充分吸收了产业界的实践经验和相关方的合理建议。特别是在试验方法的可行性和判定准则的科学性方面，编制组组织了多家实验室进行了比对试验验证，确保标准的各项技术规定既具有科学严谨性，又具有良好的可操作性和可实现性。7结论与展望7.1总结GB/T44081-2024《光伏组件用旁路二极管热失控测试》的发布与实施，是我国光伏领域标准化工作的一项重大成果。该标准系统性地解决了光伏组件用旁路二极管热失控测试长期缺乏统一国家标准的问题，具有以下突出贡献：一是构建了涵盖试验装置、试验条件、试验程序、判定准则和试验报告等全流程的技术规范体系，具有系统性、完整性和可操作性；二是充分吸纳了国际先进标准的技术成果，实现了我国光伏标准化工作与国际的接轨；三是结合我国光伏产业的实际需求进行了一系列创新性改进，体现了我国在该技术领域从"跟随者"向"并跑者"甚至"领跑者"转变的发展态势。7.2展望展望未来，随着光伏技术的持续进步和应用场景的不断拓展，旁路二极管热失控测试标准也将面临持续修订和完善的需要。一方面，随着钙钛矿太阳能电池、异质结电池（HJT）、隧穿氧化层钝化接触电池（TOPCon）等新一代高效电池技术的快速产业化，新型组件对旁路二极管的性能要求将发生深刻变化，相应的测试方法和判定准则也需要适时调整；另一方面，随着光伏组件应用环境的日益多样化（如海上光伏、建筑一体化光伏（BIPV）、农光互补等），不同应用场景对旁路二极管热失控性能的差异化需求也需要在标准中予以更充分的考虑。参考文献[1]IEC62979:2017,Photovoltaicmodule-Bypassdiodethermalrunawaytest[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2017.[2]IEC61215-1:2021,Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:Testrequirements[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[3]IEC61730-1:2016,Photovoltaic(PV)modulesafety