IEC 61215-1-42021+AMD12022 CSV 地面光伏（PV）组件.设计鉴定和型式认证.第1-4部分薄膜Cu（In Ga）（S Se）2基光伏（PV）组件试验的特殊要求标准立项发展报告

地面光伏（PV）组件设计鉴定和型式认证第1-4部分：薄膜Cu（In,Ga）（S,Se）2基光伏（PV）组件试验的特殊要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TerrestrialPhotovoltaic(PV)Modules-DesignQualificationandTypeApproval-Part1-4:SpecialRequirementsforTestingofThin-FilmCu(In,Ga)(S,Se)₂BasedPhotovoltaic(PV)Modules摘要随着全球能源结构转型的深入推进，光伏发电技术已成为可再生能源领域的重要组成部分。在众多光伏技术路线中，薄膜铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池凭借其高转换效率、优异的弱光性能和独特的柔性化应用潜力，正逐步成为行业关注的焦点。IEC61215-1-4:2021+AMD1:2022CSV作为国际电工委员会发布的光伏组件设计鉴定与型式认证系列标准的重要组成部分，专门针对薄膜Cu(In,Ga)(S,Se)₂基光伏组件制定了差异化的试验要求，填补了通用标准在该类组件性能评估方面的技术空白。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程及行业影响进行了系统分析。报告指出，该标准通过明确CIGS组件的专用测试条件、老化试验方案和失效判据，有效解决了薄膜组件与晶硅组件在材料特性、退化机制和可靠性评价等方面的显著差异性问题。标准的最新修订（AMD1:2022）进一步完善了湿热试验、电势诱导衰减（PID）测试及机械载荷试验等技术条款，反映了行业对CIGS组件长期可靠性的更深认识。据统计，截至2023年底，全球CIGS组件累计装机容量已超过5吉瓦，年增长率约为15%，标准的持续完善对引导产业健康发展、保障产品质量具有重要的支撑作用。本报告旨在为相关企事业单位、检测认证机构和科研院校提供标准实施与推广的参考依据。关键词：光伏组件；薄膜太阳能电池；CIGS；设计鉴定；型式认证；IEC61215；可靠性测试Keywords:Photovoltaicmodules;Thin-filmsolarcells;CIGS;Designqualification;Typeapproval;IEC61215;Reliabilitytesting1引言1.1标准立项背景在全球气候变化应对与碳中和目标的双重驱动下，太阳能光伏发电技术经历了前所未有的高速发展。根据国际可再生能源署（IRENA）发布的统计数据，2023年全球光伏新增装机容量已超过375吉瓦，累计装机容量突破1.4太瓦。在技术多元化发展格局中，薄膜光伏技术因其独特的材料特性和应用场景优势，始终占据着不可忽视的市场份额。铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是薄膜光伏技术中最具代表性的技术路线之一。与晶硅电池相比，CIGS电池具有以下突出优势：其一，CIGS材料为直接带隙半导体，光吸收系数高达10⁵cm⁻¹量级，仅需1-2微米的吸收层即可实现高效光电转换；其二，实验室效率纪录已达23.35%（德国ZSW研究机构，2019年），量产组件效率普遍在15%-18%之间，接近多晶硅组件水平；其三，CIGS组件具备优异的弱光响应特性和温度系数（约为-0.3%/°C），在高温和散射光条件下具有更好的实际发电性能；其四，可在柔性衬底上制备，满足建筑一体化（BIPV）和便携式应用等新兴市场需求。然而，CIGS组件的材料体系和制备工艺与晶硅组件存在本质差异。CIGS吸收层为多元化合物半导体，其晶界特性、缺陷态密度、碱金属掺杂行为等均与硅材料迥异；组件内部采用薄膜多层结构，层间界面结合力、应力匹配及水汽渗透路径等可靠性影响因素更为复杂。上述差异导致IEC61215系列标准中针对晶硅组件制定的部分试验方法和失效判据并不完全适用于CIGS组件，亟需制定专门的技术条款。1.2标准修订与整合过程IEC61215-1-4:2021+AMD1:2022CSV是国际电工委员会光伏组件标准化技术委员会（IEC/TC82）组织制定的重要技术文件。该标准的制定经历了系统严谨的论证程序，其发展脉络可追溯至IEC61646标准的演化。2016年，IEC/TC82对光伏组件标准体系进行了结构性调整，将原IEC61215（晶体硅）和IEC61646（薄膜）整合为IEC61215系列标准，其中第1部分（IEC61215-1）规定通用测试要求，第1-1至1-4部分分别规定晶硅、CdTe、非晶硅/微晶硅以及CIGS组件的特殊要求。2017年，IEC61215-1-4:2017首次发布，标志着CIGS组件测试要求正式纳入IEC标准体系。该标准基于IEC61646:2008的实践经验，并结合CIGS技术的快速进展进行了系统性修订。2021年，IEC61215-1-4:2021作为完整修订版发布，充分吸收了来自全球主要制造商、检测机构和研究机构的反馈意见。2022年3月，IEC正式发布了包含修订案AMD1:2022的合并版（CSV），进一步更新了电势诱导衰减测试、湿热老化的判定条件等内容。1.3标准结构与适用范围IEC61215-1-4:2021+AMD1:2022CSV在IEC61215系列标准框架中处于"分论"地位，与IEC61215-1:2021（通用要求）、IEC61215-2:2016（测试条件与程序）配套使用。该标准适用于地面用薄膜Cu(In,Ga)(S,Se)₂基光伏组件的设计鉴定和型式认证，涵盖了组件设计验证所需的环境试验、机械载荷试验和电学性能测试等方面的特殊要求。标准的适用对象包括但不限于：-刚性衬底CIGS组件（玻璃衬底）-柔性衬底CIGS组件（聚酰亚胺或不锈钢箔衬底）-以CIGS为吸收层核心材料的各类光伏建筑一体化（BIPV）组件2标准主要技术内容2.1CIGS组件的特殊技术要求IEC61215-1-4在通用测试要求的基础上，针对CIGS组件的材料特性和失效机理制定了差异化的技术条款。核心差异体现在以下维度：（1）光致衰减（LID）与热退火效应处理CIGS组件在初始光照阶段往往表现出效率提升现象（即"光致改善"效应），这与晶硅组件的LID衰减行为截然不同。标准明确要求在性能测试前对CIGS组件进行充分的"光预处理"（LightSoaking），以稳定组件的输出特性。IEC61215-1-4规定，光预处理应在(50±10)°C组件温度下，以(1000±100)W/m²辐照度持续照射至少20kWh/m²的累积辐照量，直至连续两次最大功率测量值的偏差不超过1%。对于量产组件，制造商可提供等效的预处理方案。（2）湿热测试条件的差异性界定CIGS组件的湿气敏感性显著高于晶硅组件。水汽可通过边缘封装材料渗透进入组件内部，导致透明导电氧化物（TCO）层退化、吸收层与缓冲层界面劣化以及金属电极腐蚀。为此，标准规定了湿热试验（DampHeatTest）的严格条件：85°C±2°C、相对湿度85%±5%，持续时间1000小时。试验后组件的最大功率衰减不得超过初始值的5%，且绝缘电阻应满足安全性要求。与晶硅组件相比，CIGS组件在湿热试验后的允许功率衰减更为严格（晶硅为不超过5%初始值），反映了CIGS组件对水汽侵入的敏感性。（3）电势诱导衰减（PID）测试的特殊性CIGS组件的PID机理与晶硅组件存在本质区别——晶硅组件的PID通常与钠离子迁移和钝化层退化相关，而CIGS组件的PID主要涉及TCO层与窗口层界面的离子迁移和电化学腐蚀。IEC61215-1-4:2021及其AMD1:2022修订案对PID测试提出了明确要求：在60°C、85%相对湿度条件下，对组件施加系统最大系统电压（通常为1000V或1500V）的负偏压，持续192小时（AMD1修订案将此前的96小时延长至192小时）；试验后组件最大功率衰减应不超过5%。同时，标准还规定了正偏压PID测试（针对双面玻璃结构）和反向偏压条件的测试方法。（4）机械载荷测试的适配调整CIGS组件通常采用薄玻璃或柔性衬底，其机械强度特性与晶硅组件差异明显。IEC61215-1-4明确规定：对于采用厚度≤3.2mm前板玻璃的CIGS组件，机械载荷试验的正向载荷可调整为2400Pa（晶硅组件标准为5400Pa），以反映其实际安装条件和结构承载特点；对于柔性CIGS组件，标准允许采用专用的弯曲测试方法替代传统刚性载荷测试。但需要指出的是，标准同时要求制造商提供组件在标称最大雪载荷和风载荷条件下的承载能力声明，且当组件安装方式与标准测试条件不符时，须进行附加验证。2.2试验序列与判定准则IEC61215-1-4参照IEC61215-1规定的总体试验框架，规定了CIGS组件设计鉴定的完整试验序列，包括：-初始试验：目视检查、最大功率确定、绝缘试验、湿漏电流试验、接地连续性试验-环境应力试验：湿热试验、热循环试验（200次或400次循环）、湿冻试验（10次循环）、紫外线预处理（UV老化）-机械应力试验：静态机械载荷试验、动态机械载荷试验（可选）、引出端强度试验-电气应力试验：PID试验、旁路二极管热试验、热斑耐久试验每项试验结束后，组件须满足以下通用判定准则：外观无严重影响使用的缺陷；最大功率衰减不超过初始值的5%（热循环200次后为不超过8%）；绝缘电阻不小于40MΩ·m²/kW；湿漏电流不超过相关限值。在型式认证方面，标准采用了"设计鉴定+生产一致性"的双层认证模式——设计鉴定确认组件设计能够满足规定要求，而生产一致性（IEC62941）确保持续生产的产品与鉴定通过的设计保持一致。3标准修订内容分析（AMD1:2022）3.1修订背景与动因IEC61215-1-4:2021发布后，随着全球CIGS组件产能的持续扩大和户外运行数据的不断积累，行业对组件的长期可靠性认识逐步深化。尤其在以下方面出现了新的技术共识：第一，CIGS组件的PID问题在高温高湿环境中更为突出。中国海南、印度、东南亚等湿热地区的户外实证数据表明，部分CIGS组件在运行2-3年后出现了明显的功率下降，经分析确认与PID现象密切相关。原有的96小时PID测试条件在加速性和区分度方面存在不足。第二，双玻结构和透明背板技术的广泛应用使得CIGS组件在BIPV领域的渗透率显著提升，组件两面均可能承受电势应力，传统仅考虑单面PID的测试方法已不能全面覆盖实际工况。第三，IEC62804（光伏组件PID测试方法）标准的修订进度对IEC61215-1-4产生了联动影响，TC82内部需保持标准间的一致性。3.2核心修订要点AMD1:2022对IEC61215-1-4:2021的主要修改集中在以下技术条款：（1）PID试验的加严处理AMD1:2022将PID试验的持续时间从96小时延长至192小时，并将组件温度条件从25°C提高至60°C。这一修改显著提高了测试的加速因子。根据Arrhenius退化模型的推算，60°C/192小时的条件约为25°C/96小时条件的6-8倍加速应力，能够更有效地区分不同材料体系和封装方案的PID耐受能力。同时，修订案还增加了双面同时施加偏压的测试选项，覆盖双玻CIGS组件的实际运行工况。（2）湿热试验判据的进一步明确AMD1:2022对湿热试验后的判定准则进行了补充说明，明确要求在湿热试验后不仅须进行最大功率测试，还须对组件进行湿漏电流试验和绝缘电阻测试。此外，修订案补充了湿热试验后微观失效分析的推荐程序（如采用电致发光EL和光致发光PL成像技术进行缺陷表征），以帮助制造商和检测机构准确定位失效模式和退化机制。（3）磁控溅射TCO层的针对性评估AMD1:2022新增了对采用磁控溅射工艺制备的TCO层在湿热环境下的性能稳定性评估要求。标准要求制造商须提供TCO层在湿热试验前后的方阻变化数据，且方阻增加不应超过初始值的20%。这一新增条款直接回应了行业中部分CIGS组件因TCO层退化导致的串联电阻增大问题。（4）引用标准更新与编辑性修正AMD1:2022同步更新了规范性引用文件清单，纳入了最新版本的IEC62804-1:2015+AMD1:2021（光伏组件PID测试方法）和IEC61701:2020（盐雾腐蚀试验），并对部分术语和定义进行了编辑性修正，提高了标准文本的准确性和可操作性。4标准行业影响与应用前景4.1对CIGS产业发展的引导作用IEC61215-1-4:2021+AMD1:2022CSV的实施对全球CIGS光伏产业产生了深远影响，主要体现在以下层面：质量门槛与市场准入：该标准是CIGS组件进入国际市场的关键通行证。主要光伏市场（如欧盟、澳大利亚、日本、东南亚多国）的政府采购和大型电站项目普遍要求组件须通过IEC61215系列标准的型式认证。标准的加严有利于淘汰技术能力薄弱的企业，促进行业集中度提升。技术创新方向引导：标准中PID测试条件的加严迫使CIGS企业优化组件封装方案和电池结构设计。例如，通过采用更高阻值的TCO层、引入阻挡层、优化Mo背电极与吸收层之间的界面工程等措施提升PID耐受能力。这在一定程度上推动了行业从"效率优先"向"效率与可靠性并重"的技术理念转变。检测认证产业的协同发展：该标准的实施也促进了光伏检测认证行业的发展。国内的中国质量认证中心（CQC）、中国国检测试控股集团（CTC国检集团）等机构已具备IEC61215-1-4标准的全套测试能力，为CIGS组件企业提供本地化检测服务，显著降低了认证成本和周期。4.2国内外标准协调与互认在全球贸易一体化和"一带一路"倡议深入推进的背景下，我国积极推动光伏领域国家标准与国际标准的协调一致。GB/T39853-2021《地面光伏（PV）组件设计鉴定和型式认证第1-4部分：薄膜Cu(In,Ga)(S,Se)₂基光伏（PV）组件试验的特殊要求》等标准已参照IEC61215-1-4制定。同时，IECEE（国际电工委员会电工产品合格测试与认证组织）CB体系已将IEC61215-1-4纳入认证范围，实现了测试报告的国际互认。需要注意的是，尽管IEC标准具有广泛的国际认可度，不同国家和地区在具体实施中仍可能存在差异。例如，部分国家在PID测试中要求的系统电压等级可能高于IEC标准的最低要求，或对BIPV组件有额外的防火等级要求。标准用户应关注目标市场的具体法规要求，必要时在IEC标准基础上进行补充测试。4.3未来发展趋势随着CIGS技术的持续进步和新型应用场景的不断涌现，IEC61215-1-4标准也将持续演进。展望未来，以下方向可能成为标准修订的重点：钙钛矿/CIGS叠层电池的测试方法开发、柔性CIGS组件专用机械可靠性评价方法的完善、以及人工智能和大数据分析技术在组件退化模式识别中的应用。此外，随着IEC61215系列标准从"分立部件测试"向"系统级可靠性评估"的范式转变，未来的CIGS组件标准可能更加注重多应力耦合老化试验和基于失效物理模型的寿命预测方法。5主要起草单位介绍IEC61215-1-4:2021+AMD1:2022CSV由国际电工委员会光伏组件标准化技术委员会（IEC/TC82）归口管理，具体由TC8