EN IEC 61730 Materiały polimerowe

W podrozdziale 5.5 określono wymagania dla materiałów stosowanych w modułach fotowoltaicznych. Na wstępie określono, że ogólna zgodność z wymaganiami weryfikowana jest za pomocą badań zgodnie ze standardem IEC 61730-2 omówionym nieco wcześniej. Ponadto wybór materiałów nie ogranicza się do materiałów wymienionych w niniejszym podrozdziale. Materiały nieprzewodzące, takie jak szkło lub materiały ceramiczne, mogą być stosowane jako materiały izolacyjne. Dla celów wymiarowania dowolny nieprzewodzący materiał może być uważany za izolator, przy czym powinna być zachowana zgodność z wymaganiami z  podrozdziału 5.6.

Materiały polimerowe

Na wstępie przypomnijmy, że tworzywa polimerowe stanowią osobną grupę materiałów obok materiałów ceramicznych, metali i ich stopów oraz drewna, które, ze względu na budowę cząsteczek celulozy, również należy zaliczyć do naturalnych materiałów polimerowych. Zaletami tworzyw sztucznych jest łatwość przetwórstwa (niskie koszty wykonywania dużych serii gotowych wyrobów w porównaniu do innych grup materiałów). Ta ostatnia cecha głównie zadecydowała o wielkim rozwoju przemysłu tworzyw polimerowych w XX wieku. Wadami tworzyw polimerowych są: mała odporność na wysokie temperatury i mniejsze właściwości mechaniczne (np. twardość, podatność na pełzanie) w porównaniu np. do metali lub ceramiki. Pomimo że właściwości mechaniczne większości tworzyw polimerowych są mniejsze w stosunku do metali, to włókna z niektórych tworzyw polimerowych (np. aromatyczne poliamidy – Kevlar) mogą wykazywać większą wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 3500 MPa) nawet w stosunku do wysokogatunkowych stali. Podobnie bardzo wysoką wytrzymałością charakteryzują się kompozyty polimerowe. Do wad tworzyw polimerowych zalicza się bardzo długi czas rozkładu, jeśli człowiek dokonuje zaśmiecania nimi środowiska naturalnego, czy też podczas składowania ich na składowiskach odpadów. Od początku ich masowej produkcji 9% zostało poddane recyklingowi, 12% spalono, a 79% zostało wyrzuconych na składowiska odpadów. Równocześnie tworzywa polimerowe stanowią doskonałe materiały wtórne do ponownego przerobu w technologiach recyklingu, gdzie na samym końcu powinny one kończyć „swoje życie” jako materiał opałowy, ze względu na wysoką wartość opałową, często porównywalną do węgla. Pomimo zaawansowanych technologii w spalarniach odpadów, które eliminują emisję szkodliwych związków do środowiska[potrzebny przypis], wciąż obserwuje się wysoki opór społeczny podczas wyboru lokalizacji spalarni odpadów. Spalanie tworzyw polimerowych w gospodarstwach domowych jest zabronione, m.in. ze względu na za niską temperaturę spalania, może powodować to emisję do atmosfery silnie trujących związków.

Punkt 5.5.2 niniejszej normy określa wymagania dla materiałów polimerowych stwierdzając na wstępie, że  powinny być w stanie w sposób trwały i bezpieczny wytrzymywać narażenia elektryczne, mechaniczne, cieplne, środowiskowe i korozyjne występujące dla określonego zastosowania oraz powinny być odporne na degradację swoich właściwości elektrycznych i mechanicznych. Ponadto części polimerowe zapewniające bezpieczeństwo elektryczne lub mechaniczne modułu fotowoltaicznego, bądź oba, powinny być odporne na degradację swoich właściwości elektrycznych i mechanicznych oraz powinny spełniać wymagania badania odporności materiałów na pełzanie (bMST 37) w zależności od funkcji konstrukcyjnej jaką pełnią w module PV. Wreszcie materiały polimerowe stosowane w modułach fotowoltaicznych jako część spoiny klejowej powinny być dodatkowo zgodne z wymogami omówionego niżej podpunktu 5.6.4.2.

Przypomnijmy jeszcze, że pełzanie to powolna zmiana kształtu ciała (odkształcenie) wskutek działania stałych, długotrwałych obciążeń, mniejszych od granicy sprężystości materiału. Pełzanie przebiega znacznie szybciej w wysokich temperaturach, np. w przypadku rurociągów, w których znajduje się gorący czynnik pod ciśnieniem, czy elementów turbin gazowych obciążonych statycznie, ale pracujących w wysokich temperaturach. Pełzaniem nazywamy proces odkształcania plastycznego związany z bardzo małą szybkością odkształcania. Podczas pełzania w stałej, wysokiej temperaturze metal ulega odkształceniu plastycznemu pod działaniem prawie stałego naprężenia lub stałego obciążenia, a wielkością zmieniającą się w czasie jest szybkość odkształcenia. W zależności od temperatury i naprężenia można wydzielić trzy rodzaje pełzania: niskotemperaturowe, wysokotemperaturowe, dyfuzyjne.

W temperaturze pokojowej, zjawisko pełzania można zaobserwować w tworzywach sztucznych i w stopach metali lekkich, w temperaturach podwyższonych - również w stalach. Przyjmuje się, że za powstawanie zjawiska pełzania w metalach odpowiadają ruchy dyslokacji (defektów sieci krystalicznej), efekty dyfuzyjne oraz poślizg na granicach ziaren. Pod wpływem obciążenia defekty sieci mogą się przemieszczać i nawarstwiać, co skutkuje jej plastycznym odkształcaniem. W obszarze granic ziaren powstają pory, które mogą być przyczyną powstania mikropęknięć. Rozwój tych zjawisk prowadzi do zniszczenia wiązań atomowych, powstania złomu i zniszczenia próbki pod wpływem stałego obciążenia. Ruch dyslokacji lub propagacja szczeliny może nastąpić, jeśli naprężenia na krawędzi dyslokacji/szczeliny przekroczą granicę plastyczności, przy czym granica ta obniża się silnie ze wzrostem temperatury. I dlatego pełzanie metali pojawia się łatwiej w wysokich temperaturach. W zależności od zakresu temperatur, zjawisko pełzania dzielimy na pełzanie nisko- i wysokotemperaturowe.

Specyficzna budowa polimerów, z których większość to materiały częściowo krystaliczne, składające się z nieuporządkowanej fazy amorficznej oraz uporządkowanej fazy krystalicznej sprawia, że materiały te są szczególnie podatne na zjawisko pełzania. Pod obciążeniem, wyjściowe uporządkowanie polimeru przed deformacją ulega przekształceniu w inną postać morfologiczną: następuje prostowanie oraz przemieszczanie względem siebie łańcuchów polimeru, zwłaszcza fazy amorficznej, powodujące jego płynięcie.

Proces pełzania można podzielić na trzy etapy:

• etap I: okres pełzania nieustalonego, charakteryzujący się zmienną, malejącą prędkością odkształceń,
• etap II: okres pełzania ustalonego dla którego prędkość odkształceń jest stała,
• etap III: okres pełzania nieustalonego, przyśpieszonego dla którego prędkość pełzania zwiększa się, materiał ulega osłabieniu, aż do zniszczenia (powstania złomu)

Przypomnijmy także, że korozja jest to oddziaływanie fizykochemiczne między metalem i środowiskiem. Wynikiem tego oddziaływania są zmiany we własnościach metalu (np. stali nierdzewnej), które mogą prowadzić do znacznego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są elementami. Najczęściej zjawiska korozyjne klasyfikuje się według mechanizmów, typów zniszczeń korozyjnych, środowiska i występowania w danej gałęzi przemysłu:

• Korozja bimetaliczna, zwana również korozją galwaniczną to korozja wywołana działaniem ogniwa korozyjnego gdzie elementy instalacji, np. elektrody, stanowią dwa różne metale. Jeżeli dwa różne metale będą znajdować się w środowisku elektrolitu to umożliwi to przepływ prądu elektrycznego z metalu mniej szlachetnego (anody) do metalu bardziej szlachetnego (katody), a metal anodowy będzie korodować w szybszym tempie niż gdyby metale się nie stykały.
• Korozja erozyjna to proces, w którym jednocześnie występują korozja i erozja – powierzchniowe, mechaniczne ścieranie materiału, np. poprzez przepływające ciecze lub gazy zawierające rozdrobnione substancje stałe. Korozja erozyjna w instalacjach ze stali nierdzewnej występuje często w obszarze zmian przekroju i kierunku przepływu medium. Korozja erozyjna jest również ściśle uzależniona od prędkości przepływu medium w instalacji.
• Korozja lokalna występuje miejscowo na powierzchni metalu poddanego oddziaływaniu środowiska korozyjnego. Stale odporne na korozję mogą ulegać różnym typom korozji lokalnej, takim jak korozja wżerowa, szczelinowa, międzykrystaliczna oraz korozja naprężeniowa.
• Korozja międzykrystaliczna (intergranular corrosion) zachodzi, gdy roztwór atakuje granice ziaren bez naruszenia ich wnętrza. Jest to inaczej selektywne rozpuszczanie granic ziaren lub przylegających obszarów na skutek procesu korozyjnego. Czynnikiem inicjującym ten proces jest różnica potencjału pomiędzy granicą ziarna zubożonego w Cr (chrom) w przypadku węglików chromu – anoda, a wtrąceniem, fazą międzymetaliczną lub zanieczyszczeniami tworzącymi się na granicy ziarna.
• Korozja naprężeniowa (pękanie korozyjne, pękanie sezonowe) – korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym występują stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne. Korozja naprężeniowa występuje na skutek łącznego oddziaływania agresywnego środowiska i naprężeń mechanicznych na materiały podatne na ten typ korozji. Efektem korozji naprężeniowej jest pękanie przedmiotów metalowych (np. stalowych, mosiężnych lub aluminiowych) lub polimerowych. Korozja metali ma charakter elektrochemiczny.
• Korozja równomierna to korozja zachodząca równomiernie na całej powierzchni metalu znajdującego się w środowisku korozyjnym. Ten typ korozji wpływa na zmniejszenie własności mechanicznych materiału przez równomierne zmniejszenie przekroju poprzecznego i ubytek masy i w efekcie tego do obniżenia własności wytrzymałościowych korodowanego elementu.
• Korozja szczelinowa (crevice corrosion) to elektrochemiczna korozja lokalna powstająca w trudno dostępnych miejscach. Są na nią narażone połączenia elementów, w których nie występuje przetopienie łączonych powierzchni, np. połączenia śrubowe i nitowe.
• Korozja wżerowa (pitting corrosion) jest to korozja lokalna powodująca tworzenie się wżerów (pits) – wgłębień postępujących od powierzchni w głąb stali. Korozja wżerowa stali odpornych na korozję polega na powstawaniu wżerów, zainicjowanych w miejscu uszkodzenia pasywnej warstwy tlenkowej, które mogą doprowadzić do całkowitej perforacji cienkościennych wyrobów.
• Warstwa pasywna jest to cienka, nieporowata, obejmująca cały element, stabilna i nieprzepuszczalna warstwa tlenków głównie chromu formująca się na powierzchni stali odpornej na korozję (nierdzewnej), jako kombinacja tlenu z powietrza lub wody z chromem zawartym w stopie.

Odporność na czynniki atmosferyczne

Niniejsza norma określa także, że materiały polimerowe powinny być odporne na działanie czynników atmosferycznych występujących w przypadku danego zastosowania. Z kolei komponenty powinny być oceniane stosownie do odpowiedniego wymagania ujętego w normie właściwej dla danego komponentu.

Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że badania dotyczące działania czynników atmosferycznych na polimerowe pokrycia przednie i tylne są obecnie opracowywane jako norma IEC TS 62788-7-2.

Przypomnijmy zatem, że Norma IEC TS 62788-7-2: 2017 (E) definiuje procedury testowe do scharakteryzowania odporności na warunki atmosferyczne materiałów polimerowych stosowanych w modułach lub systemach fotowoltaicznych (PV). Metody opisane w tym dokumencie koncentrują się na polimerowych podkładkach i enkapsulantach, ale mogą być stosowane do innych materiałów; jednak nie zostały one zweryfikowane w ramach przygotowań. Ekspozycje w tym dokumencie mają służyć jako odniesienie w innych normach oraz jako narzędzie wspierające badania i rozwój produktu w zakresie komponentów i modułów PV. Można stosować różne ekspozycje, aby ukierunkować określone konfiguracje klimatyczne bądź montażowe, ze szczegółami dotyczącymi sposobu stosowania ekspozycji pozostawionych tym normom (np. normy charakteryzacji komponentów, standardy kwalifikacji modułów).

W omawianym dokumencie wskazuje się także, że materiały polimerowe mogą pełnić wiele funkcji izolacyjnych, chociażby w częściach zewnętrznych oraz jako izolacja pomiędzy:

• częściami czynnymi a dostępnymi częściami przewodzącymi;
• częściami czynnymi a dostępnymi powierzchniami;
• częściami czynnymi o różnej biegunowości w tym samym obwodzie;
• częściami czynnymi o różnym potencjale.

Przy tym materiał izolacyjny pełniący więcej niż jedną funkcję, powinien spełniać wszystkie właściwe wymagania. W przypadku zaś wielu podobnych wymagań (chociażby grubość lub czas trwania badania) zastosowanie mają wymagania najbardziej rygorystyczne. Materiał powinien być oceniony w miejscu o najmniejszej grubości występującej w określonym zastosowaniu. Materiał użyty dla izolacji gwarantowanej powinien mieć odpowiednią grubość, jak podano w Tablicach 3 i 4 omówionych szczegółowo w kolejnych artykułach, oraz powinien być odpowiedni dla określonego zastosowania, jak zostało to opisane w kolejnych podrozdziałach.

Z kolei izolacja nie może ulec osłabieniu w efekcie krótkotrwałych bądź długotrwałych narażeń cieplnych, które mogą wystąpić podczas normalnej pracy (o czym więcej w dalszej treści). Izolacja nie może ulec pogorszeniu na skutek narażenia elektrycznego bądź działania czynników atmosferycznych (o czym więcej w dalszej treści). Ponadto różne warianty dodatków polimerowych, takich jak przeciwutleniacze, stabilizatory UV, barwniki i zmiana składu chemicznego komponentu polimerowego, powinny być poddane ocenie w celu ustalenia, czy właściwości materiału zmieniają się w odniesieniu do jego właściwości elektrycznych, mechanicznych, cieplnych i fizycznych. Zgodność w tym zakresie jest weryfikowana za pomocą oględzin oraz odpowiednich badań modułu PV i badań materiałowych. Wreszcie wartości graniczne temperatury dla materiałów stosowanych jako izolacja nie powinny być niższe niż maksymalna zmierzona temperatura robocza określonego materiału w miejscu zastosowania, zarejestrowana podczas badania temperaturowego modułu (MST 21).

Przypomnijmy, że stopień uszkodzeń tworzyw sztucznych wynikający z promieniowania ultrafioletowego zależy od trzech czynników: grubości wyrobów, przezroczystości i rodzaju UV. Im są one grubsze i mniej przenikliwe dla promieniowania ultrafioletowego, tym są trwalsze. Każde tworzywo ma określoną długość fali, przy której ulega zniszczeniu. Jeśli ją się zna, można skutecznie chronić wyroby przed szybką degradacją. Nie da się jednak całkowicie zatrzymać procesów rozkładu. Aby zwiększyć odporność materiałów na działanie promieniowania ultafioletowego, producenci dodają specjalne stabilizatory UV, spowalniające proces degradacji. Obecnie istnieje ponad 200 substancji stosowanych jako fotostabilizatory, ściśle wyspecjalizowanych do konkretnych tworzyw i zastosowań. Ilość dodawanych substancji określają producenci na podstawie prowadzonych eksperymentów. Stabilizatory UV są zużywalne (wypalane przez słońce). Istnieje więc określony czas ekspozycji, po którym dodatki te zanikają. Producenci stabilizatorów podają zestawienia obrazujące zależność odporności tworzywa na UV, uzyskanej po dodaniu określonej ilości ich produktów.

Dodajmy także, że przeciwutleniacze to substancje chemiczne dodawane do polimerów organicznych w celu ochrony przed szkodliwymi skutkami utleniania. Związki te hamują reakcje utleniania poprzez wchodzenie w reakcje z czynnikami utleniającymi (antyoksydanty prewentywne) lub z produktami pośrednimi utleniania, np. wolnymi rodnikami (antyoksydanty interwentywne). Polimery węglowodorowe mają różne stopnie odporności na utlenianie w zależności od ich składu chemicznego, architektury oraz cech fizycznych i morfologicznych. Na procesy degradacji oksydacyjnej polimerów wpływa kilka czynników: temperatura, promieniowanie elektromagnetyczne, naprężenia mechaniczne, zanieczyszczenia atmosferyczne i przypadkowe zanieczyszczenia jonami metali. Aby złagodzić szkodliwe skutki utleniania, do organicznej matrycy polimerowej dodaje się zwykle niewielkie ilości przeciwutleniaczy. Rzeczywista użyta ilość będzie jednak zależeć od łatwości utleniania podłoża: im bardziej utleniający się polimer (np. elastomer), tym większa wymagana dawka przeciwutleniaczy.

Odporność na narażenia elektryczne

Omawiany dokument określa, że materiały stosowane jako izolacja elektryczna powinny wytrzymywać narażenia elektryczne występujące podczas eksploatacji zarówno dla przypadku bez kondycjonowania, jak i po wstępnym kondycjonowaniu. Z kolei jeżeli jest to istotne dla określenia odstępu izolacyjnego oraz drogi upływu, materiałom izolacyjnym należy przypisać oznaczenie grupy materiałowej na podstawie wartości wskaźnika CTI. Minimalne wymagania dotyczące odstępów można obniżyć dzięki zastosowaniu materiałów z niżej sklasyfikowanej grupy materiałowej.

Materiały izolacyjne umieszczone pomiędzy częściami przewodzącymi o różnej biegunowości lub pomiędzy częściami przewodzącymi a dostępnymi powierzchniami powinny być ocenione zgodnie z oznaczeniem grupy materiałowej na podstawie wartości swoich wskaźników CTI, jeżeli materiały te stanowią część drogi upływu. Oznaczenie wskaźnika CTI wymagane jest dla każdej powierzchni, na której może wystąpić upływ, chociażby na powierzchni wewnętrznej pomiędzy pokryciem przednim bądź pokryciem tylnym, a enkapsulantem, tam gdzie jest właściwe. Ponadto zawsze, gdy narażenia elektryczne występują w warstwie materiału (nie wzdłuż powierzchni granicznej lub jego powierzchni), zastosowanie ma koncepcja odstępu przez izolację, a wskaźnik CTI nie jest wymagany. Dodatkowo zastosowanie mają następujące badania modułów PV:

–     Badanie izolacji (MST 16) przed procesem wstępnego kondycjonowania i po tym procesie oraz

–      Badanie odporności na napięcie udarowe (MST 14).

Przypomnijmy, że wilgoć i zanieczyszczenia ułatwiają powstawanie śladów pełznych na powierzchni tworzywa sztucznego. Pod pojęciem „powstawania śladów pełznych” należy rozumieć samoistne tworzenie się ścieżek przewodzących między sąsiadującymi ze sobą potencjałami. Jest tu uwzględniana zależność potencjałów od ich różnicy napięcia pod wpływem elektrolitów. Do określania właściwości izolacyjnych tworzywa sztucznego używany jest często wskaźnik CTI (Comparative Tracking Index). Przy jego pomocy można określić odporność elektryczną izolacji na powierzchni izolujących tworzyw sztucznych. Wartość CTI tworzywa sztucznego wskazuje, w jakim stopniu utrudnione jest tworzenie śladów pełznych. Na próbce 20 mm x 20 mm x 3 mm umieszcza się dwie elektrody platynowe w odległości 4 mm. Do obu elektrod podawane jest napięcie probiercze określone w normie. Następnie na elektrody co 30 sekund kapie kropla roztworu testowego. Badanie określa maksymalną wartość napięcia, przy której nakapanie 50 kropli nie spowoduje prądu zwarciowego > 0,5 A.

Wyróżnia się 6 klas PLC (Performance Level Categories) parametru CTI, przy czym klasa PLC3 jest uznawana za standardową przez wielu producentów obwodów. Im wyższa klasa PLC (maks. PLC0) laminatu, tym bardziej bezpieczne w użytkowaniu jest urządzenie. Wysoka wartość parametru CTI jest szczególnie istotna w urządzeniach zasilanych wysokim napięciem, które mają bezpośredni kontakt z człowiekiem lub pracują w środowisku o wysokiej wilgotności. Najwyższe bezpieczeństwo użytkowania urządzeń zapewniają laminaty dysponujące ponadto certyfikatem UL określającym stopień palności danego materiału. Wysokiej jakości laminaty, o najwyższej klasie UL, oznaczane są symbolem "94V0". Obwody takie muszą być wytwarzane przez producenta, który posiada certyfikację UL swoich procesów produkcji, ponieważ tylko wtedy gotowy obwód będzie charakteryzował się niepalnością w pełni zgodną z UL.Odporność na narażenia cieplne – RTE (RTI) lub TI (mechaniczne/elektryczne)

W kwestii odporności na narażenia cieplne podpunkt 5.5.2.3.3 niniejszej normy określa, że materiały stosowane jako izolacja gwarantowana powinny charakteryzować się minimalną wartością względnego współczynnika odporności cieplnej, względnego współczynnika cieplnego lub wskaźnika temperaturowego (RTE/RTI lub TI), stosownie do standardu IEC 60216-5 lub IEC 60216-1, który byłby co najmniej równy maksymalnej unormowanej temperaturze roboczej dla materiału zmierzonej w konkretnej sytuacji montażowej (chociażby montaż na dachu) podczas badania temperaturowego (MST 21) lub temperaturze 90 °C, w zależności od tego, która z tych wartości jest wyższa. Z kolei w przypadku modułów PV montowanych na otwartych stelażach można przyjąć, że unormowana zmierzona maksymalna temperatura robocza modułu PV wynosi 90 °C, tak więc parametr RTE/RTI lub TI dla izolacji powinien wynosić co najmniej 90 °C.

Aby mieć pewność, że właściwości elektryczne i mechaniczne będą zachowane w trakcie spodziewanego cza- su życia modułu, wartości TI oraz RTE (RTI) powinny być określone jako mechaniczne i elektryczne zgodnie ze standardem IEC 60216-2. Odpowiednie wartości RTI oszacowane zgodnie ze standardem UL 746B są akceptowane jako alternatywne dla RTE. Z kolei w przypadku konstrukcji wielowarstwowych, dla których wartości RTE, RTI lub TI były badane oddzielnie, ocenę właściwości cieplnych można uzyskać na podstawie właściwości komponentów wchodzących w skład folii, przy czym wartość odpowiadająca najniższej wartości dla wszystkich komponentów folii definiuje wartość RTE, RTI lub TI dla układu wielowarstwowego. Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że zależność pomiędzy RTE, RTI i TI można znaleźć w standardach  IEC 60216-1, IEC 60216-2 oraz IEC 60216-5.

Przypomnijmy, że norma PN-EN 60216-5:2008 - wersja angielska Materiały elektroizolacyjne -- Oznaczanie ciepłoodporności -- Część 5: Wyznaczanie wskaźnika względnej odporności cieplnej (RTE) materiału elektroizolacyjnego określa procedury doświadczalne i obliczeniowe służące do wyznaczania wskaźnika względnej ciepłoodporności materiałów elektroizolacyjnych na podstawie danych doświadczalnych uzyskanych zgodnie z IEC 60216-1 i IEC 60216-2. Podano również wytyczne oceny starzenia cieplnego na podstawie jednej ustalonej wartości czasu i temperatury, bez ekstrapolacji. Podano wytyczne do wstępnego podziału materiałów elektroizolacyjnych na klasy cieplne na podstawie przeprowadzonego starzenia. Normę tą stosuje się do określania klas cieplnych układów elektroizolacyjnych, gdy narażenie cieplne jest dominującym czynnikiem oddziaływania.

Z kolei norma PN-EN 60216-1:2013-12 - wersja angielska Materiały elektroizolacyjne -- Oznaczanie ciepłoodporności -- Część 1: Procedury starzenia i ocena wyników badania opisuje ogólne warunki starzenia i procedury dotyczące wyznaczania charakterystyk ciepłoodporności oraz podano przewodnik stosowania szczegółowych instrukcji i wytycznych zawartych w dalszych częściach normy. Początkowo procedury dotyczyły materiałów elektroizolacyjnych i prostych kombinacji tych materiałów, obecnie bierze się pod uwagę bardziej ogólne zastosowanie tych procedur oraz ich wykorzystanie do oceny materiałów przeznaczonych nie tylko do zastosowań elektroizolacyjnych. W niniejszej normie przyjęto założenie, że istnieje praktycznie liniowa zależność logarytmu czasu, w trakcie którego nastąpi zmiana uprzednio określonej własności, od odwrotności odpowiadającej temu zjawisku temperatury wyrażonej w skali absolutnej (zależność Arrheniusa). W badanym zakresie temperaturowym nie może dojść do przemiany fazowej, w szczególności do przemiany pierwszego rzędu, żeby zastosowanie normy było uzasadnione. W treści niniejszej normy termin "materiały elektroizolacyjne" oznacza "materiały elektroizolacyjne i proste kombinacje tych materiałów".

Dodajmy także, że względny wskaźnik temperatury (RTI) to maksymalna temperatura robocza dla materiału, w którym klasa krytycznej właściwości nie zostanie niedopuszczalnie uszkodzona wskutek chemicznej degradacji termicznej. Rozciąga się to na rozsądną trwałość produktu elektrycznego w stosunku do materiału odniesienia o potwierdzonym, akceptowalnym odpowiadającym mu, określonym parametrem, RTI. Większość materiałów objętych programem termicznego starzenia bada się pod kątem zachowania pewnych krytycznych właściwości, w tym dielektryka, rozciągania i udarności, jako część długotrwałego programu termicznego starzenia przeprowadzonego zgodnie z UL 746B, Materiały polimerowe, Długoterminowe oceny właściwości . Za koniec okresu przydatności materiału w każdej temperaturze testowej w tym programie przyjmuje się czas, w którym wartość krytycznej właściwości spadła do 50 procent pierwotnej (jak otrzymana) wartości. Jeśli materiał został zbadany w ramach programu starzenia cieplnego, przedstawiony w nim wskaźnik temperatury względnej (RTI) jest oparty na porównaniu z materiałem, który ma akceptowalne doświadczenie eksploatacyjne i koreluje numerycznie z temperaturami powyżej, w których materiał prawdopodobnie przedwcześnie ulegnie degradacji. Jeśli materiał nie został zbadany w ramach programu termicznego starzenia, pokazany RTI jest oparty na ogólnej klasie materiału. Zestawienie indeksów temperatury według ogólnej klasy materiałowej jest zawarte w UL 746B i opiera się na wynikach testu i strukturze chemicznej z przeszłości. Więcej niż jeden RTI może być odpowiedni dla danego materiału, w zależności od wymagań właściwości dla konkretnego zastosowania. W niektórych przypadkach dopuszczalne są wyższe temperatury, jeżeli tak określono w standardzie produktu końcowego.

Ponadto wskazać należy, że wydajności cieplne materiałów elektroizolacyjnych bardzo często mierzone są zgodnie ze standardami norm IEC 60216-1 i IEC 60216-2. Normy te, objaśniają w jaki sposób określany jest wskaźnik temperatury (TI), który wyraża temperaturę w której wybrany parametr osiąga krytyczny poziom, po 20 000 godzinach pracy. W przypadku elastomerów, takich jak poliolefiny, norma IEC 60216-2 zaleca użycie parametru „wydłużenie podczas zerwania” do określenia końca okresu używalności. Kiedy parametr ten osiągnie wartość poniżej 50%, zakłada się, że elastomer utracił swoje właściwości izolacyjne. Tą metodę można uznać za dość zachowawczą i stosowana jest głównie w sytuacjach,  w których materiał nie podlega wydłużeniu, po zainstalowaniu. Określenie indeksu temperaturowego materiału izolacyjnego opiera się na pomiarze jego wydłużenia podczas zerwania w różnych zadanych temperaturach  oraz przy uwzględnieniu czasu narażenia 20 000 godzin. Przyjmuje się, że istnieje liniowa zależność  między logarytmem czasu niezbędnego do spowodowania spadku wydłużenia podczas zerwania do 50% a odpowiadającą mu temperaturą bezwzględną (zależność Arrheniusa). Zależność Arrheniusa pozwala również na ustalenie Przedziału Temperaturowego Połówkowego (halving Interval HIC), czyli przedziału temperaturowego wymaganego do podwojenia (w przypadku spadku) połowy (w przypadku wzrostu) oczekiwanego czasu życia. Przyjmuje się, że wartość ta wynosi 10 ° C dla materiałów izolacyjnych.  Tak więc, obniżenie temperatury pracy  o 10 °C oznacza podwojenie żywotności materiału a podniesienie jej o 10°C adekwatnie skróci żywotność o połowę. Jednak ten związek liniowy nie dotyczy wysokich temperatur.

W dalszej części normy czytamy, że jakakolwiek część dostępna (uszczelnienie krawędzi, pokrycia przednie i tylne), której użyto jako izolacji, powinna spełniać kryteria wymienione w niniejszym podrozdziale (5.5.2.3.4). Wymienione wymagania dotyczące części zewnętrznych nie mają natomiast zastosowania w przypadku części spełniających wymagania norm właściwych dla komponentów, chociażby materiału na obudowy puszki przyłączeniowej dla modułów PV. Zewnętrzne polimerowe części modułu PV, pogorszenie właściwości których mogłoby wpłynąć negatywnie na bezpieczeństwo, powinny spełniać następujące dodatkowe wymagania:

• klasa palności minimum V-1 zgodnie ze standardem IEC 60695-11-10 (nie dotyczy izolacji w cienkich warstwach; tych dotyczy jedynie badanie MST 24);
• próba wciskania kulki zgodnie ze standardem IEC 60695-10-2 wykonana w temperaturze 75 °C (nie dotyczy izolacji w cienkich warstwach);
• próba zapłonu (MST 24) dla końcowego zastosowania (po zalaminowaniu lub dla modułu PV);

• badanie wytrzymałości na odrywanie spoin klejowych zgodnie ze standardem IEC 61730-2 (MST 35), tam gdzie dotyczy;

• badanie wytrzymałości na ścinanie przy rozciąganiu połączeń na zakładkę (MST 36), tam gdzie dotyczy.

Przypomnijmy, że norma PN-EN 60695-11-10:2014-02 - wersja angielska Badanie zagrożenia ogniowego -- Część 11-10: Płomienie probiercze -- Metody badania płomieniem probierczym 50 W przy poziomym i pionowym ustawieniu próbki opisuje metodę badań, wykonywanych w małej skali laboratoryjnej, przeznaczonych do porównania zachowania się różnych materiałów, stosowanych w wyrobach elektrotechnicznych, w czasie palenia się. Ustawione pionowo lub poziomo próbki w kształcie pręta poddaje się działaniu małego źródła zapłonu o nominalnej mocy cieplnej 50 W. Niniejsze metody badań służą do oznaczania zarówno liniowej szybkości palenia się, jak również własności samogasnących materiału. Niniejsze metody badań stosuje się do materiałów stałych oraz porowatych o gęstości pozornej nie mniejszej niż 250 kg/m3, oznaczonej według ISO 845. Opisano dwie metody badań. Metoda A jest to próba poziomego palenia się. Metoda B jest to próba pionowego palenia się; nie stosuje się jej do materiałów, które po przyłożeniu płomienia kurczą się bez zapalenia się. Opisane metody badań umożliwiają klasyfikację materiałów, która może służyć do zapewnienia jakości, wstępnego doboru materiałów lub do sprawdzenia wymaganej minimalnej klasyfikacji palności materiałów wchodzących w skład gotowych wyrobów.

Dodajmy też, że norma UL 94 (harmonizująca z warunkami badań wg EN 60695-11-10) opisuje badania palności, które uzyskały szczególnie znaczenie w zastosowaniach elektrotechnicznych. W centrum zainteresowania znajduje się przy tym zachowanie się materiałów w ogniu. Klasyfikacja prowadzona jest zgodnie z normą UL 94 HB (zapalanie w poziomie) lub UL 94 V (zapalanie w pionie). Z badań wynika, że klasyfikacje UL V0/1/2 mają wyższą wartość niż klasyfikacja 94 HB. Standard UL 94, według którego bada się własności palne i bezpieczeństwo pożarowe tworzyw sztucznych używanych w urządzeniach i przyrządach, stosowany jest przez American Underwriters Laboratories. Sześć z dwunastu klasyfikacji odnosi się do materiałów powszechnie stosowanych w pomieszczeniach produkcyjnych, elementów konstrukcyjnych i izolatorów w produktach elektronicznych (5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2, HB). W teście UL 94 HB (poziome palenie) bada się przebieg palenia poziomo usytuowanego elementu z tworzywa sztucznego, a w bardziej wymagającym teście UL 94 V (pionowe palenie) palenie się pionowo usytuowanego elementu.

Próbki badanego materiału o wymiarach 127 mm na 12,7 mm i o grubości, w jakiej materiał występuje w końcowej fazie są testowane w stanie bezpośrednio po wyprodukowaniu jak i w dojrzałym stanie (po spędzeniu 7 dni w temperaturze 70°C). Test wymaga dokładnego ustawienia dobrze kontrolowanego płomienia pod pionowo ustawioną próbką na okres 10 sekund. Następnie płomień usuwa się i odnotowuje długość palenia. W momencie wygaśnięcia płomienia, próbka jest natychmiastowo poddana drugiemu 10 sekundowemu okresowi zapalenia. Okres palenia jest odnotowany. Bezpośrednio pod próbką umieszcza się watę, aby sprawdzić, czy materiał kapie i zapala watę.

Materiały spełniające V-0 wg UL 94:
- Nie palą się płomieniem dłużej niż 10 sęk. po każdym z testów na podtrzymywanie palenia.
- Czas spalania otwartym płomieniem nie przekracza 50 sęk dla 10 podpaleń każdego zestawu 5 próbek.
- Nie ma żadnych materiałów, które paliłyby się lub tliły aż do uchwytu mocującego.
- Nie kapią i nie zapalają znajdującej się 305 mm poniżej waty.
- Nie ma żadnych materiałów tlących się dłużej niż 30 sekund po drugim usunięciu płomienia.

Materiały spełniające V-1 wg UL 94:
- Nie palą się płomieniem dłużej niż 30 sekund po każdym z testów na podtrzymywanie palenia.
- Czas spalania otwartym płomieniem nie przekracza 250 sekund dla 10 podpaleń każdego zestawu 5-ciu próbek.
- Nie ma żadnych materiałów, które paliłyby się lub tliły aż do uchwytu mocującego.
- Nie kapią i nie zapalają znajdującej się 305 mm poniżej waty.
- Nie ma żadnych materiałów tlących się dłużej niż 60 sekund po drugim usunięciu płomienia.

Materiały spełniające V-2 wg UL 94:
- Nie palą się płomieniem dłużej niż 30 sekund po każdym z testów na podtrzymywanie palenia.
- Czas spalania otwartym płomieniem nie przekracza 250 sekund dla 10 podpaleń każdego zestawu 5-ciu próbek.
- Nie ma żadnych materiałów, które paliłyby się lub tliły aż do uchwytu mocującego.
- Niektóre z materiałów kapią palącymi się przez krótką chwilę cząsteczkami, które mogą zapalić suchą watę znajdującą się 305 mm poniżej próbki.
- Nie ma żadnych materiałów tlących się dłużej niż 60 sekund po drugim usunięciu płomienia.

W podpunkcie 5.5.2.3.5 czytamy, iż zewnętrzne części wykonane z materiału niemetalicznego, elementy materiału izolacyjnego podtrzymujące części czynne, w tym połączenia, oraz części z materiału polimerowego zapewniające izolację dodatkową lub izolację wzmocnioną, powinny być wystarczająco odporne na ciepło, jeżeli pogorszenie ich właściwości mogłoby spowodować, że moduł fotowoltaiczny przestanie spełniać wymagania niniejszej normy. Ponadto elementy polimerowe nie będące komponentami laminatu, których pogorszenie właściwości mogłoby wpłynąć niekorzystnie na bezpieczeństwo modułu PV, są oceniane za pomocą badania poziomu zapalności modułu MST 24. Materiały polimerowe inne niż elastomerowe (chociażby duroplastyczne) powinny spełniać następujące dodatkowe wymagania.

• Klasa palności minimum HB zgodnie ze standardem IEC 60695-11-10.

• Próba wciskania kulki zgodnie ze standardem IEC 60695-10-2 w temperaturze 125 °C.

Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że w standardzie IEC 60695-10-2 określa się próbę wciskania kulki jako sposób badania odporności na ciepło elementów wykonanych z materiałów niemetalicznych.

• Badanie odporności materiałów na pełzanie (MST 37).

Wreszcie wymagania niniejszego podrozdziału nie mają zastosowania do części, które spełniły wymagania norm właściwych dla komponentów, chociażby dla puszek przyłączeniowych.

Przypomnijmy, że plastomery to polimery, które poddane odkształceniu, w zależności od temperatury, zachowują nadany im kształt a ich wydłużenie nie przekracza 100%. Z uwagi na odkształcalność związana z wysokością temperatury, dzielą się na termoplastyczne i utwardzalne. Plastomery termoplastyczne (termoplasty) polimery o budowie liniowej lub nierozgałęzionej (nieusieciowane), które pod wpływem ogrzewania miękną a po ostudzeniu powtórnie twardnieją. Jest to proces odwracalny i powtarzalny. Z kolei plastomery termoutwardzalne (duroplasty) dzielą się na polimery termo i chemoutwardzalne o budowie usieciowanej, nietopliwe i nierozpuszczalne; poddane odkształceniu w danej temperaturze zachowują nieodwracalnie swój kształt. Ponadto plastomery termoplastyczne (termoplasty) polimery o budowie liniowej lub nierozgałęzionej (nieusieciowane), które pod wpływem ogrzewania miękną a po ostudzeniu powtórnie twardnieją. Jest to proces odwracalny i powtarzalny. Wreszcie duroplasty są to plastomery termoutwardzalne, które dzielą się na polimery termo i chemoutwardzalne o budowie usieciowanej, nietopliwe i nierozpuszczalne Poddane odkształceniu w danej temperaturze zachowują nieodwracalnie swój kształt.^. Najczęściej spotykane tworzywa termoutwardzalne to nienasycony poliester (UP), żywica epoksydowa (EP) oraz żywica fenolowo-formaldehydowa (PF)

Zastosowanie i właściwości tworzyw termoutwardzalnych:

• Nienasycone poliestry są stosowane do produkcji, odlewów elektronicznych, zalewanie urządzeń elektronicznych.
• Żywice epoksydowe znajdują zastosowanie do posadzek żywicznych, wytwarzania klejów, kitów i szpachlówek do metali, lakiery o dużej odporności na czynniki agresywne.
• Żywice fenolowo-formaldehydowe znajdują zastosowanie w produkcji: wełny mineralnej, materiałów ogniotrwałych, materiałów ciernych

Dodajmy jeszcze, że norma PN-EN 60695-10-2:2014-10 - wersja angielska Badanie zagrożenia ogniowego -- Część 10-2: Nadmierne gorąco -- Próba wciskania kulki opisuje próbę wciskania kulki jako metodę wyznaczania temperatury mięknienia tworzyw sztucznych oraz części wyrobów końcowych, określającą ich odporność na nadmierne gorąco. Wykorzystuje się ją do badania materiałów stosowanych w urządzeniach elektrotechnicznych, częściach składowych oraz do materiałów elektroizolacyjnych stałych z wyjątkiem materiałów ceramicznych. Niniejsza publikacja bezpieczeństwa jest przeznaczona do stosowania przez komitety techniczne przy opracowywaniu norm zgodnie z zasadami ustanowionymi w Przewodniku IEC 104 i w Przewodniku ISO/IEC 51. Komitety techniczne są odpowiedzialne między innymi, za stosowanie przy opracowywaniu swoich publikacji, tam gdzie jest to uzasadnione, podstawowych publikacji bezpieczeństwa. Wymagania, metody badań lub warunki badań podane w niniejszej podstawowej publikacji bezpieczeństwa, nie będą miały zastosowania, dopóki nie zostaną powołane lub włączone do odpowiednich publikacji.

W odniesieniu do materiałów polimerowych spełniających funkcje mechaniczne omawiany dokument określa, że użyte materiały powinny być odporne na działanie czynników atmosferycznych występujących podczas użytkowania. Ponadto materiały pełniące funkcje mechaniczne powinny charakteryzować się minimalną wartością względnego mechanicznego wskaźnika odporności cieplnej, względnego wskaźnika cieplnego lub wskaźnika temperaturowego (RTE/RTI lub TI) stosownie do standardów IEC 60216-5 lub IEC 60216-1, a który byłby co najmniej równy maksymalnej unormowanej temperaturze roboczej dla materiału zmierzonej w konkretnej sytuacji montażowej (chociażby montaż na dachu) podczas badania temperaturowego (MST 21) lub temperaturze 90 °C, w zależności od tego, która z tych wartości jest wyższa. Wymagania dotyczące stosownych badań były opracowywane w momencie tworzenia niniejszej normy.