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今天有朋友问我,他们的东南亚客户说组件需要能够经受东南亚常见的公里/小时的飓风,这个性能该如何定义。这个问题让我想起多年前我对组件风载和机械载荷测试的学习,忍不住定下心来,将当时的心得回忆一下,和大家分享。
1.关于组件机械载荷测试
根据IEC要求,光伏组件需要经过机械载荷测试,其目的是测试组件承受风、雪、静压和冰载的能力。机械载荷测试包括静态机械载荷试验和动态机械载荷试验。静态机械载荷通常是先在组件正面施压Pa一小时后,将组件翻转再施压Pa一小时,如此循环三次,最后一个循环的组件正面施压增加到Pa。试验完毕后测试组件的外观、IV及湿漏电性能。动态机械载荷通常是在组件正面施加Pa的正压和负压循环,每分钟3个循环,共次。
2.关于风速的定义
风速,是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率,常用单位是m/s,1m/s=3.6km/h。风速没有等级,风力才有等级,风速是风力等级划分的依据。一般来讲,风速越大,风力等级越高,风的破坏性越大。组件在户外承受的是风力对组件的影响,风力会导致组件表面(玻璃、封装材料等)与边框之间的粘接破坏,会导致组件封装层与电池的粘接破坏,会导致组件表面变形和电池片隐裂发生。通常,风速与风力的换算公式是这样的:
ρ指空气密度,g为重力加速度;γ是空气重度,在气压为.kPa、常温15°C和绝对干燥的情况下,
空气密度与空气重度的关系是:ρ=γ/g
V代表风速,通常以公里/小时,或km/h为单位。
在纬度45°处,海平面上的重力加速度为
组件在户外可能承受风载、雪载、组件表面静压(如组件叠放、踩踏等)、冰载。根据IEC要求的测试方法,绝大多数情况下是模拟雪、静压、冰载等静态载荷。但如果要模拟真正的风压测试,就需要做强大的风洞试验,这通常只有航空航天才能接受的成本,所以IEC用机械载荷的实验方法同时代表了风载测试。
3.关于风速和机械载荷的关系
根据IEC的定义:对于阵风安全系数Pa,对应于km/h(或36.1m/s)的风速,这其中的关系是什么?为什么选择Pa做机械载荷试验?
我们先来看一下km/h代表了什么。
从表中可以看到,km/h相当于初级飓风,飓风是非常少见的,但初级飓风还是可能会发生的。或许大多数陆地国家的朋友不太理解飓风,用下表的通俗概念更容易明白:
也就是说,km/h就相当于12级台风!!尽管不多见,但这时候你应该能感受到丝丝凉意了吧。
所以,机械载荷测试选择了应对km/h的风速。
4.关于机械载荷Pa压力的计算
既然选择应对km/h(或36.1m/s)的风速,那Pa的载荷实验值是如何计算出来的呢?
通常在气压为.kPa、常温15°C和绝对干燥的情况下,
在纬度45°处,海平面上的重力加速度为g=9.8m/s2,代入前式得此条件下的风压公式:
计算得到:
对于实验模拟,为了满足km/hr的风速,需要三倍的安全系数,测试机械载荷时需要用到三倍的风压力,所以机械载荷测试选择的压力为Pa。
对于动态机械载荷测试所采用的Pa,其计算依据也可以参考上述公式。
小
结
所以,东南亚客户问组件是否做过抗km/h风速的试验,你或许明白怎么回答他了。
不过,这个km/h应该不是东南亚能常见到的风吧,即便真有这么大的风,组件Pa机械载荷测试是按照3倍风压系数设计的,(或者说很多组件厂还做了加严的机械载荷测试,如TUV南德曾为组件厂做过全序列按照Pa,更有甚者,按照Pa压力测试的机械载荷试验,中检南方组件实验室为组件厂提供低温动态机械载荷试验,可以做到零下40°C),也只能这样回答他了,毕竟组件很少可能去做航天的风洞试验(一次实验要十多万),再说估计也找不到按照3倍系数设定的km/h的风洞(目前笔者所了解到的航天航空用的风洞实验室有0-m/s风速的)。
而所谓的动态机械载荷,基于试验设备能力的限制,只能模拟比较低的风速下的动态承载,更难代表km/h的风速了。
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