光伏组件变形对组件性能的影响研究.docxVIP

学兔兔 www. xuetut 第4期(总第167期) 2011年8月 机械工程与 自动化 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION No.4 Aug. 文章编号：1672-6413(2011)04-0107-03 光伏组件变形对组件性能的影响研究 黄 浩，吴志学 (扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225009) 摘要：光伏组件在机械载荷作用下，其中的太阳能电池层压板将产生不同程度的变形。利用有限元软件 ANSYS对其进行分析，并结合组件试验测试进行对比。结果表明：在采用给出的组件尺寸数据条件下，承受 IEC61215 标准规定的5400 Pa机械静态载荷，组件变形将不会导致组件内部产生电池片隐裂、裂片等性能 问题。了解这种变形规律，对组件生产厂家通过组件IEC产品认证机械载荷试验及组件在户外使用时，保证 组件在风、积雪和覆冰的复杂气候条件作用下，能够长期正常工作具有一定的指导作用。 关键词 ：光伏组件；变形；有限元 中图分类号：TP31:TM914.4 文献标识码：A 0 引言 2002年～2007年全球光伏产业以49.5%的年平 均增长率高速发展，2008年比2007年增长60%, 2008年全球的光伏组件产量达6.4 GWP, 这意味着每 年有数千万个组件在不同国家和地区的各种气候条件 下使用。组件承受飓风、积雪和覆冰是一个最基本的 性能要求，为了保证晶体硅光伏组件在规定的气候条 件下长期使用， IEC61215 和中国国家标准 GB/T9535 中规定组件要通过一系列试验要求。其中有一项是机 械载荷试验，该试验规定了组件经受风、雪或覆冰等 静态载荷的能力。在试验中，组件要承受5400 Pa 的静态载荷，太阳能电池层压板的变形可能导致组件 内部封装的电池片产生隐裂、裂片等性能问题。组件 的使用寿命为20年左右，其在各种载荷作用下产生 变形导致电池片裂片将直接影响组件的使用寿命。因 此，对光伏组件在静态载荷作用下的力学性能分析具 有必要性。本文采用有限元软件ANSYS 对光伏组件变 形、应力分布等力学性能进行了分析。 1 光伏组件几何模型及有限元模型 1.1 光伏组件几何模型 光伏组件由太阳能电池层压板和铝合金边框经过 胶粘剂组装工艺装配而成。光伏组件结构及尺寸如图 1 所示。太阳能电池层压板弹性模量 E=70 GPa, 泊松比v= 0.3。 1.2 有限元模型 因为本文着重模拟IEC61215 标准规定5400 Pa 静态载荷施加于太阳能电池层压板上表面产生的变 形，所以在ANSYS 中对光伏组件几何模型做了适当的 简化处理，铝合金边框与玻璃的接触装配采用施加接 触支撑约束在接触面的简化形式。由于模型及加载具 有对称性，所以建立 模型，从而可以简化计算。太 阳能电池层压板有限元模型如图2所示。 A-A 截面图 图1 光伏组件结构尺寸示意图 1.3 施加边界条件及载荷 采用20节点结构实体单元(Solid186), 边界条 件为：在太阳能电池层压板上表面节点施加5400 Pa 的均布静态载荷；在x=0 及 y=0 的面施加对称约束。 因为太阳能电池层压板与铝边框四周有8 mm 宽的接 收稿日期：2011-02-27;修回日期：2011-03-18 作者简介：黄浩(1986-),男，湖南益阳人，在读硕士研究生，主要研究方向为机械结构强度及优化设计。 学兔兔 www.xuet ut ·108 · 机 械 工 程 与 自 动 化 2011年第4期 触面，所以，模拟计算时，太阳能电池层压板四边宽 度接触面均施加支撑约束。模拟组件经受风、积雪或 覆冰等静态载荷，对太阳能电池板面施加5400 Pa 的均匀分布力。 图2 有限元模型 2 计算结果分析 2.1 变形位移云图 太阳能电池层压板的变形位移云图如图3所示。 从图3可知，最大变形位移发生在板的中心，最大位 移值为11.245 mm。 变形位移由中心向四周递减，太 阳能电池层压板四周的变形位移最小。 图3 太阳能电池层压板变形位移云图 2.2 应力云图 太阳能电池层压板应力云图如图4所示，从图4 可知，模型最大综合应力发生在太阳能电池层压板长 边中间区域，也就是层压板与铝合金边框组装装配接 触面上，最大综合应力值为78.334 MPa。 为了避免过 大的局部应力集中，可以考虑在组件组装时适当增加 接触面封装胶量，以形成接触面的封装硅胶缓冲区域， 减小局部最大应力，避免太阳能电池层压板承受过大 的局部应力而导致局部加速磨损破坏。 3 载荷试验分析 太阳电池电致发光测试仪是依据太阳电池的电致 发光原理而研制的用于监测和研究太阳电池生产过程 的专用测试仪器，可以清楚