中國儲能網(wǎng)訊：太陽能電池組件經(jīng)過多年長期暴露于許多環(huán)境因素會引起材料疲勞。研究人員已經(jīng)從長期性能的角度考慮，開發(fā)出一種方法來計算這些環(huán)境因素的影響，以便讓壽命預(yù)測更可靠。
對于將太陽能電池板投資在自己屋頂?shù)娜藗?，總想使用某中方法來計算長期的獲利能力 - 這個技術(shù)到底能持續(xù)多久？雖然大多數(shù)廠商保證長達(dá)25年的壽命，但他們的客戶，甚至制造商自己也無法對預(yù)期壽命做可靠的預(yù)測。這些組件必須符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，然后才能被批準(zhǔn)用于運(yùn)行。這涉及到組件暴露在各種試驗條件下的性能，如高溫和高機(jī)械負(fù)荷?！叭欢Y(jié)果只能對一些全新的樣品相對于極端的、短期負(fù)荷的強(qiáng)度做預(yù)測。相比之下，只和時間相關(guān)的老化效應(yīng)，如材料的疲勞，往往與實(shí)際工作壽命更密切，”弗賴堡弗勞恩霍夫材料力學(xué)抓緊家亞歷山大·弗洛姆解釋說。
這位科學(xué)家正從事一個叫做光伏組件可靠性的項目，該項目一部分由德國聯(lián)邦環(huán)境部（ BMU ）出資，研究一種新的預(yù)測太陽能電池組件使用壽命的程序。根據(jù)弗洛姆介紹，該項目“使用雙重辦法，結(jié)合實(shí)際測量結(jié)果與數(shù)值模擬”。為此，弗洛姆先開始調(diào)查機(jī)械負(fù)荷如何在戶外現(xiàn)場影響電池的測試。載荷來自雪載荷、溫度波動和陣風(fēng)的產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及該組件相關(guān)聯(lián)的應(yīng)變和斷裂伸長率，這些都會導(dǎo)致材料長期疲勞。無論是塑料封裝材料和還是電池的連接器，特別是 - 薄銅帶的連接太陽能電池 - 很容易受到影響。“這就像來回不斷地彎曲回形針。在某個點(diǎn)，它就斷了，”弗洛姆解釋說。
即便是太陽風(fēng)也能引起組件震動
為了能夠掌握這些因素對材料的影響，研究人員在一塊完整的太陽能組件上配備用電阻的變化來測量建筑構(gòu)件的應(yīng)變和伸長率的傳感器。反過來，也可以計算材料的機(jī)械應(yīng)力。弗洛姆和他的團(tuán)隊從連微風(fēng)就足以引起組件振蕩的數(shù)據(jù)來評估確定。環(huán)境溫度越高，這些振動就越明顯。此外，由于紫外線輻射諧振頻率隨時間增加的塑料材料變得更硬和更脆?！艾F(xiàn)在的關(guān)鍵問題是，這些因素是如何影響組件長期工作壽命的。在這一點(diǎn)上我們的模擬開始發(fā)揮作用，”弗洛姆說。
為了達(dá)到這個目的，弗洛姆準(zhǔn)備了一個詳細(xì)的太陽能組件的三維模擬?；趶默F(xiàn)場測試的結(jié)果，用數(shù)值計算用來推導(dǎo)環(huán)境因素對組件影響的長期影，以及會造成什么樣的機(jī)械應(yīng)力擴(kuò)展。“使用我們已經(jīng)學(xué)到的經(jīng)驗，如紫外線輻射對材料造成的脆性疲勞比迄今為止各種假設(shè)更大，”弗洛姆說，“就可以預(yù)測組件的工作壽命，研究人員將現(xiàn)場試驗結(jié)果與相應(yīng)的材料已知拉伸強(qiáng)度相結(jié)合，這些數(shù)字可以預(yù)測導(dǎo)致該材料斷裂的負(fù)載?！?
至今沒有現(xiàn)成的，大規(guī)模的工業(yè)試驗方法
該測試過程可以立即實(shí)現(xiàn)。然而，如果要最佳的、最可靠的預(yù)測，開發(fā)者需要非常詳細(xì)的特定材料的數(shù)據(jù)和將要被測試組件的幾何形狀信息?！拔覀兊某绦虿]有提供現(xiàn)成的，可大規(guī)模工業(yè)化試驗的解決方案，而是根據(jù)每個客戶的產(chǎn)品單獨(dú)設(shè)計，”弗洛姆解釋說。用他們的計算結(jié)果，研究人員不僅可以對預(yù)期壽命的進(jìn)行預(yù)測，也能也能對幾何形狀和材料進(jìn)行可能的改進(jìn)，預(yù)測組件中各種材料上的機(jī)械應(yīng)力效果。
