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载荷研究分享| 凛冬寒潮至,大组件靠什么扛住17级大风?
2021年12月24日    阅读量:133463    新闻来源:合亚嗒资讯网  |  投稿

2021年即将过去,这一年,中国光伏行业乘政策东风,迎来广阔发展,不同组件尺寸、电池技术并行前进,呈现一派欣欣向荣的景象。


这一年,天合光能持续深耕210主业,旗下210至尊系列组件凭借出色的产品性能、超高的系统价值,受到市场热捧。


秉承一贯开放、包容、自信的发展态度,天合光能总结了其中一份有关如何提高光伏组件载荷性能的不完全研究,在此岁末年初之际分享给业界,致力于协同创新推动行业健康向上发展涂料在线coatingol.com


引言:思路决定出路,优设计实现高可靠


就像钢铁航母远比木船更能远航、更坚实可靠,思路决定了出路,组件载荷性能也是靠设计和制造出来的。先看一组对比:


5月31日,友商公布了一组风洞测试结果,显示其超大尺寸组件(2.38×1.30m)仅能通过风速为45m/s的破坏性试验,而大尺寸组件(2.26×1.13m)的极限值在60m/s。


7月19日,天合光能联合第三方权威机构鉴衡认证对210至尊670W双玻组件(2.384×1.303m)也进行了风洞测试,结果显示,组件通过了62m/s,相当于17级超强大风的极限风速考验。


两款组件(2.384×1.303m)大小相同,测试结果却大相径庭,为什么?答案很简单,设计不同。比起友商,天合光能在看到伴随尺寸增加带来的载荷挑战的同时,早已进行了充分、透彻、全面的研究,并完成了设计优化,确保670W至尊组件具备同样出色的机械可靠性。

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要点1,创新技术无损切割(NDC)全面应用,提高抗隐裂能力


引领行业,天合光能的210至尊系列产品,全面应用了先进的无损切割技术,比起行业传统激光切割工艺,最小电池单元的抗弯强度与整片电池基本相当,即每个最小电池单元的机械强度均达到最高水平,使210至尊组件的抗隐裂能力相对业内常规产品有了质的飞跃。


要点2,找准最薄弱点,优化设计,承载力提升27%


当遭受大风等外界压力时,组件的破坏都是从最薄弱点开始的,即连接处的C面。这在两家主流厂家的风洞测试中,得到了同样的验证结果:组件失效均为螺栓固定的孔位剪切破坏。因此,提高最薄弱点的承载力,是提高组件抗载荷能力最有效和最经济的方式。


1、优化边框设计


主要做法为增加边框壁厚、增大型腔,采用高强度铝合金材质,确保组件具备超高结构强度。而通过对截面腔体尺寸、组件尺寸和组件形变量的交叉有限元分析得知,优化型材腔体尺寸,扩大了组件尺寸的边界条件,使得大组件依然具备优秀的载荷能力。


2、增大螺栓垫片


增大螺栓垫片即增大螺栓与组件接触的有效面积,可以有效提高最薄弱连接点处的承载能力。据估算,采用20-24mm大螺栓垫片,有效直径可增加11.2%-15.5%。


在1、2两种方案下,根据连接处抗力计算公式〖 R〗_d=f_v πd_e t 简单计算便可得出对应承载力。不难看出,210@670W组件在最薄弱连接处的承载力约为182@540W组件的1.27倍。也就是说,相同风压下,670W至尊组件连接点虽受力增加20%,但优化设计后的连接处承载力却提升27%,可靠性得到进一步增强。


再以青海省作为项目实例说明,取全省最大基本风压0.5kN/m2为计算值,参考规范GB5009-2012《荷载规范》、GB 50429-2007 《铝合金结构设计规范》、NB/T10115-2018《光伏支架结构设计规程》可知,全省范围内节点处作用力远小于组件连接处承载力,三款参考组件都处于安全状态。(下表绿色数字部分)


假设风力等级继续提高、风压加大,可从下表看到,670W至尊组件最大承载力4.292kN,足以承受堪比18级大风的节点受力。这与风洞实验室环境下,至尊670W组件通过17级超强大风的极限风速考验得结果基本一致,其机械可靠性得到实验室与项目应用两种环境下的双重验证。


要点3,极端环境,采用螺栓+压块安装方式


光伏应用的全球化及场景多元化对组件性能提出了更高需求,比起组件设计,安装方式对可靠性的保障同样至关重要。针对高纬度地区特别是恶劣的大风大雪地区,可采用螺栓+压块的连接方式,确保双重保护。


总结


近十多年来,硅片尺寸从125mm发展到210mm,组件功率从不到300W提高到670W,光伏发电度电成本顺势下降了87%,全行业在为光伏发电加速替代煤炭、原油等化石能源,成为真正能够走入寻常百姓家的清洁能源的道路上,不断努力探索着、进步着。


树木在森林中相依偎而生长,星辰在银河中因辉映而璀璨。天合光能将始终秉承开放创新的企业态度,一如既往致力于探索研发更好的产品,致力于生态联合、优势互补、携手共进,提出问题更解决问题,共推行业发展!


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