2021年即將過去，這一年，中國光伏行業(yè)乘政策東風(fēng)，迎來廣闊發(fā)展，不同組件尺寸、電池技術(shù)并行前進(jìn)，呈現(xiàn)一派欣欣向榮的景象。這一年，天合光能持續(xù)深耕210主業(yè)，旗下210至尊系列組件憑借出色的產(chǎn)品性能、超高的系統(tǒng)價值，受到市場熱捧。
秉承一貫開放、包容、自信的發(fā)展態(tài)度，天合光能總結(jié)了其中一份有關(guān)如何提高光伏組件載荷性能的不完全研究，在此歲末年初之際分享給業(yè)界，致力于協(xié)同創(chuàng)新推動行業(yè)健康向上發(fā)展。
引言：思路決定出路，優(yōu)設(shè)計實現(xiàn)高可靠
就像鋼鐵航母遠(yuǎn)比木船更能遠(yuǎn)航、更堅實可靠，思路決定了出路，組件載荷性能也是靠設(shè)計和制造出來的。先看一組對比：
5月31日，友商公布了一組風(fēng)洞測試結(jié)果，顯示其超大尺寸組件(2.38×1.30m)僅能通過風(fēng)速為45m/s的破壞性試驗，而大尺寸組件(2.26×1.13m)的極限值在60m/s。
7月19日，天合光能聯(lián)合第三方權(quán)威機構(gòu)鑒衡認(rèn)證對210至尊670W雙玻組件(2.384×1.303m)也進(jìn)行了風(fēng)洞測試，結(jié)果顯示，組件通過了62m/s，相當(dāng)于17級超強大風(fēng)的極限風(fēng)速考驗。
兩款組件(2.384×1.303m)大小相同，測試結(jié)果卻大相徑庭，為什么?答案很簡單，設(shè)計不同。比起友商，天合光能在看到伴隨尺寸增加帶來的載荷挑戰(zhàn)的同時，早已進(jìn)行了充分、透徹、全面的研究，并完成了設(shè)計優(yōu)化，確保670W至尊組件具備同樣出色的機械可靠性。
要點1—創(chuàng)新技術(shù)無損切割(NDC)全面應(yīng)用，提高抗隱裂能力
引領(lǐng)行業(yè)，天合光能的210至尊系列產(chǎn)品，全面應(yīng)用了先進(jìn)的無損切割技術(shù)，比起行業(yè)傳統(tǒng)激光切割工藝，最小電池單元的抗彎強度與整片電池基本相當(dāng)，即每個最小電池單元的機械強度均達(dá)到最高水平，使210至尊組件的抗隱裂能力相對業(yè)內(nèi)常規(guī)產(chǎn)品有了質(zhì)的飛躍。
要點2—找準(zhǔn)最薄弱點，優(yōu)化設(shè)計，承載力提升27%
當(dāng)遭受大風(fēng)等外界壓力時，組件的破壞都是從最薄弱點開始的，即連接處的C面。這在兩家主流廠家的風(fēng)洞測試中，得到了同樣的驗證結(jié)果：組件失效均為螺栓固定的孔位剪切破壞。因此，提高最薄弱點的承載力，是提高組件抗載荷能力最有效和最經(jīng)濟的方式。
1、優(yōu)化邊框設(shè)計
主要做法為增加邊框壁厚、增大型腔，采用高強度鋁合金材質(zhì)，確保組件具備超高結(jié)構(gòu)強度。而通過對截面腔體尺寸、組件尺寸和組件形變量的交叉有限元分析得知，優(yōu)化型材腔體尺寸，擴大了組件尺寸的邊界條件，使得大組件依然具備優(yōu)秀的載荷能力。
2、增大螺栓墊片
增大螺栓墊片即增大螺栓與組件接觸的有效面積，可以有效提高最薄弱連接點處的承載能力。據(jù)估算，采用20-24mm大螺栓墊片，有效直徑可增加11.2%-15.5%。
在1、2兩種方案下，根據(jù)連接處抗力計算公式
簡單計算便可得出對應(yīng)承載力。不難看出，210@670W組件在最薄弱連接處的承載力約為182@540W組件的1.27倍。也就是說，相同風(fēng)壓下，670W至尊組件連接點雖受力增加20%，但優(yōu)化設(shè)計后的連接處承載力卻提升27%，可靠性得到進(jìn)一步增強!
再以青海省作為項目實例說明，取全省最大基本風(fēng)壓0.5kN/m2為計算值，參考規(guī)范GB5009-2012《荷載規(guī)范》、GB 50429-2007 《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、NB/T10115-2018《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》可知，全省范圍內(nèi)節(jié)點處作用力遠(yuǎn)小于組件連接處承載力，三款參考組件都處于安全狀態(tài)。(下表綠色數(shù)字部分)
假設(shè)風(fēng)力等級繼續(xù)提高、風(fēng)壓加大，可從下表看到，670W至尊組件最大承載力4.292kN，足以承受堪比18級大風(fēng)的節(jié)點受力。這與風(fēng)洞實驗室環(huán)境下，至尊670W組件通過17級超強大風(fēng)的極限風(fēng)速考驗得結(jié)果基本一致，其機械可靠性得到實驗室與項目應(yīng)用兩種環(huán)境下的雙重驗證!
要點3—極端環(huán)境，采用螺栓+壓塊安裝方式
光伏應(yīng)用的全球化及場景多元化對組件性能提出了更高需求，比起組件設(shè)計，安裝方式對可靠性的保障同樣至關(guān)重要。針對高緯度地區(qū)特別是惡劣的大風(fēng)大雪地區(qū)，可采用螺栓+壓塊的連接方式，確保雙重保護(hù)。
Ø 總結(jié)
近十多年來，硅片尺寸從125mm發(fā)展到210mm，組件功率從不到300W提高到670W，光伏發(fā)電度電成本順勢下降了87%,全行業(yè)在為光伏發(fā)電加速替代煤炭、原油等化石能源，成為真正能夠走入尋常百姓家的清潔能源的道路上，不斷努力探索著、進(jìn)步著。
樹木在森林中相依偎而生長，星辰在銀河中因輝映而璀璨。天合光能將始終秉承開放創(chuàng)新的企業(yè)態(tài)度，一如既往致力于探索研發(fā)更好的產(chǎn)品，致力于生態(tài)聯(lián)合、優(yōu)勢互補、攜手共進(jìn)，提出問題更解決問題，共推行業(yè)發(fā)展!
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