光伏組件 非均勻雪載荷試驗 征求意見稿

1GB/TX—202X/IEC62938:2020光伏組件非均勻雪載荷試驗本文件定義了一種測試方法，用于確定有框光伏組件在傾斜的非均勻雪載荷影響下的機械性能。本文件適用于有框光伏組件，其邊框在預期安裝后會突出于組件下邊緣的前面板玻璃表面，因此對從組件表面滑落的雪形成了額外的阻礙。本文件不適用具有其他邊框結(jié)構(gòu)的組件，如邊框組成背面框架結(jié)構(gòu)或側(cè)邊、頂邊、下邊緣邊框不會額外阻礙積雪滑落的組件。本文件所定義的試驗方法用于確定有框光伏組件的非均勻機械載荷極限。本文件規(guī)定的載荷試驗方法僅適用于模擬自然雪載荷分布。任何人工積雪分布模式（例如除雪或人為分配行為）需另行考慮。本文不包括消除或緩解不均勻積雪的方法，如增大安裝角度（超過60°)。本文所假設地面積雪和組件表面積雪之間的系數(shù)關系，可能不適用于多次降雪間隔期間積雪未完全消融的情景。本文件不考慮積雪對組件發(fā)電的影響。雖然試驗方法包括載荷測試步驟間的等待時間，但本文件沒有對組件材料（如前板玻璃）的疲勞行為進行過完整評估。由于雪載造成的光伏組件典型現(xiàn)場失效表現(xiàn)為玻璃破裂和邊框彎曲，本試驗方法旨在重現(xiàn)此類失效發(fā)生時的載荷狀態(tài)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。IECTS60904-13：2018光伏器件第13部分：光伏組件的電致發(fā)光（Photovoltaicdevices-Part13:Electroluminescenceofphotovoltaicmodules）IEC61215-1：2016地面用光伏組件設計鑒定和定型-第1部分：測試要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:Testrequirements）IEC61215-2：2016地面用光伏組件設計鑒定和定型-第2部分：試驗程序（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part2:Testprocedures）IECTS61836太陽能光伏能源系統(tǒng)術語、定義和符號（Solarphotovoltaicenergysystems-Terms,definitionsandsymbols)IECTS62915光伏組件設計定型和安全鑒定重測導則（Photovoltaic(PV)modules-Typeapproval,designandsafetyqualification-Retesting）GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分:標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》GB/T1.2-2020《標準化工作導則第2部分:以ISOIEC標準化文件為基礎的標準化文件起草規(guī)則》3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1特征雪載荷characteristicsnowloadsK地面積雪特征值(kN/m2)。3.2與雪載荷角度關聯(lián)的雪載荷特征值（角度關聯(lián)雪載）2GB/TX—202X/IEC62938:2020characteristicvalueofsnowloadangledependent-snowloadSA地面上的特征雪載荷與雪載荷形狀系數(shù)的乘積(kN/m2)。注：本文件中SA最低值為1.47kN/m2。3.3雪載荷形狀系數(shù)snowloadshapecoefficientμi屋頂或光伏組件表面積雪與地面未飄散積雪的比值。3.4雪比重specificsnowweighty每單位體積雪的重量(kN/m3)。注：雪比重y定為3kN/m。3.5懸空雪載荷snowloadoftheoverhangSE除屋頂?shù)木鶆蜉d荷外，垂直作用于屋檐或突出結(jié)構(gòu)的雪載荷(kN/m)。3.6分位數(shù)fractilevalue分布函數(shù)（t分布、正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布等）的上限或下限，總體代表優(yōu)勢或影響。4抽樣應使用至少需要7塊光伏組件用于試驗。其中5塊或更多數(shù)量的組件用于確定最大雪載荷承載壓強；1塊用于驗證施加最終負載值后的電氣性能衰減，1塊用作控制樣品組件。5試驗先決條件該光伏組件型號應依據(jù)IEC61215-2，已通過最小正面載荷5400Pa靜態(tài)機械載荷測試（MQT16）。6試驗6.1概述以下試驗規(guī)范描述了一種測試方法，用于確定有框光伏組件在非均勻雪載荷作用下的承重能力。6.2預期試驗結(jié)果組件邊框和玻璃/封裝材料之間粘合（粘合劑）失效會導致：·組件導軌或邊框部件移位?！そM件導軌或邊框部件斷裂?！ふ澈蟿┑恼澈蠌姸炔蛔?，以及·安裝件的破損或移位。此外，由于以下原因可能影響電氣性能：·組件電氣絕緣的失效，·電池片損壞和接線盒失效，以及3GB/TX—202X/IEC62938:20206.3試驗計劃試驗流程如圖1所示，方框內(nèi)的編號代表IEC61215-2中的測試。計劃對5塊組件進行機械載荷測試，直至發(fā)生第8條款所規(guī)定的失效情況。第6塊組件將用于驗證最終載荷值，在該載荷作用下的組件功率衰減不應超過5.0%。圖1非均勻雪載荷試驗計劃4GB/TX—202X/IEC62938:20207試驗流程7.1外觀檢查根據(jù)IEC61215-2MQT01進行測試。7.2最大功率確定根據(jù)IEC61215-2MQT19進行初始穩(wěn)定后，應根據(jù)IEC61215-2MQT02進行該測試。對于測試序列中途和最終的控制組件功率測量，根據(jù)組件樣品所用技術，可能需要進一步的功率穩(wěn)定步驟。最大功率確定僅為相對測量，測量不必要在標準測試條件（STC）下進行。7.3絕緣測試根據(jù)IEC61215-2MQT03進行測試。7.4濕漏電流測試根據(jù)IEC61215-2MQT15進行測試。7.5濕凍測試根據(jù)IEC61215-2MQT12進行測試。7.6電致發(fā)光成像配合目視檢查，根據(jù)IEC60904-13可選擇性地對電氣性能驗證組件樣品進行電致發(fā)光成像，以觀察電池片碎裂情況。7.7非均勻雪載荷試驗本試驗規(guī)范描述了一種試驗方法，用于確定傾斜的、有邊框的光伏組件在非均勻雪載荷作用下的直接承重能力。7.7.2載荷規(guī)格重量單元的非均勻分布如圖2所示確定。圖2傾斜狀態(tài)試樣載荷分布GB/TX—202X/IEC62938:2020使用多個獨立的重量單元施加、調(diào)整光伏組件上的載荷及載荷分布，載荷數(shù)值由以下參數(shù)組成的函數(shù)表示，包括特征雪載荷SK、組件傾角α=37°±1°、與斜坡屋頂關聯(lián)的雪載荷形狀系數(shù)μi以及根據(jù)假定雪比重Y=3kN/m3和SE的函數(shù)關系生成的線載荷。假設雪可以不受阻礙地滑落。對于單斜坡屋頂或光伏組件，在雪滑落不受外界影響的情況下，可使用表1所示數(shù)值（可見附錄A）。表1與屋頂傾角相關的適用載荷系數(shù)屋頂坡度傾角α°μi0.80.8×(60°?α)/30°0.0在37°測試角度下，μi=0.61通常認定37°為積雪滑落的臨界角度）。本文中可將光伏組件下邊緣視作屋頂?shù)奈蓍?，在此情況下SE的最小值為0.72kN/m。式中：SE——懸垂作用于屋檐的雪載荷，單位kN/m；SA——作用于屋頂?shù)难┹d荷，單位kN/m2(SA=μi×SK)；Y——雪比重，單位kN/m3。用于施加SA的重量單元分布于傾斜組件下部，區(qū)域長度接近但不應超過2/3組件豎直長度（l）。用于施加SE的重量單元分布于傾斜組件下部，區(qū)域長度接近但不應超過1/2組件豎直長度（l）。應用于四坡屋頂和/或尖塔屋頂?shù)臏嗜切喂夥M件，以及具有較短豎直長度的屋瓦式光伏組件均不屬于本標準適用范圍，因為這些組件受積雪滑落影響較小。后續(xù)試驗流程中將使用與角度關聯(lián)的單位面積載荷數(shù)值施加負載。施加的每個載荷數(shù)值等于特征雪載荷按照特定形狀系數(shù)計算后（與角度關聯(lián)）的載荷值（例如：在第一步中，2.4kN/m2的特征雪載荷經(jīng)角度換算等于37°(±1°)傾角的角度關聯(lián)載荷1.47kN/m2，如公式（1）定義。SA=μi×SK 然后根據(jù)公式（2）計算并逐步增加線性載荷SE：SE=S/Y 為了根據(jù)圖2計算不均勻分布的載荷值，需將上述計算結(jié)果乘以圖2所示的系數(shù)和組件底部寬度Lb。例如：對底部最下段施加的載荷值=0.4××Lb根據(jù)IEC61215-2的靜態(tài)機械載荷測試（MQT16），所有測試開始時的初始載荷值應符合光伏組件的最低設計鑒定要求。本試驗流程中初始載荷值由2400Pa的特征雪載荷SK與線載荷SE共同施加。本例中：SK=2.4kN/m2 SA=37°時的角度關聯(lián)載荷=1.47kN/m2 （4）SE=0.72kN/m 測試所用重量單元應能在組件表面滑動，并應盡可能減小與組件表面間的摩擦力，例如在重量單元表面使用聚四氟乙烯（PTFE）材料。對于每次施加的總載荷，應確保每個重量單元按照圖2所示的分布進行放置。為確保模擬“隆起”的積雪，更多的重量單元（例如啞鈴片）將被放置于組件下半部分以形成圖2中的各段線性載荷SE。本測試最多可容忍±10%的載荷分布偏差。7.7.3試驗設備56GB/TX—202X/IEC62938:2020試驗測試臺應具有一個底座框架結(jié)構(gòu)，可供光伏組件按制造商規(guī)定方式以37°±1°傾角固定安裝。如圖3所示，以La代表一個重量單元作用于邊框的有效寬度。以Lb代表光伏組件的寬度。為保證達到足夠的表面載荷均勻性（重量單元面積/組件面積）以及足夠多的接觸點（重量單元長度/邊框長度），重量單元的參數(shù)應滿足以下要求：圖3沿底部邊框的組件寬度的簡化橫截面圖重量單元的設計應使載荷以平面形式、均勻且無扭轉(zhuǎn)地施加于組件表面。組件邊框和重量單元的接觸必須是契合的。應使重量單元下滑的力傳遞至組件下邊框結(jié)構(gòu)件。重量單元與組件表面的接觸摩擦應盡可能小。兩個相鄰的重量單元之間應留有足夠空間，避免發(fā)生邊框彎曲和組件表面偏轉(zhuǎn)時互相粘連。應避免重量單元在組件表面滑動時留下刮痕或擦痕。為確保安全，重量單元應不能從組件上跌落，同時重量單元的固定裝置不應妨礙對組件施加載荷。試驗設備應具備監(jiān)測組件邊框和層壓板相對位移（邊框彎曲）的功能。7.7.4試驗步驟被測組件按照廠商說明手冊中的規(guī)定固定安裝于試驗測試臺，通常使用橫梁作為背面支撐結(jié)構(gòu)并沿長邊框夾固安裝。組件在受力狀態(tài)下的彎曲可能導致背板接觸到背面支撐結(jié)構(gòu)，這種實際情況應在測試裝置中得到體現(xiàn)（如果在實際情況下背面支撐結(jié)構(gòu)阻礙了這種彎曲，那么組件在測試臺上也不能無限制地彎曲）。試驗環(huán)境條件為25℃±5℃。由于多數(shù)粘合劑的性能會隨溫度升高而降低，因此認為室溫是最嚴苛的試驗條件。如果已知用于特定型號組件的粘合劑在室溫下性能更好，則應在0℃±5℃室溫下進行試驗。試驗流程如下（另見圖4）。對試樣施加至少24h初始載荷sk=2.4kN/m2，經(jīng)過24h后，分為以下三種情況：—情況1：自施加初始載荷24h期間，邊框沒有發(fā)生可視位移。載荷值增加至下一階段并至少保持30min。當至少15min未觀察到可視位移，則繼續(xù)增加載荷。重復這一流程直至組件失效，然后從初始載荷值開始進行下一塊組件的試驗。—情況2：在24h內(nèi)，組件撓度隨時間的曲線圖（見圖5）呈階梯變化，但在接近結(jié)束時至少保持了15min的穩(wěn)定狀態(tài)。如果至少15min沒有可視位移發(fā)生，則載荷增加至下一階段并至少保持1h。重復這一流程，保證每次負載階段至少等待1h至穩(wěn)定狀態(tài)，并且每5個負載階段等待4h，直至組件失效。然后從初始載荷值開始進行下一塊組件的試驗?！闆r3：邊框的位移仍然持續(xù)可見，等待至停止移動。如果沒有出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)并且組件失效，則應停止試驗序列。如果至少15min沒有可視位移發(fā)生，則載荷增加至下一階段并至少保持1h。7GB/TX—202X/IEC62938:2020重復這一流程，保證每次負載階段至少等待1h至穩(wěn)定狀態(tài)，并且每實施5個負載階段等待4h，直至組件失效。然后從初始載荷值開始進行下一塊組件的試驗。情況1、2、3的位移-時間曲線圖示例如圖5所示，此外應遵循以下步驟：a)使用照片記錄空載狀態(tài)和每個載荷階段的試驗裝置；b)根據(jù)本文條款7.2.2中的定義，確定載荷分布；c)記錄各階段載荷的日期和時間；d)在最初24h初始載荷試驗的首、尾各1h期間至少每5min記錄一次位移量，并在之后的載荷步驟中持續(xù)記錄，精度至少為±0.5mm；e)載荷試驗應以SK＋200Pa逐級遞增進行。可視位移變化，該術語定義為在以下測量點監(jiān)測到至少1.0mm的變化：·組件下部邊框構(gòu)件的×Lb處（中點位置），組件平面方向；·下部邊框構(gòu)件的最左、右側(cè)，組件平面方向；圖4雪載荷試驗流程8GB/TX—202X/IEC62938:2020注：不同的邊框粘合技術，對靜態(tài)載荷可能產(chǎn)生不同反應圖5靜態(tài)載荷下的不同撓度曲線如果施加新載荷時發(fā)生失效，則應記錄失效前的載荷值作為失效極限值。本試驗序列應至少在5塊組件上實施。8失效判據(jù)以下類型的損壞應視作試驗失效：a)組件破碎、破裂或外表面撕裂，包括組件上、下層材料、邊框、導軌和接線盒；b)外表面的彎曲或錯位，包括組件上、下層材料、邊框、導軌和接線盒的損傷，以至于組件安裝或/和運行會受到影響；c)喪失機械完整性，以至于組件安裝或/和運行會受到影響；d)第6塊組件（用于圖1右列所示的確定電氣衰減流程）未能滿足IEC61215-2MQT03和MQT15的要求，以及按照IEC61215-1：2016，7.2.2條款中所示公式計算，最大功率衰減超過5%。9結(jié)果驗證根據(jù)第10條款規(guī)定的計算規(guī)則確定負載極限值x，并轉(zhuǎn)換為5%分位數(shù)值x5%。隨后將該分位數(shù)除以安全系數(shù)1.5。關于分位數(shù)的含義，例如當分位數(shù)設為5%，表示僅5%的部件不能達到最低強度。對第6塊組件實施的非均勻雪載荷試驗，應以最終載荷值（5%分位數(shù)值除以安全系數(shù)）施加至少24h。此外，在非均勻雪載荷試驗前、后，需進行IEC61215-2的診斷測量（絕緣測試、濕漏電流測試、最大功率確定），輸出功率的衰減不應超過5%。如果功率損失超過5%，或組件在絕緣測試或濕漏電流測試中判定為不合格，可以對另一塊經(jīng)過濕凍試驗預處理的組件樣品進行重新試驗，但后續(xù)應采用更高的安全系數(shù)計算獲得新的最終載荷值，安全系數(shù)應以0.25為單位階次增加，直至最終載荷值驗證試驗不再失敗。10試驗數(shù)據(jù)處理10.1概述應執(zhí)行以下計算步驟對試驗數(shù)據(jù)進行處理。9GB/TX—202X/IEC62938:202010.25%分位數(shù)與t分布應使用公式（8）確定負載極限值，該值包含統(tǒng)計學容差，以允許5%的試樣失效：式中：tn?1,a——a=0.95時t分布的系數(shù)；n——樣品數(shù)量（5）；S——標準差。10.3安全系數(shù)為測量實際的承載能力，5%分位數(shù)值將除以一個安全系數(shù)。在本文件中，因光伏組件部件易受振動和動態(tài)載荷影響，故使用1.5的安全系數(shù)，除非根據(jù)第9條款使用更高的安全系數(shù)。10.4計算示例承載壓強測定序列確定了以下數(shù)值（所給數(shù)值來自一個虛擬項目的假設平均值=3665Pa標準差=S=530Patn?1,a=2.135%分位數(shù)值=3160Pa除以安全系數(shù)1.5，得到最終載荷值為2107Pa。按此值實施第9條款規(guī)定的試驗結(jié)果驗證方法。10.5t分布分位數(shù)需讀取的自由度值等于所要求0.95置信區(qū)間的樣品數(shù)量減1（即n-1見表2）。表2t分布分位數(shù)系數(shù)tn?1,a當a=0.95時系數(shù)tn?1,aGB/TX—202X/IEC62938:2020系數(shù)tn?1,a當a=0.95時系數(shù)tn?1,a與載荷試驗序列使用樣品數(shù)量對應的（tn?1,a）系數(shù)值，應從表2內(nèi)選取并代入公式（8）計算。11試驗報告在確定不均勻載荷極限值后，實驗室應編寫一份試驗報告，其中包括測量的性能特性以及所有失效和重新測試的細節(jié)信息。該報告應包含該組件的詳細規(guī)格參數(shù)。每份試驗報告應至少包括以下信息：a)標題b)實驗室名稱和地址、測試地點；c)水?。宽摚籨)客戶的名稱和地址信息（如適用）；e)被測樣品描述和識別鑒定；f)試驗項目的特征描述和狀況；g)接收樣品日期和試驗日期（如適用）；h)相關取樣流程參考；i)照片記錄；j)組件相關部件或尺寸信息資料：·邊框（類型名稱，材料，尺寸，制造商·背板（類型名稱，材料，制造商）；·玻璃（類型名稱，材料，尺寸，制造商）；·玻璃和邊框之間的粘合劑（類型名稱，材料，尺寸，制造商·組件安裝用夾具或螺絲（類型/尺寸）；·安裝系統(tǒng)或方法（類型名稱，材料，尺寸，制造商k)