一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，通过对Hallberg‑Peck模型的湿度参数进行修正，构建出光伏组件的考虑温度和湿度影响的耐候寿命系数模型，并通过设计实验，对比测试室外自然老化与室内加速老化过程光伏组件与组件材料性能衰减趋势，验证与修订模型。本发明专利技术能够在较短的时间内模拟户外长时间工作后的组件的衰减情况，有助于评估光伏组件的长期可靠性。

Determination and verification method of weathering life coefficient of PV modules in different regions

The invention discloses a method for determining and verifying the weathering life coefficient of photovoltaic modules in different areas. By modifying the humidity parameters of the Hallberg_Peck model, a weathering life coefficient model considering the effects of temperature and humidity is constructed, and the outdoor natural aging and indoor weathering are compared and tested through design experiments. The trend of performance degradation of PV modules and component materials in accelerated aging process is verified and revised. The invention can simulate the attenuation of the components after long outdoor operation in a short time, and is helpful to evaluate the long-term reliability of the photovoltaic modules.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法
本专利技术涉及一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，属于光伏组件可靠性评估

技术介绍
我国已成为全球最大光伏发电应用国。随着光伏系统安装容量的快速增长，光伏系统的运行安全性和可靠性问题逐渐显露。如何消除光伏系统在运行中的安全隐患，保证光伏组件达到标称的25年发电寿命，有一系列的光伏组件评估问题亟待解决。光伏组件的衰减速率取决于组件的构造和使用环境，且户外老化评估时间长需要通过室内加速老化实现对组件可靠性能的评估，因此，针对不同气候地区环境条件，确定湿热试验的寿命系数，对准确评估光伏组件使用寿命十分重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，基于光伏组件老化速率与温度、湿度关系模型，结合不同气候地区的光照、温度、湿度等气象数据分析，建立典型气候地区代表城市的光伏组件的耐候寿命系数模型；并通过设计实验，对比测试室外自然老化与室内加速老化过程光伏组件与组件材料性能衰减趋势，验证与修订模型。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，包括以下步骤：1)构建考虑了温度和湿度影响的光伏组件寿命系数模型，具体为：采用Hallberg-Peck模型，表达如下：其中，R(D,Peck)为耐候寿命系数，rh为相对湿度，T为光伏组件的工作温度，单位为开尔文，Ea为衰减过程中的热活化能，K为玻尔兹曼常数，A和n为取决于失效模式的常数；2)求解所构建的模型中的未知参数Ea，A和n；3)修正所构建的模型中的相对湿度，得到修正后的耐候寿命系数模型；4)计算湿热试验的加速因子AF，所述AF为在给定加速湿热试验条件下的每小时衰减率和根据气象数据确定的真实户外湿热状态下的每小时衰减率之间的比率：5)设计小组件试验样品，引出正负电极，采用太阳模拟器测试小组件试验样品标准状况下的IV性能，得到相应的最大输出功率Pm初始；6)收集试验样品投试期间各试验场的环境温度、相对湿度、年降雨量和辐照度气象数据，统计投试期间的年平均环境温度、年相对湿度和年平均辐照度；7)在各试验场设计户外暴晒试验，计算户外实际耐候寿命系数；8)在各试验场设计室内加速湿热试验，计算湿热老化耐候寿命系数；9)根据所述步骤3)修正后的耐候寿命系数模型以及步骤6)的统计数据，计算各试验场的耐候寿命系数；10)将步骤9)和步骤8)的计算结果同所述步骤7)的计算结果进行对比，修正耐候寿命系数模型。前述的步骤2)中，未知参数为Ea，A和n，求解过程如下：21)将式(1)两边取对数，得到：22)选取三个小组件试验样品，依次放入湿热试验所用的环境箱，进行三组试验，三组试验的应力温度和湿度值分别为：85℃，85％rh；65℃，85％rh；65℃，65％rh；23)每组试验每隔200h的倍数取出样品进行功率测试，每组样品取出测试的次数不少于5次；24)绘制三组试验测量的时间和功率衰减率图，将这些测量点用多项式在图中进行拟合，得到样品功率衰减趋势图，即为不同温度、湿度应力条件下的R(D,Peck)，分别带入式(2)并求解，得出A、n和Ea。前述的步骤3)中，相对湿度修正如下：其中，rheff为光伏组件修正后的湿度，Ta为环境温度，单位为℃；修正后的耐候寿命系数如下：其中，T＝Ta+k·GT，k为尺寸参数，GT为入射的太阳辐射通量。前述的尺寸参数k的选取：通风良好时取0.02℃m2/W，平屋顶上取0.026℃m2/W，通风不好时取0.0342℃m2/W，双玻光伏组件取0.0455℃m2/W，在倾斜的屋顶上取0.0563℃m2/W。前述的步骤4)中，加速因子AF计算如下：其中，R(D,Peck)(t)、R(D,Peck)(u)分别表示加速湿热试验条件下和真实户外湿热状态下的每小时衰减率，Ta(t)、Ta(u)分别表示加速湿热试验环境箱的环境温度和户外真实收集的环境温度，rh(t)、rh(u)分别表示加速湿热试验环境箱的相对湿度和户外真实收集的相对湿度，T(t)、T(u)分别表示加速湿热试验环境箱的环境温度和组件户外工作时的工作温度。前述的步骤7)中，户外暴晒试验具体如下：将小组件试验样品投试在各试验场进行户外暴晒试验，整1、2、3……年取回来进行IV性能测试，得到相应的最大输出功率Pm户外i年后，i＝1,2,3……，i表示年，计算试验样品工作i年后的总的衰减率：计算户外实际耐候寿命系数：前述的步骤8)中，室内加速湿热试验具体如下：81)将小组件试验样品放置于湿热环境箱，保持环境箱温度在85℃±2℃，相对湿度85％±5％；82)利用步骤6)的统计数据，计算加速因子AF；83)设计加速湿热试验的时长为：84)加速湿热试验完成后对小组件试验样品进行IV性能测试，得到相应的最大输出功率Pm模拟i年加速老化后；再根据公式(7)和公式(8)求解湿热老化耐候寿命系数。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够模拟光伏组件基于温度、湿度的每小时衰减率，可以通过现有的加速测试方法，基于模型的搭建较准确的计算出加速测试的加速因子，在较短的时间内模拟户外长时间工作后的组件的衰减情况，有助于评估光伏组件的长期可靠性。附图说明图1为典型城市湿热耐候寿命系数分析流程图；图2为基于IV特性参数比较法的耐候寿命系数修正流程图；图3为求解模型参数过程中样品功率衰减趋势图；(a)为组件A1的功率衰减趋势图；(b)为组件A2的功率衰减趋势图；(c)为组件A3的功率衰减趋势图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。耐候寿命系数表示为组件忍受环境气候的能力。影响光伏组件耐候寿命的主要因素有：温度、湿度和辐照等气象因素。本专利技术主要考虑温度、湿度对组件寿命的影响。根据不同温度T、光伏组件实际湿度rheff对应的组件衰减率RD，这些数据可以用来预测真实户外湿热诱导的光伏组件衰减率的值，并且能够计算湿热试验的加速因子AF。图1为对典型城市湿热耐候寿命系数分析过程，本专利技术的基于湿热气候参数的光伏组件不同地区耐候寿命系数确定及验证的具体过程如下：1.模型的选择11)模型：综合考虑了温度、湿度影响的Hallberg-Peck模型Hallberg-Peck模型，适用于研究对象同时由温度、湿度两种应力影响而导致的失效。综合组件材料上的机理分析以及前人实际研究表明，Hallberg-Peck模型适用于考虑温湿度的光伏组件衰减研究，其表达式为：其中，R(D,Peck)(％/h)为基于温度、湿度的每小时衰减率，它其实是给定条件下平均失效时间(MTTF)的倒数，所以R(D，Peck)(％/h)是描述产品寿命的一个指标，即耐候寿命系数，rh为相对湿度(％)，T为温度(K)，Ea为衰减过程中的热活化能(eV)，K为玻尔兹曼常数(8.62×10-5eV/K)，A、n为取决于失效模式的常数。12)求Ea、A和n为了求出式(1)中的常数A、n和活化能Ea，将式(1)两边取对数，得到式(2)：使用湿热试验所用的环境箱，设计三组应力温、湿度值：85℃，85％rh；65℃，85％rh；65℃，65％rh，如表1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建考虑了温度和湿度影响的光伏组件寿命系数模型，具体为：采用Hallberg‑Peck模型，表达如下：

【技术特征摘要】
1.一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建考虑了温度和湿度影响的光伏组件寿命系数模型，具体为：采用Hallberg-Peck模型，表达如下：其中，R(D,Peck)为耐候寿命系数，rh为相对湿度，T为光伏组件的工作温度，单位为开尔文，Ea为衰减过程中的热活化能，K为玻尔兹曼常数，A和n为取决于失效模式的常数；2)求解所构建的模型中的未知参数Ea，A和n；3)修正所构建的模型中的相对湿度，得到修正后的耐候寿命系数模型；4)计算湿热试验的加速因子AF，所述AF为在给定加速湿热试验条件下的每小时衰减率和根据气象数据确定的真实户外湿热状态下的每小时衰减率之间的比率：5)设计小组件试验样品，引出正负电极，采用太阳模拟器测试小组件试验样品标准状况下的IV性能，得到相应的最大输出功率Pm初始；6)收集试验样品投试期间各试验场的环境温度、相对湿度、年降雨量和辐照度气象数据，统计投试期间的年平均环境温度、年相对湿度和年平均辐照度；7)在各试验场设计户外暴晒试验，计算户外实际耐候寿命系数；8)在各试验场设计室内加速湿热试验，计算湿热老化耐候寿命系数；9)根据所述步骤3)修正后的耐候寿命系数模型以及步骤6)的统计数据，计算各试验场的耐候寿命系数；10)将步骤9)和步骤8)的计算结果同所述步骤7)的计算结果进行对比，修正耐候寿命系数模型。2.根据权利要求1所述的一种光伏组件不同地区耐候寿命系数的确定及验证方法，其特征在于，所述步骤2)中，未知参数为Ea，A和n，求解过程如下：21)将式(1)两边取对数，得到：22)选取三个小组件试验样品，依次放入湿热试验所用的环境箱，进行三组试验，三组试验的应力温度和湿度值分别为：85℃，85％rh；65℃，85％rh；65℃，65％rh；23)每组试验每隔200h的倍数取出样品进行功率测试，每组样品取出测试的次数不少于5次；24)绘制三组试验测量的时间和功率衰减率图，将这些测量点用多项式在图中进行拟合，得到样品功率衰减趋势图，即为不同温度、湿度应力条件下的R(D,Peck)，分别带入式(2)并求解，得出A、n和Ea。3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，王尚璇，徐平，王磊，常浩然，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32