【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法。
技术介绍
1、随着太阳能光伏发电的快速发展，光伏背板作为核心组件之一，对光伏电池模块的性能和寿命具有重要影响。光伏背板主要作为光伏电池模块的支撑结构和保护层，用于提供机械强度、耐候性和电气绝缘性能。光伏背板一般包含三层结构，即内外层和中间层，内外层材料通常为含氟聚合物(如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等)，或外层为含氟材料，内层为不含氟材料，以保证其具有良好的长期耐久性，减缓背板中间层聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)受紫外线辐射、风沙、雨水等的侵蚀，从而降低pet层的降解和老化速度，保障太阳能电池板的可靠运行。然而，由于在户外暴露环境下，光伏组件需要面临高温、高湿和强紫外线等恶劣环境的挑战，光伏背板材料逐渐发生老化，导致其绝缘和机械性能迅速下降，严重影响了光伏背板和光伏组件的长期耐久性及服役寿命。
2、光伏组件使用年限标准一般为25年，本行业迫切需要一种可以准确预测背板材料服役寿命的方法，用于选材、质量管控和后期运维评估，以保障背板材料的安全可靠服役，降低经济损失和灾害。以往，光伏背板材料的服役寿命主要通过人工加速老化实验来实现，试验方法包括高温老化法、氙灯加速老化、荧光紫外灯加速老化、金属卤素灯加速老化等。人工加速老化试验虽然周期短、时效快，但是，因为人工模拟的老化试验条件与自然环境存在差异，比如试验光源与太阳光谱存在差异，同时忽略了昼夜温差、季节变化及空气活性组分等因素的影响，不能完全、真实地反映自然环境中全部因素，服役寿命预测过于保守，导致更换成本增加。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种预测结果准确的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法。
2、本专利技术的目的通过以下的技术措施来实现：一种基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
3、s1、制备光伏背板材料试验样品；
4、s2、在严酷气候环境下，对试验样品进行高加速太阳跟踪聚光加速老化试验，定期测量试验样品的击穿电压，同时记录每次试验的紫外线辐射量和环境温度；
5、s3、分析试验样品击穿电压和加速老化试验时间之间的关系，建立试验样品老化过程中的耐击穿性能衰减模型；
6、s4、分析得到试验样品在加速老化试验下的服役寿命；
7、s5、预测试验样品在使用地区的服役寿命。
8、本专利技术采用太阳跟踪聚光加速老化试验，和普通自然老化试验相比，能够有效节省试验时间；与高温试验、氙灯等人工加速老化试验相比，试验环境条件来自于真实的自然环境，加速老化与自然老化相关性高，评估的准确度高，而且，本专利技术简化了加速老化试验的参数，主要以影响pet材料耐击穿性能退变的紫外辐射量和温度为参数，模型较简单，操作性更强；本专利技术的光伏背板材料服役寿命预测结果更为准确。
9、本专利技术在所述步骤s4中，将所述步骤s2的试验样品通过加速老化试验进行至击穿电压下降至设定的失效值，此时的试验时间t1即为试验样品在加速老化试验条件下的服役寿命。
10、本专利技术在所述步骤s4中，根据耐击穿性能衰减模型推测试验样品的击穿电压下降至设定的失效值的时间t2，时间t2即为试验样品在加速老化试验条件的服役寿命。
11、可以通过加速老化试验直接获得加速老化寿命，也可以通过外推法获得加速老化条件的外推寿命。采用哪种方法，取决于对准确度和试验时间的要求。直接获得法通常耗时长但结果更准确，外推法试验时间短但误差稍微高。
12、本专利技术在所述步骤s5中，环境严酷度模型为：
13、
14、式中：n为加速试验相对于自然老化的加速倍率；in为太阳跟踪聚光加速老化试验中的年太阳紫外线辐照总量，mj/m2；ir为试验样品材料在服役地区的年太阳紫外线辐照总量，mj/m2；x为有效紫外线辐射因子；i为温度每上升10℃对材料的加速因子；tn为高加速太阳跟踪聚光加速老化试验的年平均温度，℃；tr为试验样品材料在服役地区的年平均温度，℃；其中，x和i与材料本身性质相关，因材料不同而不同。
15、基于环境严酷度模型，量化加速老化试验的环境条件相对于使用地区环境条件的加速倍率n；
16、预测试验样品在使用地区的服役寿命为：
17、l＝n·t1或l＝n·t2
18、式中：l为试验样品的服役寿命；n为加速试验相对于自然老化的加速倍率；t1为直接试验得到的加速老化寿命时间；t2是推测得到的加速老化寿命时间。
19、本专利技术在所述步骤s3中，绘制试验样品击穿电压随加速老化时间变化曲线，并对变化曲线图进行拟合，得到耐击穿性能衰减模型。
20、本专利技术拟合采用最小二乘法、多项式拟合、逐步回归或对数拟合。
21、本专利技术所述试验样品的材质包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)及其改性材料，将原料制作成可用于做击穿电压测试的100mm边长的正方形片状，厚度为1mm，每种样品每次击穿电压测试至少为3片；对于pet材料，在环境严酷度模型中，i＝1.35，x＝0.85。
22、本专利技术在所述步骤s2中，试验条件为最高紫外线辐射量为20～30倍地面太阳紫外辐射量，最高试验温度设置为70℃；对于加速老化试验的紫外线辐射量iuv_test，通过安装在高加速太阳跟踪聚光加速老化试验设备上的紫外线辐射表直接测量或者根据以下公式计算得到：
23、iuv_test＝itot_test-(idni_irr-iuv_irr)·r·a
24、式中，iuv_test为加速老化试验的紫外线辐射量，mj/m2；itot_test为加速老化试验的总辐射量，mj/m2；idni_irr为地面直射辐射量，mj/m2；iuv_irr为地面紫外线辐射量，mj/m2；r为加速老化设备单块反射镜的紫外线波段以外的反射率，％；a为加速老化设备紫外反射的倍数。
25、试验样品的击穿电压使用耐击穿性能试验机测量，每隔30天，从设备上取下样品，在室温状态调节，测量击穿电压；试验进行1年或者当击穿电压降至设定的失效值结束。
26、与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的效果：
27、(1)本专利技术采用太阳跟踪聚光加速老化试验，和普通自然老化试验相比，能够有效节省试验时间；与高温试验、氙灯等人工加速老化试验相比，试验环境条件来自于与真实的自然环境，加速老化与自然老化相关性高，评估的准确度高。
28、⑵本专利技术提供了pet材料高加速太阳跟踪聚光加速老化相对于服役地区的自然老化的加速倍率技术方法，只要能获得服役地区的年紫外线辐射量和温度数据，即可预测pet材料在使用地区的服役寿命，无需在服役地区进行自然暴露试验积累数据进行服役寿命推算，因此，本专利技术应用范围更广。
29、⑶本专利技术简化了加速老化试验的参数，主要以影响pet材料耐击穿性能退变的紫外辐射量和温度为参数，模型较简单，操作性更强。
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1.一种基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S4中，将所述步骤S2的试验样品通过加速老化试验进行至击穿电压下降至设定的失效值，此时的试验时间t1即为试验样品在加速老化试验条件下的服役寿命。
3.根据权利要求1所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S4中，根据耐击穿性能衰减模型推测试验样品的击穿电压下降至设定的失效值的时间t2，时间t2即为试验样品在加速老化试验条件的服役寿命。
4.根据权利要求2或3所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S5中，环境严酷度模型为：
5.根据权利要求4所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S3中，绘制试验样品击穿电压随加速老化时间变化曲线，并对变化曲线图进行拟合，得到耐击穿性能衰减模型。
6.根据权利要求5所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板
7.根据权利要求6所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：所述试验样品的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其改性材料，在环境严酷度模型中，i＝1.35，x＝0.85；所述试验样品为可用做击穿电压测试的100mm边长的正方形片状，厚度为1mm，每种试验样品每次击穿电压测试至少为3片。
8.根据权利要求7所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，试验条件采用最高紫外线辐射量为20～30倍地面太阳紫外辐射量，最高试验温度设置为70℃；对于加速老化试验的紫外线辐射量IUV_test，通过安装在高加速太阳跟踪聚光加速老化试验设备上的紫外线辐射表直接测量或者根据以下公式计算得到：
...【技术特征摘要】
1.一种基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤s4中，将所述步骤s2的试验样品通过加速老化试验进行至击穿电压下降至设定的失效值，此时的试验时间t1即为试验样品在加速老化试验条件下的服役寿命。
3.根据权利要求1所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤s4中，根据耐击穿性能衰减模型推测试验样品的击穿电压下降至设定的失效值的时间t2，时间t2即为试验样品在加速老化试验条件的服役寿命。
4.根据权利要求2或3所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤s5中，环境严酷度模型为：
5.根据权利要求4所述的基于耐击穿性能变化的光伏背板材料服役寿命预测方法，其特征在于：在所述步骤s3中，绘制试验样品击穿电压随加速老化时间变化...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾湘安，彭煌，时宇，许楚斯，祁黎，
申请(专利权)人：中国电器科学研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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