光伏組件在25年（雙玻組件30年）生命周期中，風雪載荷對邊框、玻璃、電池片隐裂、功率衰減等方面有着重大影響。每年，全世界都會發生多起因風雪等惡劣自然氣候引起的組件失效投訴，給行業帶來重大經濟損失。以X公司為例，2015年在中國的安裝量1.5GW，其中56.5%（西北31%，沙塵暴區域；沿海25.5%，南部台風區域，北部暴雪區域）安裝在風雪環境惡劣地區。從客訴比例來看，風載荷發生的幾率較高，造成的危害損失更大。提高組件的載荷能力迫在眉睫。提高組件載荷能力的方法有很多，如提高鋼化玻璃的強度，提高邊框的強度或增加加強筋等等，但這些都會影響到組件的成本。鑒于目前光伏市場成本競争激烈的形勢，本文研究不影響成本的提高組件載荷能力的方法。假設組件材料及加工工藝以及安裝方式為定量，重點研究豎裝即長邊安裝時不同安裝位置對組件的載荷影響。鑒于當前的市場趨勢，雙玻組件的未來發展方向是有邊框。本文通過理論計算，結合FEA分析，以及實際的機械載荷驗證，來研究組件的最佳安裝位置。

1、 研究背景與内容

1.1雙玻組件介紹

圖1 雙玻結構示意圖

1.2風雪載荷調查與分析

如表2所示，研究了國内典型的氣候條件^[1]。對于絕大多數的自然條件，結合認證機構對組件載荷的硬性要求，正面5400Pa和反面3600Pa，基本能滿足實際使用要求。

表2.1 風載荷

表2.2 雪載荷

風雪載荷對組件的影響歸納如表3，表4：

表3 風載荷對組件的影響

表4 雪載荷對組件的影響

2、安裝位置理論計算

2.1 理論計算

根據力學公式

M為截面彎矩，W為抗彎截面模量，σ為正應力，[σ]為許用應力，當截面所受的正應力小于許用應力的時候，鋁型材才不會産生塑性變形。[σ]取決于材料本身，我們需要通過好的結構設計在降本的同時保證其正應力在許用範圍内，根據公式，可以得出減小M與增大W都可以達到強度要求。

本文假設W恒定，主要研究降低M。降低M有兩個方向：

1.合理安排支座，即安裝位置；

2.合理布置載荷（針對組件，載荷位置取決于外部因素，如雪、風，無法控制）

圖2 載荷分布情況

圖3 受力分析

如圖2和圖3所示，支座位置a直接影響支座截面和跨中截面上的彎矩值。當中性軸為截面的對稱軸，最大拉、壓應力相等時，隻有支座處截面與跨中截面之彎矩的絕對值相等，才能使該梁的最大彎矩的絕對值為最小，從而使其最大正應力為最小。

從彎矩角度分析，梁的最佳支撐位置為L/4.83處，實際安裝效果如圖4所示。

圖4 理論最佳安裝位置示意圖

3、FEA分析

圖5 FEA分析最大變形量

如圖5所示，以1665mm*1000mm*25mm邊框進行FEA分析為例，組件的最大變形量最早出現在長邊框，随着安裝位置的移動，長邊框的變形量迅速減少，短邊框的變形量緩慢增加。綜合考慮長短邊框的變形量，FEA分析，最佳安裝位置在350左右比較合适。

4、實驗驗證

準備相同批次的組件，按照IEC61215要求對樣品組件進行載荷測試^[2],荷測試情況如圖6所示。按照新标要求測試 5400Pa，-2400Pa，三個循環，如圖7所示設置測試參數。通過後測試極限載荷。通過下表數據可得出，0.207L位置下，組件的極限載荷達到最高。同等載荷情況下，該位置的邊框變形量最優。

圖6 載荷測試

圖7 測試參數

測試結果統計如表5所示。當安裝位置為0.207L時，組件的載荷極限可以達到最大值；相同載荷下，該位置處的組件綜合變形量最小，與本文前半部分的理論計算和FEA分析基本吻合。

表5 測試結果

表6 相同載荷下邊框變形量

5、結論

本文通過深入研究雙玻組件的自身結構，對實際應用環境中的客訴情況進行分析，研讀建築結構載荷規範之後，确定現行載荷标準跟認證結構要求基本相符合。在此基礎上，通過理論計算組件安裝時的最佳載荷位置，佐以FEA分析，最後進行實際的氣壓載荷測試，理論計算與分析的得出的0.207L為最佳安裝位置基本與實際測試相符合，故後續組件安裝廠商進行實際的安裝時可參考該位置進行安裝。進而提高組件的載荷性能。

參考文獻

[1]GB50009 建築結構載荷規範

[2]IEC61215 IEC 61215-1-2016 地面用光伏組件設計 鑒定和定型（Terrestrial photovoltaic(PV)modules-Design qualification and type approval）[S]

以上文章摘自葛先平實驗并編寫的論文《雙玻組件機械載荷研究》，本文通過作者本人的授權進行發布，未經授權，請勿轉載！

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!