光伏组件 非均匀雪载荷试验 征求意见稿

1GB/TX—202X/IEC62938:2020光伏组件非均匀雪载荷试验本文件定义了一种测试方法，用于确定有框光伏组件在倾斜的非均匀雪载荷影响下的机械性能。本文件适用于有框光伏组件，其边框在预期安装后会突出于组件下边缘的前面板玻璃表面，因此对从组件表面滑落的雪形成了额外的阻碍。本文件不适用具有其他边框结构的组件，如边框组成背面框架结构或侧边、顶边、下边缘边框不会额外阻碍积雪滑落的组件。本文件所定义的试验方法用于确定有框光伏组件的非均匀机械载荷极限。本文件规定的载荷试验方法仅适用于模拟自然雪载荷分布。任何人工积雪分布模式（例如除雪或人为分配行为）需另行考虑。本文不包括消除或缓解不均匀积雪的方法，如增大安装角度（超过60°)。本文所假设地面积雪和组件表面积雪之间的系数关系，可能不适用于多次降雪间隔期间积雪未完全消融的情景。本文件不考虑积雪对组件发电的影响。虽然试验方法包括载荷测试步骤间的等待时间，但本文件没有对组件材料（如前板玻璃）的疲劳行为进行过完整评估。由于雪载造成的光伏组件典型现场失效表现为玻璃破裂和边框弯曲，本试验方法旨在重现此类失效发生时的载荷状态。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IECTS60904-13：2018光伏器件第13部分：光伏组件的电致发光（Photovoltaicdevices-Part13:Electroluminescenceofphotovoltaicmodules）IEC61215-1：2016地面用光伏组件设计鉴定和定型-第1部分：测试要求（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:Testrequirements）IEC61215-2：2016地面用光伏组件设计鉴定和定型-第2部分：试验程序（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part2:Testprocedures）IECTS61836太阳能光伏能源系统术语、定义和符号（Solarphotovoltaicenergysystems-Terms,definitionsandsymbols)IECTS62915光伏组件设计定型和安全鉴定重测导则（Photovoltaic(PV)modules-Typeapproval,designandsafetyqualification-Retesting）GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》GB/T1.2-2020《标准化工作导则第2部分:以ISOIEC标准化文件为基础的标准化文件起草规则》3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1特征雪载荷characteristicsnowloadsK地面积雪特征值(kN/m2)。3.2与雪载荷角度关联的雪载荷特征值（角度关联雪载）2GB/TX—202X/IEC62938:2020characteristicvalueofsnowloadangledependent-snowloadSA地面上的特征雪载荷与雪载荷形状系数的乘积(kN/m2)。注：本文件中SA最低值为1.47kN/m2。3.3雪载荷形状系数snowloadshapecoefficientμi屋顶或光伏组件表面积雪与地面未飘散积雪的比值。3.4雪比重specificsnowweighty每单位体积雪的重量(kN/m3)。注：雪比重y定为3kN/m。3.5悬空雪载荷snowloadoftheoverhangSE除屋顶的均匀载荷外，垂直作用于屋檐或突出结构的雪载荷(kN/m)。3.6分位数fractilevalue分布函数（t分布、正态分布、对数正态分布等）的上限或下限，总体代表优势或影响。4抽样应使用至少需要7块光伏组件用于试验。其中5块或更多数量的组件用于确定最大雪载荷承载压强；1块用于验证施加最终负载值后的电气性能衰减，1块用作控制样品组件。5试验先决条件该光伏组件型号应依据IEC61215-2，已通过最小正面载荷5400Pa静态机械载荷测试（MQT16）。6试验6.1概述以下试验规范描述了一种测试方法，用于确定有框光伏组件在非均匀雪载荷作用下的承重能力。6.2预期试验结果组件边框和玻璃/封装材料之间粘合（粘合剂）失效会导致：·组件导轨或边框部件移位。·组件导轨或边框部件断裂。·粘合剂的粘合强度不足，以及·安装件的破损或移位。此外，由于以下原因可能影响电气性能：·组件电气绝缘的失效，·电池片损坏和接线盒失效，以及3GB/TX—202X/IEC62938:20206.3试验计划试验流程如图1所示，方框内的编号代表IEC61215-2中的测试。计划对5块组件进行机械载荷测试，直至发生第8条款所规定的失效情况。第6块组件将用于验证最终载荷值，在该载荷作用下的组件功率衰减不应超过5.0%。图1非均匀雪载荷试验计划4GB/TX—202X/IEC62938:20207试验流程7.1外观检查根据IEC61215-2MQT01进行测试。7.2最大功率确定根据IEC61215-2MQT19进行初始稳定后，应根据IEC61215-2MQT02进行该测试。对于测试序列中途和最终的控制组件功率测量，根据组件样品所用技术，可能需要进一步的功率稳定步骤。最大功率确定仅为相对测量，测量不必要在标准测试条件（STC）下进行。7.3绝缘测试根据IEC61215-2MQT03进行测试。7.4湿漏电流测试根据IEC61215-2MQT15进行测试。7.5湿冻测试根据IEC61215-2MQT12进行测试。7.6电致发光成像配合目视检查，根据IEC60904-13可选择性地对电气性能验证组件样品进行电致发光成像，以观察电池片碎裂情况。7.7非均匀雪载荷试验本试验规范描述了一种试验方法，用于确定倾斜的、有边框的光伏组件在非均匀雪载荷作用下的直接承重能力。7.7.2载荷规格重量单元的非均匀分布如图2所示确定。图2倾斜状态试样载荷分布GB/TX—202X/IEC62938:2020使用多个独立的重量单元施加、调整光伏组件上的载荷及载荷分布，载荷数值由以下参数组成的函数表示，包括特征雪载荷SK、组件倾角α=37°±1°、与斜坡屋顶关联的雪载荷形状系数μi以及根据假定雪比重Y=3kN/m3和SE的函数关系生成的线载荷。假设雪可以不受阻碍地滑落。对于单斜坡屋顶或光伏组件，在雪滑落不受外界影响的情况下，可使用表1所示数值（可见附录A）。表1与屋顶倾角相关的适用载荷系数屋顶坡度倾角α°μi0.80.8×(60°−α)/30°0.0在37°测试角度下，μi=0.61通常认定37°为积雪滑落的临界角度）。本文中可将光伏组件下边缘视作屋顶的屋檐，在此情况下SE的最小值为0.72kN/m。式中：SE——悬垂作用于屋檐的雪载荷，单位kN/m；SA——作用于屋顶的雪载荷，单位kN/m2(SA=μi×SK)；Y——雪比重，单位kN/m3。用于施加SA的重量单元分布于倾斜组件下部，区域长度接近但不应超过2/3组件竖直长度（l）。用于施加SE的重量单元分布于倾斜组件下部，区域长度接近但不应超过1/2组件竖直长度（l）。应用于四坡屋顶和/或尖塔屋顶的准三角形光伏组件，以及具有较短竖直长度的屋瓦式光伏组件均不属于本标准适用范围，因为这些组件受积雪滑落影响较小。后续试验流程中将使用与角度关联的单位面积载荷数值施加负载。施加的每个载荷数值等于特征雪载荷按照特定形状系数计算后（与角度关联）的载荷值（例如：在第一步中，2.4kN/m2的特征雪载荷经角度换算等于37°(±1°)倾角的角度关联载荷1.47kN/m2，如公式（1）定义。SA=μi×SK 然后根据公式（2）计算并逐步增加线性载荷SE：SE=S/Y 为了根据图2计算不均匀分布的载荷值，需将上述计算结果乘以图2所示的系数和组件底部宽度Lb。例如：对底部最下段施加的载荷值=0.4××Lb根据IEC61215-2的静态机械载荷测试（MQT16），所有测试开始时的初始载荷值应符合光伏组件的最低设计鉴定要求。本试验流程中初始载荷值由2400Pa的特征雪载荷SK与线载荷SE共同施加。本例中：SK=2.4kN/m2 SA=37°时的角度关联载荷=1.47kN/m2 （4）SE=0.72kN/m 测试所用重量单元应能在组件表面滑动，并应尽可能减小与组件表面间的摩擦力，例如在重量单元表面使用聚四氟乙烯（PTFE）材料。对于每次施加的总载荷，应确保每个重量单元按照图2所示的分布进行放置。为确保模拟“隆起”的积雪，更多的重量单元（例如哑铃片）将被放置于组件下半部分以形成图2中的各段线性载荷SE。本测试最多可容忍±10%的载荷分布偏差。7.7.3试验设备56GB/TX—202X/IEC62938:2020试验测试台应具有一个底座框架结构，可供光伏组件按制造商规定方式以37°±1°倾角固定安装。如图3所示，以La代表一个重量单元作用于边框的有效宽度。以Lb代表光伏组件的宽度。为保证达到足够的表面载荷均匀性（重量单元面积/组件面积）以及足够多的接触点（重量单元长度/边框长度），重量单元的参数应满足以下要求：图3沿底部边框的组件宽度的简化横截面图重量单元的设计应使载荷以平面形式、均匀且无扭转地施加于组件表面。组件边框和重量单元的接触必须是契合的。应使重量单元下滑的力传递至组件下边框结构件。重量单元与组件表面的接触摩擦应尽可能小。两个相邻的重量单元之间应留有足够空间，避免发生边框弯曲和组件表面偏转时互相粘连。应避免重量单元在组件表面滑动时留下刮痕或擦痕。为确保安全，重量单元应不能从组件上跌落，同时重量单元的固定装置不应妨碍对组件施加载荷。试验设备应具备监测组件边框和层压板相对位移（边框弯曲）的功能。7.7.4试验步骤被测组件按照厂商说明手册中的规定固定安装于试验测试台，通常使用横梁作为背面支撑结构并沿长边框夹固安装。组件在受力状态下的弯曲可能导致背板接触到背面支撑结构，这种实际情况应在测试装置中得到体现（如果在实际情况下背面支撑结构阻碍了这种弯曲，那么组件在测试台上也不能无限制地弯曲）。试验环境条件为25℃±5℃。由于多数粘合剂的性能会随温度升高而降低，因此认为室温是最严苛的试验条件。如果已知用于特定型号组件的粘合剂在室温下性能更好，则应在0℃±5℃室温下进行试验。试验流程如下（另见图4）。对试样施加至少24h初始载荷sk=2.4kN/m2，经过24h后，分为以下三种情况：—情况1：自施加初始载荷24h期间，边框没有发生可视位移。载荷值增加至下一阶段并至少保持30min。当至少15min未观察到可视位移，则继续增加载荷。重复这一流程直至组件失效，然后从初始载荷值开始进行下一块组件的试验。—情况2：在24h内，组件挠度随时间的曲线图（见图5）呈阶梯变化，但在接近结束时至少保持了15min的稳定状态。如果至少15min没有可视位移发生，则载荷增加至下一阶段并至少保持1h。重复这一流程，保证每次负载阶段至少等待1h至稳定状态，并且每5个负载阶段等待4h，直至组件失效。然后从初始载荷值开始进行下一块组件的试验。—情况3：边框的位移仍然持续可见，等待至停止移动。如果没有出现稳定状态并且组件失效，则应停止试验序列。如果至少15min没有可视位移发生，则载荷增加至下一阶段并至少保持1h。7GB/TX—202X/IEC62938:2020重复这一流程，保证每次负载阶段至少等待1h至稳定状态，并且每实施5个负载阶段等待4h，直至组件失效。然后从初始载荷值开始进行下一块组件的试验。情况1、2、3的位移-时间曲线图示例如图5所示，此外应遵循以下步骤：a)使用照片记录空载状态和每个载荷阶段的试验装置；b)根据本文条款7.2.2中的定义，确定载荷分布；c)记录各阶段载荷的日期和时间；d)在最初24h初始载荷试验的首、尾各1h期间至少每5min记录一次位移量，并在之后的载荷步骤中持续记录，精度至少为±0.5mm；e)载荷试验应以SK＋200Pa逐级递增进行。可视位移变化，该术语定义为在以下测量点监测到至少1.0mm的变化：·组件下部边框构件的×Lb处（中点位置），组件平面方向；·下部边框构件的最左、右侧，组件平面方向；图4雪载荷试验流程8GB/TX—202X/IEC62938:2020注：不同的边框粘合技术，对静态载荷可能产生不同反应图5静态载荷下的不同挠度曲线如果施加新载荷时发生失效，则应记录失效前的载荷值作为失效极限值。本试验序列应至少在5块组件上实施。8失效判据以下类型的损坏应视作试验失效：a)组件破碎、破裂或外表面撕裂，包括组件上、下层材料、边框、导轨和接线盒；b)外表面的弯曲或错位，包括组件上、下层材料、边框、导轨和接线盒的损伤，以至于组件安装或/和运行会受到影响；c)丧失机械完整性，以至于组件安装或/和运行会受到影响；d)第6块组件（用于图1右列所示的确定电气衰减流程）未能满足IEC61215-2MQT03和MQT15的要求，以及按照IEC61215-1：2016，7.2.2条款中所示公式计算，最大功率衰减超过5%。9结果验证根据第10条款规定的计算规则确定负载极限值x，并转换为5%分位数值x5%。随后将该分位数除以安全系数1.5。关于分位数的含义，例如当分位数设为5%，表示仅5%的部件不能达到最低强度。对第6块组件实施的非均匀雪载荷试验，应以最终载荷值（5%分位数值除以安全系数）施加至少24h。此外，在非均匀雪载荷试验前、后，需进行IEC61215-2的诊断测量（绝缘测试、湿漏电流测试、最大功率确定），输出功率的衰减不应超过5%。如果功率损失超过5%，或组件在绝缘测试或湿漏电流测试中判定为不合格，可以对另一块经过湿冻试验预处理的组件样品进行重新试验，但后续应采用更高的安全系数计算获得新的最终载荷值，安全系数应以0.25为单位阶次增加，直至最终载荷值验证试验不再失败。10试验数据处理10.1概述应执行以下计算步骤对试验数据进行处理。9GB/TX—202X/IEC62938:202010.25%分位数与t分布应使用公式（8）确定负载极限值，该值包含统计学容差，以允许5%的试样失效：式中：tn−1,a——a=0.95时t分布的系数；n——样品数量（5）；S——标准差。10.3安全系数为测量实际的承载能力，5%分位数值将除以一个安全系数。在本文件中，因光伏组件部件易受振动和动态载荷影响，故使用1.5的安全系数，除非根据第9条款使用更高的安全系数。10.4计算示例承载压强测定序列确定了以下数值（所给数值来自一个虚拟项目的假设平均值=3665Pa标准差=S=530Patn−1,a=2.135%分位数值=3160Pa除以安全系数1.5，得到最终载荷值为2107Pa。按此值实施第9条款规定的试验结果验证方法。10.5t分布分位数需读取的自由度值等于所要求0.95置信区间的样品数量减1（即n-1见表2）。表2t分布分位数系数tn−1,a当a=0.95时系数tn−1,aGB/TX—202X/IEC62938:2020系数tn−1,a当a=0.95时系数tn−1,a与载荷试验序列使用样品数量对应的（tn−1,a）系数值，应从表2内选取并代入公式（8）计算。11试验报告在确定不均匀载荷极限值后，实验室应编写一份试验报告，其中包括测量的性能特性以及所有失效和重新测试的细节信息。该报告应包含该组件的详细规格参数。每份试验报告应至少包括以下信息：a)标题b)实验室名称和地址、测试地点；c)水印（每页）；d)客户的名称和地址信息（如适用）；e)被测样品描述和识别鉴定；f)试验项目的特征描述和状况；g)接收样品日期和试验日期（如适用）；h)相关取样流程参考；i)照片记录；j)组件相关部件或尺寸信息资料：·边框（类型名称，材料，尺寸，制造商·背板（类型名称，材料，制造商）；·玻璃（类型名称，材料，尺寸，制造商）；·玻璃和边框之间的粘合剂（类型名称，材料，尺寸，制造商·组件安装用夹具或螺丝（类型/尺寸）；·安装系统或方法（类型名称，材料，尺寸，制造商k)