來(lái)自中國和意大利的一組研究人員測試了不同傾斜角度對光伏組件熱故障的影響。他們發(fā)現，當傾斜角度超過(guò)30度時(shí)，故障時(shí)間會(huì )增加。
科學(xué)家們使用均勻輻射板和傾斜板實(shí)驗裝置，追蹤玻璃熱破損、表面溫度、入射熱通量和故障特征。他們還在有限元法 (FEM) 模型中模擬了該裝置，測量了平均誤差。
“光伏組件由玻璃制成，玻璃是一種易碎材料，遇火可能很快破裂或脫落。由于玻璃破裂，光伏板的可燃材料會(huì )直接受到火輻射并接觸氧氣，從而導致光伏系統故障。更重要的是，一旦光伏組件中的玻璃破裂并脫落，光伏立面的裸露部分可能會(huì )變成大面積的可燃表面，”該組織表示。“盡管光伏板用途廣泛且具有相關(guān)性，但尚未測試其在不同傾斜角度下的性能。”
該團隊使用 600 毫米 x 600 毫米的丙烷燃燒輻射板作為均勻熱源。團隊在其上放置了一個(gè)由鍍鋅鋼框架制成的光伏安裝裝置，該裝置可承受高達 1,200 攝氏度的溫度。他們在其中放置了 300 毫米 x 300 毫米的單晶硅光伏板，包括 3.2 毫米厚的退火非鋼化玻璃層?？偣矞y試了 15 塊面板，每 3 塊分別用于 0°、15°、30°、45° 和 60° 的傾斜場(chǎng)景。
分析表明，當光伏板受到熱輻射時(shí)，玻璃裂紋通常萌生在受火面最大溫差的邊緣處;同時(shí)還表明，由于光伏板底部存在匯聚帶，當傾角大于45°時(shí)，裂紋更容易在那里萌生，而不是在板邊緣處。
此外，在玻璃層和太陽(yáng)能電池層之間以及背板和太陽(yáng)能電池層之間還發(fā)現了可燃氣體氣泡，科學(xué)家表示，這些氣泡可能會(huì )被電火花或真實(shí)的火災點(diǎn)燃。
此外，測量結果還顯示，當光伏電池板傾斜角度從0°到60°時(shí)，其首次故障的平均時(shí)間呈增加趨勢，具體而言，在傾斜角度為0°、15°、30°、45°和60°時(shí)，首次故障的平均時(shí)間分別為36秒、33秒、40秒、62秒和71秒。
“當光伏板傾斜超過(guò) 30 攝氏度時(shí)，失效時(shí)間會(huì )顯著(zhù)增加，這是光伏板熱失效的臨界傾斜角，”學(xué)者們說(shuō)。“雖然不同情況下的失效時(shí)間不同，但臨界溫差很接近，范圍從 61 到 84 攝氏度，大多數開(kāi)裂發(fā)生在 8-15 千瓦/平方米范圍內。”
隨后，該團隊在 Abaqus 軟件下開(kāi)發(fā)了該系統的數值 FEM 模型，將模擬時(shí)間限制為 100 秒，因為玻璃的第一次破裂應該發(fā)生在這段時(shí)間內。與實(shí)驗結果相比，FEM 模型的溫度分布平均誤差為 13.5%，首次失效時(shí)間平均誤差小于 15%。
科學(xué)家們總結道：“考慮到乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA) 氣泡和泰德拉聚酯-泰德拉 (TPT) 膨脹帶來(lái)的困難，這一一致性表明熱模型可以預測光伏板的溫度場(chǎng)。”“三層升溫假設被證明適用于傾角較大的情況。”
研究結果發(fā)表在《國際熱科學(xué)雜志》上的《均勻熱負荷下不同傾斜度光伏板的性能》一文中。這項研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和意大利的里雅斯特大學(xué)的科學(xué)家完成。
