CN107766633A - 一种光伏组件加速老化试验评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件加速老化试验评估方法,包括如下步骤:首先根据实际需要确定试验因素和水平;设计加速老化试验方案,采用均匀设计对加速老化试验方案进行优化,得到不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据;将得到的试验数据进行回归分析或多元回归分析;将得到的回归方程进行优化并进行验证,通过得到的回归方程推算其它应力组合下组件的功率衰减数据;外推得到组件在户外正常运行条件下的功率衰减数据。本发明可大幅度减少试验成本和试验时间,充分发挥在短时间内加速组件老化达到评估组件长期可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件加速老化试验评估方法,属于光伏组件可靠性测试技术领域。
背景技术
近年来光伏产业迅猛发展,全国光伏发电装机容量不断增多,与此同时,光伏组件在户外长期运行的可靠性也日益备受人们的关注。光伏系统主要由光伏组件、逆变器、光伏支架、电缆、箱柜、监控系统、升压系统等组成,光伏组件作为光伏系统中的一个最为重要组成部分,直接影响光伏系统的发电量。而光伏组件在户外运行过程中,受到多种复杂气候环境条件的影响,从而导致光伏组件出现功率衰减、老化等现象,其中又以光辐射、温度和湿度这三种因素影响最大。根据光伏组件运行的不同类型气候区域,在干热地区,以光辐射和温度对组件性能衰减的影响最大。
为了测试研究光伏组件户外长期运行的可靠性问题,常可采用试验室内的加速试验进行测试。IEC61215标准中规定了对光伏组件的环境试验的测试方法,但是其只能对光伏组件的质量进行测试认证,不能对组件户外长期运行的可靠性以及组件25年的运行寿命做成保证,因此,亟待需要一种加速老化试验测试方法,从而在短时间内对光伏组件进行加速老化,分析组件加速老化后的衰减情况,通过分析对光伏组件进行加速老化的试验参数,得到组件的长期可靠性的研究结果。
发明内容
针对以上现有的对光伏组件长期可靠性评估及加速老化试验方法的不足,本发明提出了一种光伏组件加速老化试验评估方法。
本发明的技术方案如下:
一种光伏组件加速老化试验评估方法,包括如下步骤:
(1)、首先根据实际需要确定试验因素和水平;
(2)、设计加速老化试验方案,采用均匀设计对加速老化试验方案进行优化,得到不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据;
(3)、对步骤(2)得到的试验数据进行回归分析或多元回归分析;
(4)、将得到的回归方程进行优化并进行验证,通过得到的回归方程推算其它应力组件下组件的功率衰减数据;
(5)、外推得到组件在户外正常运行条件下的功率衰减数据。
上述步骤(1)中采用全光谱三倍太阳光加速老化箱,辐照度和温度作为试验因素;
全光谱三倍太阳光加速老化箱中辐照度采用1000W/m2~3000W/m2,温度采用-40℃~+100℃。
上述步骤(2)中在进行老化试验之前,对光伏组件进行试验应力组分组,并进行外观检查,同时进行EL测试,EL测试为电致发光测试,筛选出初始状态完好的光伏组件。
上述步骤(2)中不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据通过如下方法得到:
(4-1)在得到试验应力组分组后,采用恒定应力的试验方法进行试验,即试验过程中辐照度和温度的应力水平保持恒定;
(4-2)采用定时截尾设置试验时间为t,根据截尾时间t的长短,在试验过程中进行等间隔取部分时间后测试组件在STC下的电性能参数以及EL;
(4-3)在每组应力水平组合试验做完后测试组件在STC下的最大功率及EL;
(4-4)在所有试验应力组合做完后,绘制不同应力组合下组件功率衰减的error bar图,得到试验后不同应力组合下组件功率平均衰减数据;
(4-5)同时采用热红外成像仪测试组件前后热红外成像图,从而得出组件前后性能变化机理。
上述步骤(3)中试验数据进行回归分析或多元回归分析的方法如下:
(5-1)对得到的试验后的光伏组件功率衰减数据进行回归分析,采用线性回归进行处理,得到多元一次回归方程如下
Z=A+BX+CY (1)
上式中,A、B、C分别为该多元一次回归方程的求解系数,X表示试验中取的辐照度水平值,Y表示试验中取的温度水平值;
根据方差分析,只需F值> Significance F,Significance F 表示95%置信度,那么表明该线性回归是可信的;
(5-2)如果采用的线性回归不能吻合数据,或F值< Significance F,采用二元曲线回归,再进行回归分析。
本发明所达到的有益效果:
1、IEC61215标准给定的针对光伏组件的环境试验,其只能评估光伏组件的质量测试合格等问题,并不能对光伏组件长期可靠性做出保证,本发明专利给出了加速老化试验方案的设计方法,可针对不同类型气候如干热、湿热等地区设计相应的加速老化试验方法,达到在短期内评估光伏组件户外长期可靠性的解决方案。
2、采用均匀设计对加速老化试验方法进行优化,得到不同应力组合下光伏组件功率的衰减情况,并采用对试验后的数据进行回归处理分析,可外推评估得到光伏组件在户外正常使用应力条件下长期运行的衰减情况。
3、本发明专利技术方案试验操作简单方便,有利于试验数据的处理分析,改变以往评估组件可靠性方法的单一性,并且可通过室内加速试验分析光伏组件对应的失效模式和失效机理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种光伏组件加速老化试验评估方法,包括如下步骤:
(1)、首先根据实际需要确定试验因素和水平;
(2)、设计加速老化试验方案,采用均匀设计对加速老化试验方案进行优化,得到不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据;
(3)、对步骤(2)得到的试验数据进行回归分析或多元回归分析;
(4)、将得到的回归方程进行优化并进行验证,通过得到的回归方程推算其它应力组件下组件的功率衰减数据;
(5)、外推得到组件在户外正常运行条件下的功率衰减数据。
上述步骤(1)中采用全光谱三倍太阳光加速老化箱,辐照度和温度作为试验因素;
全光谱三倍太阳光加速老化箱中辐照度采用1000W/m2~3000W/m2,温度采用-40℃~+100℃。
上述步骤(2)中在进行老化试验之前,对光伏组件进行试验应力组分组,并进行外观检查,同时进行EL测试,EL测试为电致发光测试,筛选出初始状态完好的光伏组件。
上述步骤(2)中不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据通过如下方法得到:
(4-1)在得到试验应力组分组后,采用恒定应力的试验方法进行试验,即试验过程中辐照度和温度的应力水平保持恒定;
(4-2)采用定时截尾设置试验时间为t,根据截尾时间t的长短,在试验过程中进行等间隔取部分时间后测试组件在STC下的电性能参数以及EL;
(4-3)在每组应力水平组合试验做完后测试组件在STC下的最大功率及EL;
(4-4)在所有试验应力组合做完后,绘制不同应力组合下组件功率衰减的error bar图,得到试验后不同应力组合下组件功率平均衰减数据;
(4-5)同时采用热红外成像仪测试组件前后热红外成像图,从而得出组件前后性能变化机理。
上述步骤(3)中试验数据进行回归分析或多元回归分析的方法如下:
(5-1)对得到的试验后的光伏组件功率衰减数据进行回归分析,采用线性回归进行处理,得到多元一次回归方程如下:
Z=A+BX+CY (1)
上式中,A、B、C分别为该多元一次回归方程的求解系数,X表示试验中取的辐照度水平值,Y表示试验中取的温度水平值;
根据方差分析,只需F值> Significance F,Significance F 表示95%置信度,那么表明该线性回归是可信的;
(5-2)如果采用的线性回归不能吻合数据,或F值< Significance F,采用二元曲线回归,再进行回归分析。
实施例:
本试验方案用全光谱三倍太阳光加速老化箱,为了分析光伏组件在干热地区下的运行衰减情况,采用辐照度和温度这两者作为试验因素。全光谱三倍太阳光加速老化箱中的辐照和温度的可调节范围为:辐照度1000W/m2~3000W/m2,温度-40℃~+100℃。为了研究分析光伏组件在这两个因素下的加速效果,分别对辐照Ra从1000W/m2到3000W/m2等间隔取五个应力水平X1、X2、X3、X4、X5,对温度T从60℃到100℃等间隔取五个应力水平Y1、Y2、Y3、Y4、Y5。如表1所示,为试验应力组。
表1
试验方案优化。上述辐照度和温度均为5个应力水平,需要做5^2=25组试验,考虑试验运行成本和时间问题,采用均匀设计对试验方案进行优化,优化后的试验组为5组,大大减少了试验成本和时间,而且挑选出的试验组有很好的代表性,均匀性好。如表2所示,为优化后的试验方案,其中,考核指标Z对应的是在试验后不同应力水平组合下的组件功率衰减率。
表2
每组试验可以选用n块光伏组件进行试验,那么一共需要5n+1块光伏组件,其中1块组件作为控制件。在进行试验之前,为了避免试验样品自身缺陷导致试验结果的误差,对组件进行外观检查,同时进行EL(Electroluminescence,电致发光)进行测试,筛选出初始状态完好的5n+1块光伏组件。
在标准测试条件STC(Standard Test Condition,AM1.5,1000W/m2,25℃)下测试光伏组件的初始最大功率,包括开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率点电压Vmax、最大功率点电流Imax等。
在得到5组试验应力组合后,采用恒定应力的试验方法进行试验,即试验过程中辐照度和温度的应力水平保持恒定;采用定时截尾设置试验时间为t,根据截尾时间t的长短,在试验过程中进行等间隔取部分时间后测试组件在STC下的电性能参数以及EL。在每组应力水平组合试验做完后测试组件在STC下的最大功率及EL。
在所有试验应力组合做完后,绘制不同应力组合下组件功率衰减的error bar图,得到试验后不同应力组合下组件功率平均衰减情况Z1、Z2、Z3、Z4、Z5。同时可以采用热红外成像仪测试组件前后热红外成像图,从而得出组件前后性能变化机理。
对得到的试验后的光伏组件功率衰减数据进行回归分析,采用线性回归进行处理,如线性回归不能很好的与数据吻合,还可以采用二次回归以及非线性回归等进行数据处理。采用线性回归法分析,根据表2得到的最终结果,因为因变量是一次方程,可得到多元一次回归方程如下:
Z=A+BX+CY(1)
上式中,A、B、C分别为该多元一次回归方程的求解系数。根据方差分析,只需F值>Significance F(95%置信度),那么表明该线性回归是可信的。
根据得到的回归方程式(1),可以将其它不同辐照度、温度的应力组合情况的光伏组件功率衰减情况,同时,可以外推得到在户外干热地区正常运行条件下组件的功率衰减情况。
如果采用的线性回归不能吻合数据,或F值< Significance F,可采用其它回归处理,如二元曲线回归,将X2、Y2、X*Y补上,用已知的X、Y数值计算出X2、Y2、X*Y,再进行回归分析。
同样的,上述方法不仅仅适用于针对干热地区的辐照度、温度为主要影响因素的情况,也适用于针对湿热地区,以辐照度、温度、湿度这3因素的影响情况,在实验室内,以加速老化箱进行辐照度、温度和湿度的3因素加速老化试验,同样可采用如3因素5水平的方法进行均匀设计,并对试验数据进行回归处理分析,并通过对试验前后的外观、EL、热红外成像等手段分析组件衰减原因,并外推户外正常使用条件下组件的衰减情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种光伏组件加速老化试验评估方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、首先根据实际需要确定试验因素和水平;
(2)、设计加速老化试验方案,采用均匀设计对加速老化试验方案进行优化,得到不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据;
(3)、对步骤(2)得到的试验数据进行回归分析或多元回归分析;
(4)、将得到的回归方程进行优化并进行验证,通过得到的回归方程推算其它应力组件下组件的功率衰减数据;
(5)、外推得到组件在户外正常运行条件下的功率衰减数据。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件加速老化试验评估方法,其特征在于所述步骤(1)中采用全光谱三倍太阳光加速老化箱,辐照度和温度作为试验因素;
全光谱三倍太阳光加速老化箱中辐照度采用1000W/m2~3000W/m2,温度采用-40℃~+100℃。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件加速老化试验评估方法,其特征在于所述步骤(2)中在进行老化试验之前,对光伏组件进行试验应力组分组,并进行外观检查,同时进行EL测试,EL测试为电致发光测试,筛选出初始状态完好的光伏组件。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件加速老化试验评估方法,其特征在于所述步骤(2)中不同应力组合下光伏组件功率的衰减试验数据通过如下方法得到:
(4-1)在得到试验应力组分组后,采用恒定应力的试验方法进行试验,即试验过程中辐照度和温度的应力水平保持恒定;
(4-2)采用定时截尾设置试验时间为t,根据截尾时间t的长短,在试验过程中进行等间隔取部分时间后测试组件在STC下的电性能参数以及EL;
(4-3)在每组应力水平组合试验做完后测试组件在STC下的最大功率及EL;
(4-4)在所有试验应力组合做完后,绘制不同应力组合下组件功率衰减的error bar图,得到试验后不同应力组合下组件功率平均衰减数据;
(4-5)同时采用热红外成像仪测试组件前后热红外成像图,从而得出组件前后性能变化机理。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件加速老化试验评估方法,其特征在于所述步骤(3)中试验数据进行回归分析或多元回归分析的方法如下:
(5-1)对得到的试验后的光伏组件功率衰减数据进行回归分析,采用线性回归进行处理,得到多元一次回归方程如下
Z=A+BX+CY (1)
上式中,A、B、C分别为该多元一次回归方程的求解系数,X表示试验中取的辐照度水平值,Y表示试验中取的温度水平值;
根据方差分析,只需F值> Significance F,Significance F 表示95%置信度,那么表明该线性回归是可信的;
(5-2)如果采用的线性回归不能吻合数据,或F值< Significance F,采用二元曲线回归,再进行回归分析。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180306 |
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