CN112731085B - 基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法，具体包括：S1，构建放电总能量与电荷穿透深度的计算模型；S2，构建电荷穿透深度关于光伏背板寿命的函数模型；S3，根据S1和S2构建的模型，建立放电总能量、背板寿命的函数模型；S4，通过对已老化的光伏背板进行局部放电实验，计算光伏背板在放电时释放的能量，将其带入到S3建立的函数模型中，以此来评估光伏背板寿命。本发明评估方法基于放电总能量，用光伏背板发生放电时背板老化时间与放电总能量之间的数学模型来评估光伏背板在不同电老化程度条件下的寿命，具有精确度高、测试时间短、实验简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏绝缘背板老化的评估方法，具体地说，涉及一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁的、可再生的能源逐渐获得世界的认可，其结构主要包括电池片、胶膜、玻璃、背板。光伏背板是整个光伏系统的最外部保护，要求具有优异的耐热性能、耐候性能、防水性能、抗紫外性能以及绝缘和耐老化性能，这对于光伏系统的发电效率至关重要。然而，在太阳能发电系统的实际运行过程中，由于局部放电、温度、湿度、紫外辐射以及各种化学侵蚀等的影响会导致绝缘背板提前被破坏，进而造成整个发电系统的失效。目前要求的光伏组件的寿命至少为25年，然而，在上述各种因素的影响下其老化速度远远超过预期。
导致光伏背板失效的原因主要是光伏背板发电过程中背板中的高分子材料膜(PET、EVA等)不断受到电子冲击的影响，电子不断冲击背板表面，造成背板材料表面的化学键断裂，使得材料表面形成陷阱坑，这导致背板表面更易吸附电子，更易发生放电，当放电持续时间达到一定程度时，电树枝通道贯穿整个背板，便发生了光伏背板的击穿。光伏背板的性能直接影响了光伏系统的性能，因此，研究光伏背板的老化特性，评估光伏背板的寿命对于光伏技术的发展至关重要。
在专利CN106130474 A中介绍了一种光伏组件老化程度检测装置及方法。其通过比较声波在不同种类的光伏组件中传播速度、共振吸收频率、散射强度的任一项来检测光伏组件的老化程度，但是在实际运行环境中，声波易受各种环境因素的影响，因此，这种方法受测试环境的限制。
在专利CN108092621 A中介绍了一种用于光伏背板的温湿度老化试验加速比计算方法。该方法基于Hallberg-Peck模型的演化，计算在人工温湿度老化加速实验和在某气候环境下的实际工作状态下的实验加速比，根据此加速比对光伏背板的老化速度进行预测。该方法主要针对湿热条件对光伏背板的老化程度进行评估。
目前，还没有针对放电引起的光伏背板老化评估的相关报告及研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法，该方法是基于放电总能量法来评估光伏背板在放电条件下的寿命，其精确度高、测试时间短。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法，具体包括以下步骤：
S1，构建放电总能量与电荷穿透深度的计算模型；
S2，构建电荷穿透深度关于光伏背板寿命的函数模型；
S3，根据S1和S2构建的模型，建立放电总能量、背板寿命的函数模型；
S4，通过对已老化的光伏背板进行局部放电实验，计算光伏背板在放电时释放的能量，将其带入到S3建立的函数模型中，以此来评估光伏背板寿命。
进一步地，S1，构建放电总能量与电荷穿透深度的计算模型，具体为：
式中：
xi：电荷穿透深度；
Qi：电荷穿透深度为xi时进入电树枝通道的空间电荷总量；
k0：常数；
k1：常数。
进一步地，S2，构建电荷穿透深度关于光伏背板寿命的函数模型，具体为：
xi＝k3(E-ET)bt1/d (3)
式中：
k3：外施应力常数；
E：施加的电压应力；
ET：电阈值；
b：常数，通常取2；
d：树枝的分形维数；
t：寿命。
进一步地，S3，根据S1和S2构建的模型，建立放电总能量、背板寿命的函数模型，具体为：
与现有技术相比，本发明所获得的有益效果为：
本发明评估方法基于放电总能量，用光伏背板发生放电时背板老化时间与放电总能量之间的数学模型来评估光伏背板在不同电老化程度条件下的寿命，具有精确度高、测试时间短、实验简单的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法的流程图；
图2是单个局部放电信号示意图。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明公开了一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法，具体方法流程如图1所示，包括以下步骤：
S1，构建放电总能量与电荷穿透深度的计算模型；
放电总能量法就是光伏背板在电老化过程中，发生放电释放的总能量等于因放电产生电树枝通道而被吸收的能量。
具体为：
式中：
xi：电荷穿透深度；
Qi：电荷穿透深度为xi时进入电树枝通道的空间电荷总量；
k0：常数；
k1：常数。
S2，构建电荷穿透深度关于光伏背板寿命的函数模型；
光伏背板在户外运行过程中，受各种环境因素以及电子冲击会导致光伏背板表面的化学结构被破坏，最终会使得其失去绝缘性能。随着放电的持续，其放电能量也会持续增加，当放电时间达到一定值后，在背板表面会形成电树枝通道，随着电荷穿透深度的增加空间电荷量也逐渐增加，然而，电树枝通道的深度很难测量，为此，通过建立穿透深度xi与放电时间t的函数关系，
具体为：
xi＝k3(E-ET)bt1/d (3)
式中：
k3：外施应力常数；
E：施加的电压应力；
ET：电阈值；
b：常数，通常取2；
d：树枝的分形维数；
t：寿命。
S3，根据S1和S2构建的模型，建立放电总能量、背板寿命的函数模型；
具体为：
S4，通过对已老化的光伏背板进行局部放电实验，计算光伏背板在放电时释放的能量，将其带入到S3建立的函数模型中，以此来评估光伏背板寿命。
本发明评估方法基于放电总能量，用光伏背板发生放电时背板老化时间与放电总能量之间的数学模型来评估光伏背板在不同电老化程度条件下的寿命，具有精确度高、测试时间短、实验简单的特点。
实施例1
本发明基于放电能量评估光伏背板在电老化条件下的寿命的主要测试仪器：交流可控电源、升压变压器、高压差分探头、高频率电流互感器、耦合电容、低通滤波器、示波器、计算机。
步骤一：前期准备
试样制备
(1)试样处理
将适当大小的光伏背板试样用无水酒精清洗，然后用离子风干机风干或者自然风干，然后将处理好的试样放置于局部放电实验平台的铜电极下。
(2)放电时间选择
将试样分别施加电应力0.5h，1h，2h进行局部放电测量。
步骤二：实验结果采集及处理
首先测试出样品的局部放电起始电压，然后在大于局部放电起始电压10％的电压值保持施加电应力0.5h，1h，2h进行局部放电测量。根据存储在计算机中的文件绘制出试样的局部放电相位分析图，将每个局部放电信号转换成电流信号波形进行积分便得到了某一个局部放电信号持续时间内的放电能量，如图2单个局部放电信号示意图所示，将整个实验周期的局部放电信号能量累加就是背板在整个局部放电周期的放电总能量，此处为了简化计算，将每个局部放电信号用近似的三角波代替，则整个三角波的面积累加就是放电过程中总放电能量。
单个局部放电信号释放能量Q为，
式中：
Amax：波形幅值最大值。
α：电流互感器变比。
T：单个局部放电信号持续时间。
通过公式(6)得到试样在本实验条件下的放电能量，最后将本实验数据在MATLAB中拟合出放电能量和老化时间的曲线，至此，得到一个老化时间关于放电能量的数学模型。
以下简述下放电总能量的计算过程：
1)将局部放电采集的数据文件绘图(如图2)，从图中可获取总的每个局部放电信号的幅值和持续时间。
2)利用公式(6)计算出单个局部放电信号的放电总能量，然后将单个信号的放电总能量累加起来，至此得到待测样品的总放电总能量。
至此，公式(5)模型中所需的放电总能量Qi就得到了，在利用公式(5)模型来预测实际工况下的光伏背板的老化时间，达到预测光伏背板在电老化条件下的寿命功能。
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于放电总能量法的光伏绝缘背板老化的评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，构建放电总能量与电荷穿透深度的计算模型；
具体为：
式中：
xi：电荷穿透深度；
Qi：电荷穿透深度为xi时进入电树枝通道的空间电荷总量；
k0：常数；
k1：常数；
S2，构建电荷穿透深度关于光伏背板寿命的函数模型；
具体为：
xi＝k3(E-ET)b t1/d (3)
式中：
k3：外施应力常数；
E：施加的电压应力；
ET：电阈值；
b：常数；
d：树枝的分形维数；
t：寿命；
S3，根据S1和S2构建的模型，建立放电总能量、背板寿命的函数模型；
具体为：
S4，通过对已老化的光伏背板进行局部放电实验，计算光伏背板在放电时释放的能量，将其带入到S3建立的函数模型中，以此来评估光伏背板寿命。
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