CN205584134U - 光伏组件用黑箱暴露试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏组件用黑箱暴露试验装置，该装置包括不锈钢基座、试验黑箱、角度计、组件支架、支撑杆、左侧托架和右侧托架，试验黑箱水平承托在不锈钢基座上，不锈钢基座的一侧竖向安装组件支架，该侧为右侧，右侧托架通过右侧锁紧螺母组件安装在组件支架上，不锈钢基座的另一侧安装角度计以及支撑杆，该侧为左侧，角度计也竖向设置，支撑杆的底端通过铰接轴铰接在不锈钢基座上，顶部通过左侧锁紧螺母组件安装左侧托架，待测试的试验光伏组件位于试验黑箱的正上方，试验光伏组件的两端分别承托在左侧托架和右侧托架上。该装置能够较好地模拟光伏建筑一体化中光伏组件的使用状态。

Description

光伏组件用黑箱暴露试验装置

技术领域

本实用新型涉及光伏组件的试验装置，具体是指一种光伏组件用黑箱暴露试验装置。

背景技术

太阳能作为清洁、无污染、方便易得的可再生能源，受到世界各国的青睐，其中，光伏建筑一体化(BIPV)是未来太阳能技术的重点发展方向之一。光伏建筑一体化(BIPV)是将先进的光伏发电技术应用到建筑中，使光伏组件及系统与建筑物相互结合、融为一体，成为建筑物的有机组成部分，如光伏幕墙、光伏屋顶、光伏遮阳板等，不仅充分利用了太阳能，而且降低了建筑能耗。

一般情况下，光伏组件在发电过程中温度会升高，光伏组件背面通风良好会帮助降低光伏组件的温度。光伏组件温度升高不仅会影响到光伏组件的发电效率，而且可能引发火灾等安全事故。因此，地面电站在设计时考虑了光伏组件背面通风的问题，光伏组件平面与地面都有一定的距离。但是屋顶光伏和光伏幕墙出于空间限制，或者对风阻、承重和经济性的考虑，光伏组件与屋面、光伏组件与墙面间的距离都远小于地面电站光伏组件与地面间的距离。

另外建筑物本身是有保温效应的，建筑物内的人的生产活动也会产生热量，借由建筑屋面和墙面散发出来。这时，由于光伏组件与屋面或者光伏组件与墙面间的通风不畅，就有能够能会导致光伏组件温度升高显著，就更容易引起火灾等安全事故，不仅会烧毁光伏组件、电站，而且会引发建筑火灾，造成更为严重的损失。因此光伏建筑一体化对光伏组件、光伏组件材料的长期安全性就需要提出更高的要求。

目前国内外的电站设计更多地考虑的是大型地面电站的建造及使用情况，对于光伏建筑一体化，光伏组件与建筑间的相互影响，刚刚开始重视。对用于建筑一体化用光伏组件和材料还没有提出针对的安全性要求。

为此，开发一种能够用于模拟光伏建筑一体化用光伏组件使用状态的装置，并提出相关试验方法，帮助企业在选材和设计上有针对性考量，帮助专业机构评估光伏组件安全性和可靠性，就显得十分重要而且迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光伏组件用黑箱暴露试验装置，该装置能够较好地模拟光伏建筑一体化中光伏组件的使用状态。

本实用新型的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述装置包括不锈钢基座、试验黑箱、角度计、组件支架、支撑杆、左侧托架和右侧托架，所述试验黑箱水平承托在所述不锈钢基座上，所述试验黑箱具有黑箱顶盖，所述不锈钢基座的一侧竖向安装所述的组件支架，该侧为右侧，所述的右侧托架通过右侧锁紧螺母组件安装在所述组件支架上，并且在右侧锁紧螺母组件作用下能够调整右侧托架的高度，所述不锈钢基座的另一侧安装所述的角度计以及所述的支撑杆，该侧为左侧，所述的角度计也竖向设置，所述支撑杆的底端通过铰接轴铰接在所述不锈钢基座上，顶部通过左侧锁紧螺母组件安装所述的左侧托架，所述的支撑杆能够绕铰接轴转动，并且左侧托架能够在左侧锁紧螺母组件作用下调整高度，待测试的试验光伏组件位于所述试验黑箱的正上方，所述试验光伏组件的两端分别承托在所述左侧托架和右侧托架上，试验光伏组件承托在所述左侧托架一端的高度高于或等于承托在所述右侧托架一端的高度。

本实用新型的试验装置中，不锈钢基座作为整个试验装置的基础，用不锈钢方管焊接而成。不锈钢基座上安装有试验黑箱，试验黑箱是在不锈钢框架上蒙覆了涂覆黑漆的不锈钢板制成。试验黑箱一侧安装有能够调节高度的组件支架。组件支架直接与试验黑箱的边框相连。支架的两个立柱上开有滑槽，支架的两个立柱之间有右侧托架，右侧托架用右侧锁紧螺母组件和支架立柱相连，通过调节右侧托架在立柱上的高度能够调节试验光伏组件与黑箱之间的距离。黑箱的另一侧焊接有两个角度计，角度计上开有角度滑槽，角度滑槽上刻有角度刻度，两个支撑杆用螺栓和左侧锁紧螺母组件与角度计相连，通过调节支撑杆上的左侧锁紧螺母组件在角度滑槽中的位置能够调节支撑杆的角度。支撑杆上开有滑槽，左侧托架通过左侧锁紧螺母组件与支撑杆相连，通过调节左侧锁紧螺母组件能够调节左侧托架在支撑杆上的高度。

试验黑箱是由表面涂有黑色耐候漆的不锈钢板围成，能够封闭也能够根据试验需要打开顶板，在试验黑箱中加装加热装置，模拟有散热的屋面上光伏组件所 经受的工作环境。试验黑箱的顶盖能够根据所要模拟的屋面情况更换不同的顶盖。推荐的试验黑箱的尺寸为2m(长)×1m(宽)×0.2m(高)。

本实用新型中，所述装置还包括定位杆，所述定位杆的底端铰接在所述不锈钢基座上，顶端与所述支撑杆的顶端相铰接，同时定位杆沿杆长度方向还开设有滑槽。

本实用新型中，所述的右侧锁紧螺母组件为对称设置的两组，每组右侧锁紧螺母组件均包括右侧锁紧螺栓、右侧锁紧螺母和右侧高度调节槽，所述的右侧高度调节槽为竖向开设在所述组件支架上的竖槽，所述的右侧锁紧螺栓穿过右侧高度调节槽以及所述右侧托架的一侧后与右侧锁紧螺母相连接，通过右侧锁紧螺母和右侧锁紧螺栓将所述右侧托架锁紧在所述组件支架上，并且通过设定右侧锁紧螺栓穿过右侧高度调节槽的槽高位置来调整右侧托架的高度。

本实用新型中，所述的左侧锁紧螺母组件为对称设置的两组，每组左侧锁紧螺母组件均包括左侧锁紧螺栓、左侧锁紧螺母和左侧高度调节槽，所述的左侧高度调节槽为沿所述支撑杆杆长度方向开设的槽，所述的左侧锁紧螺栓穿过左侧高度调节槽以及所述左侧托架的一侧后与左侧锁紧螺母相连接，通过左侧锁紧螺母和左侧锁紧螺栓将所述左侧托架锁紧在所述支撑杆上，并且通过设定左侧锁紧螺栓穿过左侧高度调节槽的槽高位置来调整左侧托架的高度。

支撑杆的一端用螺栓与角度计弧形滑槽的圆心固定。中间用左侧锁紧螺母组件与弧形角度滑槽相连，当调节好支撑杆的角度后能够利用左侧锁紧螺母组件将支撑杆与角度计固定，保证支撑杆固定在该试验角度。支撑杆的另一端安装有能够调节高度的左侧托架，支撑试验光伏组件。

右侧托架和左侧托架能够在组件支架和支撑杆的滑槽中滑动，通过锁紧螺母能够将托架固定在支撑杆和组件支架上。试验光伏组件安放在托架上。能够通过调节右侧托架两端的锁紧螺母高度调节右侧托架的水平，保证试验光伏组件底端水平。

本实用新型中，所述的不锈钢基座由多根不锈钢方管焊接而成，所述的试验黑箱由表面涂覆黑漆的不锈钢板制成，所述试验黑箱的顶盖可以根据不同试验要求更换。

本实用新型中，所述的角度计为对称设置的两个，两个角度计均固定焊接在 所述不锈钢基座上，角度计上开有1/4圆的弧形滑槽，弧形滑槽的边缘刻有0～90°的角度刻度，0°时试验光伏组件与试验黑箱的上表面相平行。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)、在光伏组件的户外试验中，目前仅仅是针对地面光伏来开展工作，尚未有针对光伏建筑一体化的专用试验设备和试验装置。随着光伏建筑一体化应用的日益广泛，光伏发电过程中带来的光伏组件性能衰减和电气安全以及建筑安全问题越来越凸显出来。本实用新型公开的试验装置和试验方法通过黑箱集聚热量，较好地模拟了一个有一定集热效应的屋面或者墙面的情况，较好地模拟了光伏建筑一体化应用中光伏组件所处的工作环境。

(2)、在安装屋顶光伏和光伏幕墙时，出于空间限制，或者对风阻、承重和经济性的考虑，光伏组件与屋面、光伏组件与墙面间的距离都远小于地面电站光伏组件与地面间的距离。这样就造成光伏组件背面通风不畅，导致光伏组件表面温度升高。而且由于光伏发电与建筑结合，因此应对光伏组件材料与部件提出更高的电气安全要求。本实用新型设计的装置和方法能够调节光伏组件与黑箱之间的角度和距离，在试验过程中监测光伏组件表面温度变化情况，从而为屋顶光伏和光伏幕墙的设计提供更为合理、安全的建议。也能够为光伏组件设计、选材提供更有针对性的建议。

(3)、本实用新型设计的方法和装置能够通过更换黑箱顶盖来模拟不同屋面状况，能够在黑箱中加装加热装置模拟不同屋面散热情况。更好地模拟光伏组件实际工作过程中所处的环境。

(4)相比于现有的在实际建筑屋面和墙面安装光伏组件进行试验，本实用新型设计的装置更易制作，价格便宜；本实用新型设计的方法取得的试验结果能够重复性更强，不同机构之间的试验结果能够比性更强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型试验装置的整体结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是本实用新型试验装置中组件支架、右侧托架以及右侧锁紧螺母组件的 装配图；

图4是本实用新型试验装置中支撑杆、左侧托架以及左侧锁紧螺母组件的装配图；

图5是本实用新型试验装置中角度计的零件图。

附图中标记说明：

1、不锈钢基座； 2、试验黑箱； 3、黑箱顶盖； 4、组件支架；

5、右侧托架； 6、右侧锁紧螺母组件； 61、右侧锁紧螺栓；

62、右侧锁紧螺母； 63、右侧高度调节槽； 7、角度计； 8、支撑杆；

81、铰接轴； 9、左侧锁紧螺母组件； 91、左侧锁紧螺栓；

92、左侧锁紧螺母； 93、左侧高度调节槽； 10、左侧托架；

11、试验光伏组件； 12、定位杆； 121、滑槽。

具体实施方式

如图1至图5所示的一种光伏组件用黑箱暴露试验装置，该装置包括不锈钢基座1、试验黑箱2、角度计7、组件支架4、支撑杆8、定位杆12、左侧托架10和右侧托架5，试验黑箱2水平承托在不锈钢基座1上，不锈钢基座1由多根不锈钢方管焊接而成，试验黑箱2由表面涂覆黑漆的不锈钢板制成，试验黑箱2具有黑箱顶盖3，黑箱顶盖3可以根据不同试验要求更换，不锈钢基座1底部四脚焊有地脚，通过地脚螺栓固定于平整地面上。

不锈钢基座1的一侧竖向安装组件支架4，该侧为右侧，右侧托架5通过右侧锁紧螺母组件6安装在组件支架4上，并且在右侧锁紧螺母组件6作用下能够调整右侧托架5的高度，不锈钢基座1的另一侧安装角度计7以及支撑杆8，该侧为左侧，角度计7也竖向设置，支撑杆8的底端通过铰接轴81铰接在不锈钢基座1上，顶部通过左侧锁紧螺母组件9安装左侧托架10，支撑杆8能够绕铰接轴81转动，并且左侧托架10能够在左侧锁紧螺母组件9作用下调整高度，定位杆12的底端铰接在不锈钢基座1上，顶端与支撑杆8的顶端相铰接，同时定位杆12沿杆长度方向还开设有滑槽121，待测试的试验光伏组件11位于试验黑箱2的正上方，试验光伏组件11在水平面的投影盖覆试验黑箱2，试验光伏组件11的两端分别承托在左侧托架10和右侧托架5上，试验光伏组件11承托在左侧托架10一端的高 度高于或等于承托在右侧托架5一端的高度。

本实施例中，右侧锁紧螺母组件6为对称设置的两组，每组右侧锁紧螺母组件6均包括右侧锁紧螺栓61、右侧锁紧螺母62和右侧高度调节槽63，右侧高度调节槽63为竖向开设在组件支架4上的竖槽，右侧锁紧螺栓61穿过右侧高度调节槽63以及右侧托架5的一侧后与右侧锁紧螺母62相连接，通过右侧锁紧螺母62和右侧锁紧螺栓61将右侧托架5锁紧在组件支架4上，并且通过设定右侧锁紧螺栓61穿过右侧高度调节槽63的槽高位置来调整右侧托架5的高度。

左侧锁紧螺母组件9为对称设置的两组，每组左侧锁紧螺母组件9均包括左侧锁紧螺栓91、左侧锁紧螺母92和左侧高度调节槽93，左侧高度调节槽93为沿支撑杆8杆长度方向开设的槽，左侧锁紧螺栓91穿过左侧高度调节槽93、定位杆12以及左侧托架10的一侧后与左侧锁紧螺母92相连接，通过左侧锁紧螺母92和左侧锁紧螺栓91将左侧托架10和定位杆12锁紧在支撑杆8上，并且通过设定左侧锁紧螺栓91穿过左侧高度调节槽93的槽高位置来调整左侧托架10的高度，即左侧托架10、定位杆12和支撑杆8三者共用左侧锁紧螺母组件9，在支撑杆8以及定位杆12位置调整确定后，实现三者的定位连接。

本实施例中右侧托架5的高度通过右侧锁紧螺母组件6来调整，左侧托架10的高度通过左侧锁紧螺母组件9来调整，同时支撑杆8的定位杆12的位置通过左侧锁紧螺母组件9、左侧高度调节槽93以及定位杆12的滑槽121共同调整，使得支撑杆8与水平面之间的夹角可以在0～180°的范围内调整，支撑杆8的位置确定后，左侧托架10的高度也即确定了。

当左侧托架10与右侧托架5的高度确定后，则试验光伏组件11与试验黑箱2上表面之间的距离和角度也即确定了，通过调整的左侧托架10与右侧托架5的高度以满足试验光伏组件11与试验黑箱2上表面之间的距离和角度。通常试验光伏组件11承托在左侧托架10一端的高度高于或等于承托在右侧托架5一端的高度，即试验光伏组件11可以为水平状，也可以为左高右低的倾斜状。

本实施例中的角度计7也为对称设置的两个，两个角度计7均固定焊接在不锈钢基座1上，角度计7上开有1/4圆的弧形滑槽，弧形滑槽的边缘刻有0～90°的角度刻度，0°时试验光伏组件11与试验黑箱2的上表面相平行。

本实施例是针对在屋顶水平安装的光伏组件的并网工作状态进行模拟的试验。通过试验评价光伏组件的发电性能变化情况。试验样品选用目前用量最大的标称功率为255W的多晶硅光伏组件，具体的试验步骤如下：

1)光伏组件安装

拧松连接角度计和支撑杆的左侧锁紧螺母组件，将支撑杆调节到垂直于黑箱顶面的位置，锁紧螺母。拧松连接右侧托架和组件支架的右侧锁紧螺母组件和连接左侧托架和支撑杆的左侧锁紧螺栓，调节两个托架水平并均处于试验高度，锁紧螺母。将光伏组件安装在右侧托架和左侧托架上，固定。此时光伏组件平行于黑箱顶盖。

2)实际环境下的光伏组件并网发电试验

固定好的光伏组件通过逆变器和并网线缆接入电网。在逆变器的直流侧和交流侧配置电气传感器，实时监测直流侧和交流侧的电参数。同时配备环境监测探头监测光伏组件同平面的太阳辐照量。

3)试验结果分析示例

试验光伏组件进行了2个季度的黑箱试验后。能够用光伏组件平面监测到的太阳辐照量和逆变器交流侧监测到的发电量计算分析光伏组件的性能比(光伏组件的性能比即PR)和比发电量(光伏组件的比发电量即yield)，计算公式见式(1)和式(2)。PR和yield值能够用来比较不同厂家、不同型号、不同批次光伏组件的性能差异。

$PR=\frac{E_{real}}{I_{solar}\×P_{STC}}---\left(1\right)$

其中，E_real——试验系统的实际交流发电量，[kWh]；

I_solar——阵列平面的太阳辐照量，(MJ/m²)；

P_STC——光伏组件的额定功率，[kW]。

比发电量(yield)定义为试验系统的实际交流发电量与光伏组件额定功率比值，表示系统每kW的发电量。

$yield=\frac{E_{real}}{P_{STC}}---\left(2\right)$

其中，E_real——试验系统的实际交流发电量，[kWh]；

P_STC——光伏组件的额定功率，[kW]。

具体实施例如下：选用不同厂家生产的两种型号的多晶硅组件，分别为试验组件1和试验组件2，额定功率均为255W，模拟在屋顶水平安装，试验组件通过微型逆变器组成并网试验系统。在进行了2个季度的黑箱试验后，分别监测了试验组件1、2逆变器交流侧的发电量和组件平面太阳辐照量，数据见表1：

表1：组件性能对比表

综合两个季度的测试结果，在同等辐照量下，试验组件1的PR和yield值均高于试验组件2，由此可知，试验组件1的光电转换性能优于试验组件2。

黑箱试验后将光伏组件拆卸下来，依据标准《IEC 61215地面用晶硅光伏组件设计鉴定和定型》，测量光伏组件在标准状态下的I-V曲线(光电转换性能)，参照试验过程中的环境温湿度、风向、风速、辐照量等的变化，能够分析影响光伏组件性能变化的环境因素。

调节光伏组件与黑箱顶盖之间的距离，能够对比分析屋顶光伏建造时，光伏组件与屋面的距离对光伏组件发电性能的影响；结合光伏组件表面温度监测，能够对比分析屋顶光伏建造时，光伏组件与屋面的距离对光伏组件安全性的影响。

或者通过改变试验黑箱的顶盖材质和颜色，能够对比分析屋顶光伏建造时，不同的屋面材质对光伏组件发电性能的影响；结合光伏组件表面温度监测，能够对比分析屋顶光伏建造时，不同的屋面材质对光伏组件安全性的影响。

或者通过加热改变试验黑箱中的温度，能够对比分析屋顶光伏建造时，不同的房屋散热情况对光伏组件发电性能的影响；结合光伏组件表面温度监测，能够对比分析屋顶光伏建造时，不同的房屋散热情况对光伏组件安全性的影响。

本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述装置包括不锈钢基座(1)、试验黑箱(2)、角度计(7)、组件支架(4)、支撑杆(8)、左侧托架(10)和右侧托架(5)，所述试验黑箱(2)水平承托在所述不锈钢基座(1)上，所述试验黑箱(2)具有黑箱顶盖(3)，所述不锈钢基座(1)的一侧竖向安装所述的组件支架(4)，该侧为右侧，所述的右侧托架(5)通过右侧锁紧螺母组件(6)安装在所述组件支架(4)上，并且在右侧锁紧螺母组件(6)作用下能够调整右侧托架(5)的高度，所述不锈钢基座(1)的另一侧安装所述的角度计(7)以及所述的支撑杆(8)，该侧为左侧，所述的角度计(7)也竖向设置，所述支撑杆(8)的底端通过铰接轴(81)铰接在所述不锈钢基座(1)上，顶部通过左侧锁紧螺母组件(9)安装所述的左侧托架(10)，所述的支撑杆(8)能够绕铰接轴(81)转动，并且左侧托架(10)能够在左侧锁紧螺母组件(9)作用下调整高度，待测试的试验光伏组件(11)位于所述试验黑箱(2)的正上方，所述试验光伏组件(11)的两端分别承托在所述左侧托架(10)和右侧托架(5)上，试验光伏组件(11)承托在所述左侧托架(10)一端的高度高于或等于承托在所述右侧托架(5)一端的高度。

2.根据权利要求1所述的光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述装置还包括定位杆(12)，所述定位杆(12)的底端铰接在所述不锈钢基座(1)上，顶端与所述支撑杆(8)的顶端相铰接，同时定位杆(12)沿杆长度方向还开设有滑槽(121)。

3.根据权利要求2所述的光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述的右侧锁紧螺母组件(6)为对称设置的两组，每组右侧锁紧螺母组件(6)均包括右侧锁紧螺栓(61)、右侧锁紧螺母(62)和右侧高度调节槽(63)，所述的右侧高度调节槽(63)为竖向开设在所述组件支架(4)上的竖槽，所述的右侧锁紧螺栓(61)穿过右侧高度调节槽(63)以及所述右侧托架(5)的一侧后与右侧锁紧螺母(62)相连接，通过右侧锁紧螺母(62)和右侧锁紧螺栓(61)将所述右侧托架(5)锁紧在所述组件支架(4)上，并且通过设定右侧锁紧螺栓(61)穿过右侧高度调节槽(63)的槽高位置来调整右侧托架(5)的高度。

4.根据权利要求2所述的光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述的左侧锁紧螺母组件(9)为对称设置的两组，每组左侧锁紧螺母组件(9)均包括左侧锁紧螺栓(91)、左侧锁紧螺母(92)和左侧高度调节槽(93)，所述的左侧高度调节槽(93)为沿所述支撑杆(8)杆长度方向开设的槽，所述的左侧锁紧螺栓(91)穿过左侧高度调节槽(93)以及所述左侧托架(10)的一侧后与左侧锁紧螺母(92)相连接，通过左侧锁紧螺母(92)和左侧锁紧螺栓(91)将所述左侧托架(10)锁紧在所述支撑杆(8)上，并且通过设定左侧锁紧螺栓(91)穿过左侧高度调节槽(93)的槽高位置来调整左侧托架(10)的高度。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述的不锈钢基座(1)由多根不锈钢方管焊接而成，所述的试验黑箱(2)由表面涂覆黑漆的不锈钢板制成。

6.根据权利要求1至4任一项所述的光伏组件用黑箱暴露试验装置，其特征在于：所述的角度计(7)为对称设置的两个，两个角度计(7)均固定焊接在所述不锈钢基座(1)上，角度计(7)上开有1/4圆的弧形滑槽，弧形滑槽的边缘刻有0～90°的角度刻度，0°时试验光伏组件(11)与试验黑箱(2)的上表面相平行。