對(duì)于要在戶外使用25年、30年,有的企業(yè)甚至承諾40年的光伏組件來(lái)說(shuō),如何在實(shí)驗(yàn)室中證明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選型能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn),是每一個(gè)研究人員都想弄清楚的問(wèn)題。
而讓人震驚的是,美國(guó)NREL為了搞清楚這個(gè)問(wèn)題,竟然開發(fā)出如此壯觀,亦或是有趣的試驗(yàn)。聞所未聞,所以接著看。
1. 你以為的室內(nèi)加速老化
通常,研究人員都是將電池做光致衰減,將背板、封裝材料、密封膠做HAST、PCT加速老化。然而,囿于實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的尺寸,只能用少量材料做單獨(dú)測(cè)試,或者將幾塊組件放入老化試驗(yàn)箱,就像下面這樣的:
不要嫌棄,這已經(jīng)是很大的試驗(yàn)箱了,右圖中的組件老化試驗(yàn)箱已經(jīng)能容下約10塊組件。這樣的試驗(yàn)箱能夠做溫濕度、紫外等老化。但研究人員擔(dān)心的是,少量的樣本根本無(wú)法模擬批量產(chǎn)品的性能,所以才有了CQC的戶外實(shí)證。
但戶外實(shí)證又不能加速老化。如果要結(jié)合模擬環(huán)境來(lái)施加動(dòng)態(tài)機(jī)械載荷等試驗(yàn),那就更難了。
并且隨著高功率、大尺寸組件時(shí)代的到來(lái),在實(shí)驗(yàn)室模擬光伏環(huán)境老化已經(jīng)是一件非常困難的挑戰(zhàn)。
2. NREL+Duramat,超出你的想象
為了解決光伏產(chǎn)品的老化研究瓶頸,美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)組件材料耐久性研究財(cái)團(tuán)做了很多新穎的嘗試。
研究人員在一個(gè)超大的環(huán)境試驗(yàn)室中(不是我們想象的環(huán)境試驗(yàn)箱)模擬了溫度、濕度等各種變化,同時(shí)對(duì)組件施加各種應(yīng)力,以發(fā)現(xiàn)組件的耐久性好壞。
NREL研究人員拍攝的視頻截圖顯示,在科羅拉多州戈?duì)柕堑囊粋€(gè)組合加速測(cè)試室內(nèi),“甜甜圈”環(huán)周期性地向下壓和彎曲組件以進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力測(cè)試,而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有模擬了水、熱、冷、電負(fù)載和紫外線的影響。
雖然組合壓力測(cè)試并不是一個(gè)全新的想法,但NREL和DuraMAT 的試驗(yàn)設(shè)計(jì)顯示,該模擬環(huán)境已經(jīng)將傳統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)箱測(cè)試提升到一個(gè)新的水平。在 NREL 室外測(cè)試設(shè)施的受控室中,光伏組件會(huì)受到多種壓力因素的影響,例如極端溫度(冷熱)、浸入水中以及紫外線照射,以在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)模擬多年來(lái)在室外發(fā)生的情況。
這樣的環(huán)境老化實(shí)驗(yàn)室,是不是很壯觀?
3. 應(yīng)力測(cè)試,樂(lè)感節(jié)奏
NREL認(rèn)為,現(xiàn)在光伏行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)周期可能比可靠性測(cè)試周期還要快得多,行業(yè)要求能夠更快、更準(zhǔn)確地評(píng)估新技術(shù)的可靠性,需要找到一種方法來(lái)跟上產(chǎn)品開發(fā)評(píng)估速度。
而對(duì)于應(yīng)力測(cè)試,NREL認(rèn)為傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力測(cè)試只能將力施加于組件的某一部位,不能像風(fēng)壓、雪載那樣均勻地施加在組件的表面。 并且計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明,組件在現(xiàn)實(shí)世界中承受的風(fēng)載、雪載壓力可能比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可靠性測(cè)試中使用的應(yīng)力小得多,實(shí)驗(yàn)室條件下產(chǎn)生的隱裂或裂片并不一定會(huì)在戶外實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生。
于是,NREL科學(xué)家設(shè)想將光伏組件固定在一個(gè)木框架中,用次聲波的快速脈沖(比人耳所能察覺的更深)對(duì)組件撞擊,讓組件產(chǎn)生振動(dòng),模擬戶外的各種震動(dòng)因素。
研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)強(qiáng)大的揚(yáng)聲器,響亮的低音節(jié)奏能引起組件彎曲和變形,就像被強(qiáng)風(fēng)推動(dòng)一樣,通過(guò)幾小時(shí)或幾天內(nèi)將組件暴露在揚(yáng)聲器的超強(qiáng)次聲波下來(lái)模擬在戶外多年實(shí)證的效果。利用該創(chuàng)新想法,研究人員每天可以運(yùn)行一百萬(wàn)個(gè)真實(shí)的壓力循環(huán),大大加快了測(cè)試過(guò)程。
原標(biāo)題:加速老化模擬,還可以這樣做?