光伏组件在25年（双玻组件30年）生命周期中，风雪载荷对边框、玻璃、电池片隐裂、功率衰减等方面有着重大影响。每年，全世界都会发生多起因风雪等恶劣自然气候引起的组件失效投诉，给行业带来重大经济损失。以X公司为例，2015年在中国的安装量1.5GW，其中56.5%（西北31%，沙尘暴区域；沿海25.5%，南部台风区域，北部暴雪区域）安装在风雪环境恶劣地区。从客诉比例来看，风载荷发生的几率较高，造成的危害损失更大。提高组件的载荷能力迫在眉睫。提高组件载荷能力的方法有很多，如提高钢化玻璃的强度，提高边框的强度或增加加强筋等等，但这些都会影响到组件的成本。鉴于目前光伏市场成本竞争激烈的形势，本文研究不影响成本的提高组件载荷能力的方法。假设组件材料及加工工艺以及安装方式为定量，重点研究竖装即长边安装时不同安装位置对组件的载荷影响。鉴于当前的市场趋势，双玻组件的未来发展方向是有边框。本文通过理论计算，结合FEA分析，以及实际的机械载荷验证，来研究组件的最佳安装位置。
1、 研究背景与内容
1.1双玻组件介绍
图1 双玻结构示意图
1.2风雪载荷调查与分析
如表2所示，研究了国内典型的气候条件[1]。对于绝大多数的自然条件，结合认证机构对组件载荷的硬性要求，正面5400Pa和反面3600Pa，基本能满足实际使用要求。
表2.1 风载荷
表2.2 雪载荷
风雪载荷对组件的影响归纳如表3，表4：
表3 风载荷对组件的影响
表4 雪载荷对组件的影响
2、安装位置理论计算
2.1 理论计算
根据力学公式
M为截面弯矩，W为抗弯截面模量，σ为正应力，[σ]为许用应力，当截面所受的正应力小于许用应力的时候，铝型材才不会产生塑性变形。[σ]取决于材料本身，我们需要通过好的结构设计在降本的同时保证其正应力在许用范围内，根据公式，可以得出减小M与增大W都可以达到强度要求。
本文假设W恒定，主要研究降低M。降低M有两个方向：
1.合理安排支座，即安装位置；
2.合理布置载荷（针对组件，载荷位置取决于外部因素，如雪、风，无法控制）
图2 载荷分布情况
图3 受力分析
如图2和图3所示，支座位置a直接影响支座截面和跨中截面上的弯矩值。当中性轴为截面的对称轴，最大拉、压应力相等时，只有支座处截面与跨中截面之弯矩的绝对值相等，才能使该梁的最大弯矩的绝对值为最小，从而使其最大正应力为最小。
从弯矩角度分析，梁的最佳支撑位置为L/4.83处，实际安装效果如图4所示。
图4 理论最佳安装位置示意图
3、FEA分析
图5 FEA分析最大变形量
如图5所示，以1665mm*1000mm*25mm边框进行FEA分析为例，组件的最大变形量最早出现在长边框，随着安装位置的移动，长边框的变形量迅速减少，短边框的变形量缓慢增加。综合考虑长短边框的变形量，FEA分析，最佳安装位置在350左右比较合适。
4、实验验证
准备相同批次的组件，按照IEC61215要求对样品组件进行载荷测试[2],荷测试情况如图6所示。按照新标要求测试 5400Pa，-2400Pa，三个循环，如图7所示设置测试参数。通过后测试极限载荷。通过下表数据可得出，0.207L位置下，组件的极限载荷达到最高。同等载荷情况下，该位置的边框变形量最优。
图6 载荷测试
图7 测试参数
测试结果统计如表5所示。当安装位置为0.207L时，组件的载荷极限可以达到最大值；相同载荷下，该位置处的组件综合变形量最小，与本文前半部分的理论计算和FEA分析基本吻合。
表5 测试结果
表6 相同载荷下边框变形量
5、结论
本文通过深入研究双玻组件的自身结构，对实际应用环境中的客诉情况进行分析，研读建筑结构载荷规范之后，确定现行载荷标准跟认证结构要求基本相符合。在此基础上，通过理论计算组件安装时的最佳载荷位置，佐以FEA分析，最后进行实际的气压载荷测试，理论计算与分析的得出的0.207L为最佳安装位置基本与实际测试相符合，故后续组件安装厂商进行实际的安装时可参考该位置进行安装。进而提高组件的载荷性能。
参考文献
[1]GB50009 建筑结构载荷规范
[2]IEC61215 IEC 61215-1-2016 地面用光伏组件设计 鉴定和定型（Terrestrial photovoltaic(PV)modules-Design qualification and type approval）[S]
以上文章摘自葛先平实验并编写的论文《双玻组件机械载荷研究》，本文通过作者本人的授权进行发布，未经授权，请勿转载！
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