來源：小樹洞談光伏支架
引導(dǎo)語
? ? ? ?所謂的“機(jī)械荷載測試”，指的就是在組件上加載沙袋等負(fù)重，模擬組件在戶外受到的荷載，驗(yàn)證組件本身能夠滿足項(xiàng)目的荷載條件。盡管該測試都由組件廠家完成，但是它影響到光伏支架的檁條和安裝孔位設(shè)計(jì)，可以說這個(gè)測試與光伏支架的關(guān)系非常密切。
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? ? ? ? 由于近些年組件產(chǎn)品的換新速度非?？?，幾乎每一個(gè)項(xiàng)目都會(huì)涉及到組件的機(jī)械荷載測試。很多情況下，大家對這個(gè)測試都比較困惑。本系列將從三個(gè)方面來闡述：a.為什么要做組件測試；b.組件測試依據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)；c.目前的組件測試標(biāo)準(zhǔn)有哪些不足。
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? ? ? ? 開篇文章就先來談?wù)?，組件為什么要做“機(jī)械荷載測試”。
目錄：
1. 什么是“機(jī)械荷載測試”
2. 組件的失效模式
3.?組件的壓強(qiáng)計(jì)算
4. 為什么要做“機(jī)械荷載測試”
1.什么是“機(jī)械荷載測試”
? ? ? ? 所謂的光伏組件“機(jī)械荷載測試”，指的就是將組件安裝在特定的平臺(tái)上，然后在組件上放置沙袋或者其他重物，來模擬組件在戶外使用時(shí)所受到的荷載。一般機(jī)械荷載測試采用“靜態(tài)荷載”的方法，當(dāng)然現(xiàn)在也發(fā)展出了所謂“動(dòng)態(tài)荷載”的測試，這個(gè)就不在本系列里面贅述了。
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?組件靜態(tài)測試
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?組件動(dòng)態(tài)測試
（來源：Q Cells）
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? ? ? ? 在測試的時(shí)候，還需要時(shí)刻監(jiān)控組件的各項(xiàng)參數(shù)，測試完畢后還需要檢查組件，分析測試結(jié)果。具體方法我們會(huì)在下一期詳細(xì)講解。目前光伏組件的“機(jī)械荷載測試”一般遵循以下幾種標(biāo)準(zhǔn)的要求：
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? ? ? ? IEC 61215是我們非常熟悉的組件性能評判標(biāo)準(zhǔn)（Performance Testing）。2021年2月23日，2021新版標(biāo)準(zhǔn)正式替代2016舊版。IEC 61215的Part 2系列詳細(xì)描述了各類組件測試項(xiàng)目，而其中的MQT16（Module Quality Test #16）即為“機(jī)械荷載測試”。
? ? ? ? UL標(biāo)準(zhǔn)主要傾向于安全性測試（Safety Testing），之前我們一直使用的是UL 1703標(biāo)準(zhǔn)，但是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為了向國際標(biāo)準(zhǔn)IEC靠攏，在2019年的12月4日正式轉(zhuǎn)為UL 61730，也就是IEC 61730標(biāo)準(zhǔn)。換了標(biāo)準(zhǔn)號的UL 61730相比較UL 1703會(huì)更加嚴(yán)苛。
? ? ? ? 還有ASTM E1080，也是組件機(jī)械荷載測試的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。雖然不常見，但是里面有很多IEC和UL標(biāo)準(zhǔn)沒有的內(nèi)容，比如測試用的負(fù)重物如何設(shè)計(jì)、組件扭曲度測試等等。
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2.組件的失效模式
? ? ? ? 組件在戶外使用時(shí)，常常會(huì)受到來自各種荷載的作用。一塊組件的結(jié)構(gòu)破壞與很多因素有關(guān)，比如支架的不合理設(shè)計(jì)，安裝不到位，組件機(jī)械性能不足等等。在小樹洞看來，這些結(jié)構(gòu)破壞主要呈現(xiàn)以下幾種方式：
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組件玻璃被壓潰
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組件安裝孔撕裂
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組件邊框被折斷
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?組件結(jié)構(gòu)破壞的幾種形式
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? ? ? ? 我們在談結(jié)構(gòu)破壞的原因時(shí)，其實(shí)就是在對這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行“受力分析”，那么組件在戶外會(huì)受到哪些“力”呢？
? ? ? ? 組件在戶外主要受到兩類荷載作用，也就是風(fēng)荷載和雪荷載。這兩類荷載本身對組件結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生兩種不同形式的力?？偨Y(jié)下就是：
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極限的平均正壓力
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極限的非平衡彎矩
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?兩種不同時(shí)刻的風(fēng)荷載工況
對組件產(chǎn)生了兩種不同的力
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?兩種不同情況的雪荷載工況
對組件產(chǎn)生了兩種不同的力
? ? ? ? 這樣一來，組件的“結(jié)構(gòu)破壞”形式就能夠和其兩類受力關(guān)聯(lián)在一起了。
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平均正壓力過大導(dǎo)致：
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組件玻璃被壓潰
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組件安裝孔被撕裂（上揚(yáng)力主導(dǎo)）
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非平衡彎矩過大導(dǎo)致：
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組件邊框被折斷
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就此，我們完成了組件的失效模式分析。
3.組件的壓強(qiáng)計(jì)算
前面講到，組件在戶外主要受到“風(fēng)荷載”和“雪荷載”。我們在設(shè)計(jì)各個(gè)項(xiàng)目的組件壓強(qiáng)時(shí)，一般遵循以下的分析步驟：
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找到對應(yīng)國家的荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)
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找到對應(yīng)地理位置的基本風(fēng)速（風(fēng)壓）和雪壓
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利用國家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算無組合的風(fēng)雪壓
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采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)和大風(fēng)角度，計(jì)算最終風(fēng)壓
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利用大風(fēng)角度，計(jì)算雪荷載的傾斜系數(shù)，得到最終雪壓
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將最終風(fēng)壓和最終雪壓進(jìn)行組合，得到組件上受到的壓強(qiáng)
我們舉一個(gè)例子，來更好地理解組件壓強(qiáng)的計(jì)算過程。
案例：
已知某地采用美國ASCE 7-05標(biāo)準(zhǔn)查得，50年一遇的風(fēng)雪壓分別為40m/s和0.8kPa。該地的某一個(gè)光伏電站處于開闊區(qū)域，重要性等級較低，地形平整。依據(jù)組件風(fēng)洞測試結(jié)果，以10m高度、3秒陣風(fēng)為參考風(fēng)壓，組件風(fēng)壓系數(shù)如下圖所示。假如該項(xiàng)目采用1P跟蹤器，大風(fēng)保護(hù)角度為45度，不考慮跟蹤器氣彈角度變化，求該項(xiàng)目組件測試所需達(dá)到的壓強(qiáng)值？
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?1P跟蹤器組件上的風(fēng)壓體型系數(shù)
計(jì)算步驟如下：
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?計(jì)算得到該組件測試需達(dá)到最大下壓力為2992Pa
最大上揚(yáng)力為3154Pa
公眾號內(nèi)回復(fù)“組件壓強(qiáng)”可下載該計(jì)算表
?我們從上圖可以看到
美國的大部分地區(qū)風(fēng)速都在40m/s以上
相當(dāng)于國標(biāo)GB50009的0.4kPa(25m/s)的風(fēng)壓
4.為什么要做“機(jī)械荷載測試”
由上面的分析步驟我們也可以發(fā)現(xiàn)，組件所受壓強(qiáng)變化萬千，主要受幾個(gè)因素的影響：
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各國荷載標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算不同
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各地風(fēng)雪荷載的大小不同
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各種跟蹤支架的設(shè)計(jì)不同
每個(gè)國家的荷載標(biāo)準(zhǔn)，雖然看上去五花八門，但實(shí)際上計(jì)算都遵循相似的法則，小樹洞曾經(jīng)對各個(gè)國家的風(fēng)荷載規(guī)范做過一個(gè)總結(jié)，感興趣的朋友可以移步：光伏跟蹤器風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的那些事兒(3) | SNEC國際展之前，來談?wù)劯鲊?guī)范
?小樹洞整理的全球主要國家風(fēng)荷載規(guī)范
而最終組件能夠抵抗壓強(qiáng)的“機(jī)械性能”，還與其他因素相關(guān)：
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跟蹤器檁條的設(shè)計(jì)
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跟蹤器大風(fēng)保護(hù)角度
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組件安裝形式，壓塊還是背板螺栓
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跟蹤器是否采用風(fēng)向傳感器，是否迎風(fēng)?？?/span>
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等等…
?不同跟蹤器的檁條設(shè)計(jì)
?不同跟蹤器的大風(fēng)保護(hù)策略
風(fēng)壓示意圖
? ? ? ? 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，都需要對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)支架能夠滿足項(xiàng)目的荷載要求。組件也不例外，一款組件想要用在項(xiàng)目中，必須保證組件邊框和玻璃等結(jié)構(gòu)，能夠滿足項(xiàng)目要求，還需要提供對應(yīng)于項(xiàng)目所需壓強(qiáng)的安裝方式。
? ? ? ? 對于一款成熟的組件，其安裝手冊里往往都有對于不同支架，不同安裝方式的抗壓能力說明。而抗壓能力的數(shù)據(jù)，則來源于組件廠家在組件設(shè)計(jì)初期的各類機(jī)械荷載測試，也稱為“組件的匹配性測試”。
?1P跟蹤器組件的典型安裝方式
（點(diǎn)擊可看大圖）
?2P跟蹤器組件的典型安裝方式
（點(diǎn)擊可看大圖）
? ? ? ? 但是近些年，組件產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，而由于組件測試的條件變化很多，一款新的組件往往無法及時(shí)地對各家跟蹤器進(jìn)行大量測試。如果缺乏這些詳細(xì)的信息，那么組件廠家在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候，往往需要依據(jù)項(xiàng)目條件進(jìn)行單獨(dú)的組件匹配性測試。
