非晶硅薄膜光伏组件基本力学性能与电性能研究

【摘要】：随着光伏组件的广泛应用,光伏组件在实际应用过程中会承受风、雪、地震等荷载作用,这对光伏组件的强度和刚度提出了更高的要求。因此研究光伏组件的力学性能及在荷载作用下光伏组件电性能的变化规律尤其重要。本文通过理论分析,提出非晶硅薄膜光伏简化力学模型。并对光伏组件中的EVA胶、非晶硅薄膜电池的基本力学性能进行了测试,得到它们的弹性模量、屈服强度、极限强度等基本力学参数。为进行光伏组件参数化的数值分析提供了计算所需的力学参数,并为光伏组件生产企业提供了选材参考依据。为研究光伏组件的力学性能和电性能,设计了一个试验方案,分别对JX-1、DX-2试件进行平压,分析了试件的破坏特征、承载能力、电性能。研究结果表明:①非晶硅薄膜光伏组件的极限应,极限应力,极限荷载。②荷载加载初期,组件输出电压下降缓慢,当组件中玻璃发生破坏后,组件的输出电压才会急剧衰减。组件的结构强度和输出电压的衰减率共同决定非晶硅薄膜光伏组件的控制应力。为了保证组件结构使用安全和组件能正常输出电压,组件的控制应力应在47.71MPa左右,组件的允许荷载为8.46KPa。③组件满足现有规范中规定的机械荷载试验要求。采用ANSYS软件建立了计算模型,验证了简化力学模型的正确性,讨论玻璃厚度、EVA胶厚度、组件长宽比对试件的力学性能影响。分析结果表明:①光伏组件中玻璃厚度增加,组件承载力提高,各层材料中心点应力减小。在光伏组件总玻璃厚度不变的情况下,基底玻璃厚度与盖板玻璃厚度比大于1时相对于基底玻璃厚度与盖板玻璃厚度比小于1时的承载能力提高了,各层材料中心点应力减小了。②EVA胶厚度不宜超过0.64mm。③在四边简支的情况下,组件的长宽比在1:1时,各层材料应力是最小的,但是在实际工程中,为了方便施工及美观,习惯使组件的长宽比大于1。在保证组件实际工程应用中的力学承载能力及方便施工,建议组件长宽比在1:1~2:1之间。 【关键词】：光伏组件 力学性能 电性能 力学模型实验研究 有限元计算
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能光伏技术9-12
• 1.2.1 太阳能电池10
• 1.2.2 光伏组件10-11
• 1.2.3 光伏系统及应用11-12
• 1.3 国内外研究现状12-16
• 1.3.1 光伏组件生产工艺的研究12-13
• 1.3.2 太阳能电池组件胶结的研究13
• 1.3.3 太阳能电池机械性能的研究13-14
• 1.3.4 太阳能电池组件风荷载的研究14-16
• 1.3.5 光伏组件的力电性能研究16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 2 非晶硅薄膜光伏组件组成材料的力学性能18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 非晶硅薄膜光伏组件的简化力学模型18-21
• 2.2.1 非晶硅薄膜光伏组件的组成18-19
• 2.2.2 非晶硅薄膜光伏组件力学模型19-21
• 2.2.3 非晶硅薄膜光伏组件各层材料厚度21
• 2.3 EVA胶的基本力学性能测试21-25
• 2.3.1 试验原理21-22
• 2.3.2 拉伸试验装置及试样22
• 2.3.3 EVA拉伸试验22-25
• 2.4 非晶硅薄膜电池的基本力学性能测试25-29
• 2.4.1 纳米压痕测试原理25-26
• 2.4.2 非晶硅薄膜电池力学性能测试试验方案26
• 2.4.3 加载制度26-27
• 2.4.4 结果与分析27-29
• 2.5 小结29-30
• 3 非晶硅薄膜光伏组件力电性能试验研究30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 试验方案30-37
• 3.2.1 试验试件30-31
• 3.2.2 加载制度31-32
• 3.2.3 试验装置32-37
• 3.3 试验分析37-45
• 3.3.1 试验现象37-39
• 3.3.2 试验结果与分析39-45
• 3.4 结论45-46
• 4 非晶硅薄膜光伏组件有限元分析46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 建立有限元模型46-48
• 4.2.1 有限元单元46-47
• 4.2.2 非晶硅薄膜光伏组件的有限元建模47-48
• 4.3 有限元分析模型验证48-50
• 4.4 有限元参数分析50-56
• 4.4.1 玻璃厚度的影响分析50-53
• 4.4.2 EVA胶厚度53-54
• 4.4.3 组件的长宽比54-56
• 4.5 小结56-57
• 结论与展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果64

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