地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法 编制说明

1《地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法》编制说明根据《国家标准化管理委员会关于下达2024年第五批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》，国家标准《地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法》（计划号20242383-T-339）由全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（SAC/TC90）归口管理，由隆基绿能科技股份有限公司牵头编制，任务计划完成时间为2025年。2、制定背景能否准确有效地评估光伏组件户外载荷能力是影响光伏发电系统安全性的关键因素。目前，光伏组件产品依据《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》（IEC61215:2021）的要求进行测试，通过对水平放置组件表面施加均匀荷载的方法评估光伏组件承载能力。但现有研究表明，IEC61215:2021规范中采用在组件表面施加均匀荷载的方法与户外荷载实际分布存在差异，不足以全面评估户外光伏组件失效风险。所以仅参照已有标准进行产品设计，无法满足组件户外实际使用工况下的可靠性要求。地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法可准确评估光伏组件在户外运行下的承载能力，使光伏组件能更好地匹配其在户外运行下的真实场景。该方法的实施应用，可实现光伏组件不同载荷场景差异化设计，确保光伏电站有效、安全和经济地运行。3、主要工作过程（1）组建编制组2024年7月-9月，组成标准编制组。以隆基绿能科技股份有限公司为主导，包含北京鉴衡认证中心有限公司、中国华电科工集团有限公司新能源技术开发公司、湖南大学、国家能源集团国源电力有限公司、中国华能集团有限公司、中国大唐集团技术经济研究院有限责任公司、中国电建集团江西省电力设计院有限公司、长三角太阳能光伏技术创新中心、阿特斯阳光电力集团股份有限公司、江苏中信博新能源科技股份有限公司等参编单位组成标准工作组。（2）召开启动会2025年1月15日，项目启动会在北京召开。隆基绿能标准项目团队以及来自中国电子技术标准化研究院、湖南大学、国家能源集团、中国华电集团、中国大唐集团、中国电建集团、陕西建工、安徽皖能、长三角光伏创新中心、鉴衡、CQC、CPVT、晶澳、阿特斯、黄河水电等十多家参编单位20余位专家出席了此次会议。各与会专家就草案内容提出了意见建议并展开了专业讨论。根据专家意见，2修改形成了征求意见稿。1、编制原则本标准以科学性、合理性和可行性为原则。为技术依据，基于IEC61215:2021规范中光伏组件测试和判定方法，结合二分区风荷载体型系数分布模型及其体型系数取值，创建地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法。本标准基于我司及行业对光伏组件不均匀风荷载研究，参考现行相关国标、行业标准及美标、欧标和澳标等最新的风荷载规范，在总结行业研究经验及现行国内外相关标准的基础上制定。本标准格式依据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规则编写。2、主要内容荷载计算：包含风荷载、雪荷载、光伏组件户外荷载标准值及光伏组件户外荷载测试值光伏组件户外载荷测试及评估方法：户外载荷测试目的、测试装置、加载模型、前测试程序、测试程序、后测试程序及判定标准。3、编制过程中解决的主要问题考虑光伏组件风荷载不均匀分布，提出二分区风荷载体型系数分布模型：该模型是考虑了垂直于光伏组件板面的风压分布及绕光伏组件短轴的弯矩，可更精确反映光伏组件表面风载荷不均匀分布的实际情况参考《光伏支架结构设计规程》（NB/T10115-2018）中局部体型系数取值，结合组件不同安装倾角、风向角的风洞试验和数值模拟分析结果，及美标、欧标和澳标等最新的风荷载规范的体型系数，给出光伏组件迎风时及背风时二分区风荷载体型系数。根据现行相关国标、行业标准中风荷载和雪荷载标准值的规定及相关系数取值，确定光伏组件户外荷载标准值及户外荷载测试值。参考《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》（IEC61215:2021）规范中光伏组件荷载测试和评估方法，结合二分区风荷载体型系数分布模型，创建地面用晶硅光伏组件户外载荷评估方法。1、试验验证情况我司与湖南大学合作开展光伏组件风荷载系数测定及抗风性能提升研究，对固定支架和跟踪支架刚性模型进行风洞试验和数值模拟分析。实验制作7排3列组件刚性测压阵列模型，对固定支架测压3模型进行了10个组件倾角、7个风向角共70组试验工况的风洞试验，对跟踪支架光伏组件2P和1P刚性测压模型各进行3个组件倾角、7个风向角共21组工况风洞试验。参考《光伏支架结构设计规程》（NB/T10115-2018）中局部体型系数取值，结合组件不同安装倾角、风向角的风洞试验和数值模拟分析结果，提出二分区风荷载体型系数分布模型。基于风洞试验和数值模拟输出光伏组件二分区风荷载体型系数如表1和表2。表1光伏组件迎风时二分区分布风荷载体型系数体型系数μsw11μsw22表2光伏组件背风时二分区分布风荷载体型系数体型系数μsl11μsl22通过对风洞实验和数值模型中风荷载变化规律分析，光伏阵列中存在明显的风荷载干扰效应，主要体现为外围对内围的遮挡效应，倾角越大、组件间距越小遮挡效应越明显。当光伏组件阵列数大于7排时，建议考虑风荷载遮挡效应，对两端第二列、第四行以内光伏组件荷载进行折减，折减系数可取0.8。需要特别强调的是，当排间距较大时，折减系数会迅速减小，因此对于组件间距较大电站项目，建议根据项目情况进行分析后折减或者不折减。标准中二分区风荷载体型系数基于《光伏支架结构设计规程》（NB/T10115-2018）中局部体型系数取值，结合风洞实验和数值模拟获取的二分区体型系数取值，参考美标、欧标和澳标等最新的风荷载规范的体型系数在其基础上进行了修正和调整。现给出本标准体型系数与《光伏支架结构设计规程》（NB/T10115-2018）中局部体型系数取值、美标体型系数、澳标体型系数及欧标体型系数在迎风时与背风时取值对比，如图1与图2。4图1国标草案体型系数与不同国家标准迎风时体形系数对比图图2国标草案体型系数与不同国家标准迎风时体形系数对比图对比可知，本标准体型系数比欧标等体型系数组件倾角取值范围更大，与美标相比体型系数取值幅值接近，对全球不同区域适配性更高。标准中仅考虑风荷载和雪荷载。由于光伏组件设计时，光伏组件禁止上人即禁止站立于光伏组件表面进行操作，因此不考虑活荷载。冰雹、石子撞击等出现概率较小，采用合格光伏组件的光伏发电站是完全能够抗击普通常见冰雹天气打击的，采取必要的防护措施（如设置防护网、挡风板等）也可减少石子飞溅对光伏组件的威胁，因此如无特殊要求，一般也可不予考虑。为提高光伏组件发电效率，5电站需要定期对光伏组件进行清洗，一般性除尘计划每两周进行一次，整体性清洗计划每三个月或特别恶劣天气周后进行一次，因此积灰荷载亦可忽略不计。《建筑结构荷载规范》中的风振系数和阵风系数都是在平均风压基础上的放大系数，它们都是因为要考虑风压风荷载脉动而引入的。阵风系数仅仅考虑了背景分量，适用于刚性较强的结构，不需要考虑结构的振动响应，而只需要考虑风速的瞬时变化产生的效果，适用于固定支架结构计算风荷载标准值。风振系数除了风场特性之外还和结构的动力特性相关，对于跟踪支架和柔性支架这种风致敏感的结构，需要考虑结构本身的振动对荷载的放大效应，宜用风振系数计算风荷载标准值。风振系数依据风洞实验结果按随机振动理论计算确定。组件在户外主要受到两类荷载作用，也就是风荷载和雪荷载。这两类荷载本身对组件结构会产生两种不同形式的力。《工程结构通用规范》（GB55001-2021）推荐风荷载的组合值系数可取0.6,雪荷载组合系数可取0.7。标准中计算光伏组件户外荷载测试值考虑安全系数，采用IEC61215:2021规范中推荐安全系数’m取值1.5。’m的下小标“m”指的是material(材料)的意思，它是考虑到测试组件与实际量产组件之间的材料差异，考虑到组件本身的材料不一致性，增加了1.5倍的安全系数，最终获得测试负载。安全系数想表达的含义是：尽管某一块组件达到了测试要求，但是这并不代表所有相同型号的组件都能通过测试。因为在生产加工过程中，材料本身的强度性能并不是100%完全一致的，不同组件之间可能存在差异，有可能会出现材料强度更差的情况。安全系数的选取必须体现即安全又经济的设计思想。2、预期的效益本标准可对光伏组件在实际户外运行条件下的承载能力进行更准确和合理评估，使光伏组件能更好地匹配其在户外运行下的真实场景，加深测试在组件设计及选型中的实用性，实现光伏组件快速、高效的实现和验证。本标准的实施运用能使光伏组件设计更好地匹配光伏组件在户外实际运行下的真实场景，在低载荷场景，通过标准的要求进行组件设计及选型，实现组件差异化设计，大大降低组件成本；在高载荷场景，合理的进行组件设计补强，确保光伏电站有效、安全和经济地运行。本标准的有效实施，填补国标空白，为解决光伏组件户外应用产品可靠性评估难题提供统一评估方法，引领光伏行业发展，不断提高产品质量，力求产品保持国际先进水平。国际上IEC61215和IEC61730系列标准中有规定组件载荷测试要求，但其标准内容描述与户外实际承受工况及强度匹配度不高。6IEC61215在对组件的机械荷载测试时，通过对水平放置组件表面施加均匀荷载的方法评估光伏组件承载能力，这种“施加均匀荷载”的方式并不能代表实际的风压，因为风在流经组件的时候，在组件上产生的风压分布是“不均匀”的，该方法已无法有效评估光伏组价在户外实际运行下的产品可靠性。本标准应用二分区风荷载体型系数分布模型，考虑了垂直于光伏组件板面的压力及绕光伏组件短轴的弯矩，可以精确