光伏组件冰雹冲击测试：冰雹冲击试验机如何工作？

冰雹是影响光伏（PV）组件可靠性和长期性能的主要环境风险之一。大冰雹会使前玻璃破裂，损坏太阳能电池，产生微裂纹，并最终降低太阳能电池板的功率输出。

为了评估光伏组件的抗冰雹能力，制造商和测试实验室使用光伏组件冰雹冲击试验机在受控实验室条件下模拟真实的冰雹影响。

国际上引用最广泛的测试方法是IEC 61215-2 MQT 17 冰雹测试，旨在验证光伏组件是否能够承受冰雹的影响。

在本文中，我们将解释什么是太阳能电池板冰雹冲击测试、测试如何进行、需要什么设备以及为什么冰雹冲击测试对光伏组件制造商很重要。

什么是光伏组件冰雹冲击测试？

一个光伏组件冰雹冲击测试是一项实验室测试，用于评估太阳能电池板或光伏组件承受模拟冰雹的人造冰球冲击的能力。

在测试过程中，具有指定直径和温度的球形冰球以受控速度向光伏组件表面发射。

目的不仅仅是确定玻璃是否破裂。冰雹影响还会造成隐藏的损害，例如：

• 太阳能电池微裂纹

• 细胞破裂

• 玻璃裂纹

• 互连损坏

• 电气性能下降

• 绝缘或安全问题

有些损坏在撞击后可能不会立即显现出来。因此，光伏制造商可以将目视检查与电气性能测量和电致发光 (EL) 成像等技术结合起来，以识别隐藏的缺陷。

研究和行业测试表明，冰雹冲击会导致可见的玻璃损坏和微观电池损坏，从而可能影响光伏组件的长期电气性能。

光伏组件冰雹测试采用什么标准？

与光伏组件冰雹测试相关的主要国际标准是：

IEC 61215-2 – 地面光伏 (PV) 模块 – 设计鉴定和型式批准 – 第 2 部分：测试程序

冰雹试验确定为：

MQT 17 –冰雹测试

MQT 17的目的是验证光伏组件是否能够承受冰雹的影响。

测试设备和测试程序旨在控制重要参数，包括：

• 冰球直径

• 冰球质量

• 冰球温度

• 冲击速度

• 撞击位置

• 模块安装条件

这种受控测试环境允许制造商和实验室比较不同光伏组件设计的抗冰雹能力。

标准是什么冰雹测试参数？

对于标准 IEC 61215 冰雹测试，最小冰球直径为25毫米。

对于 25 毫米的冰球，通常指定的冲击速度约为23米/秒，以及定义适用公差的标准。较大的冰球可用于更严重的冰雹情况。

典型的 IEC 61215 冰雹测试参数包括：

在评估严重冰雹地区的光伏组件时，这些较大的冰球条件非常有用。美国能源部还指出，IEC 冰雹测试可以使用更大的冰球和更高的冲击速度来实现更高水平的冰雹暴露。

重要的：在设备设计或采购之前，应始终根据 IEC 61215 的适用版本和客户的测试要求确认确切的测试参数。

标准测试中为何使用25毫米冰雹？

25 毫米冰球代表 IEC 61215 冰雹测试指定的基线冰雹条件。

在大约 23 m/s 的速度下，25 mm 的冰球具有足够的动能，可以为光伏组件提供有意义的机械挑战，同时允许在受控实验室条件下进行测试。

冲击能量由冰球的质量和速度决定：

E = 1/2 mv²

在哪里：

• 乙= 冲击动能

• 米= 冰球的质量

• v= 冲击速度

随着冰雹直径和速度的增加，其质量和动能显着增加。这就是为什么更大的冰雹模拟测试会给光伏组件结构带来更加严峻的挑战。

太阳能电池板冰雹冲击试验机如何工作？

一个典型的太阳能电池板冰雹冲击试验机由几个重要的系统组成。

1. 冰球制备系统

该测试需要尺寸和质量受控的球形冰球。

冰球通常使用专用模具生产。最小标准直径为 25 毫米，而额外测试可能需要更大尺寸。

冻结过程很重要，因为冰球的物理特性会影响撞击结果。

2. 冷冻储存系统

测试前，冰球必须冷冻并储存在受控温度条件下。

IEC 61215 规定了冰球制备和储存的温度条件。因此测试设备需要提供合适的冷冻和储存环境。

3.冰雹发射器

这冰雹发射器是测试系统最重要的组成部分之一。

它将冰球以受控的速度射向光伏模块。

气动发射系统被普遍使用，因为它们可以提供高速和可重复的发射条件。用于 IEC 61215 冰雹测试的研究设备还采用气动发射器以约 23 m/s 的速度推动 25 mm 冰球。

4. 速度测量系统

冰球的实际速度需要控制和验证。

可以在发射路径附近安装光学或红外速度测量系统来测量冰球的飞行速度。

准确的速度测量非常重要，因为冲击能量直接取决于速度。

5.光伏组件定位系统

测试机需要准确定位发射器或光伏组件，使冰球击中所需的测试位置。

电动 XY 定位系统通常用于自动冰雹冲击测试。

这允许操作员对不同的冲击点进行编程并提高测试的可重复性。

6. 光伏组件夹具

测试时光伏组件必须安装牢固。

夹具应适应不同的模块尺寸，同时保持所需的测试位置和方向。

对于测试不同光伏组件设计的实验室来说，可调节夹具可以显着提高冰雹冲击测试系统的灵活性。

冰雹测试时测试了多少点？

IEC 61215 MQT 17 冰雹测试使用光伏组件上定义的冲击位置。

常用的测试配置包括11个冲击点分布在模块的代表性区域中。

这些位置旨在挑战模块的不同部分，而不是将所有影响集中在一个位置。

因此，测试可能涉及以下区域附近的影响：

• 太阳能电池

• 模块边缘

• 角球

• 互连区域

• 安装相关领域

确切的冲击位置和顺序应根据 IEC 61215 的适用版本和实验室的测试程序确定。

冰雹冲击测试后会发生什么？

通过冰雹冲击测试并不仅仅意味着组件没有明显的裂纹。

冲击测试后，光伏组件可能会接受额外的检查和测量。

典型的评估可以包括：

目视检查

检查模块表面：

• 玻璃破裂

• 细胞损伤

• 分层

• 其他主要可见缺陷

电气性能测试

可以对比冰雹测试前后组件的最大功率输出。

功率输出的显着降低可能表明太阳能电池或电气互连损坏。

美国能源部将传统的冰雹认证条件描述为：在指定的冰雹影响后，没有可见的损坏，并且电力损失低于 5%。

电致发光测试

EL 测试对于识别通过目视检查无法轻易检测到的微裂纹和隐藏的电池损坏特别有用。

光伏组件从外部看起来可能正常，但存在可能影响其长期性能的电池裂纹。

因此，结合冰雹冲击测试+EL检查+电性能测试提供更全面的光伏组件耐久性评估。

冰雹会对太阳能电池板造成什么损害？

冰雹的影响会通过多种方式影响光伏组件。

玻璃破裂

前玻璃是第一个受到冲击的结构层。大或高能量的冰雹可能会造成裂缝或局部损坏。

太阳能电池微裂纹

即使玻璃没有明显破裂，机械冲击也会导致晶体硅太阳能电池出现微裂纹。

细胞断裂

更严重的影响可能会导致更大的电池破裂和断电。

断电

电池裂纹和电气互连损坏会减少模块的有效有源面积，从而降低其最大功率输出。

长期可靠性问题

冰雹损坏并不总是会立即造成灾难性故障。在随后的热循环、潮湿暴露、机械负载和户外操作过程中，微裂纹和其他隐藏缺陷可能会发展成更严重的问题。

这就是为什么抗冰雹能力是光伏组件可靠性测试的重要组成部分。

为什么冰雹冲击测试对光伏组件制造商很重要？

太阳能组件通常预计可在户外运行数十年。

在其使用寿命期间，光伏组件可能会暴露于：

• 冰雹

• 大雨

• 大风

• 雪

• 温度变化

• 紫外线辐射

• 湿度

• 机械负载

冰雹冲击测试为制造商提供了一种受控方法来评估安装在冰雹多发地区的组件所面临的主要机械风险之一。

对于光伏组件制造商来说，该测试可在以下期间使用：

• 新产品开发

• 材质选择

• 玻璃厚度评估

• 封装材料开发

• 模块设计验证

• 产品资质

• 质量控制

• 研究与开发

什么是光伏组件冰雹冲击试验机？

一个光伏组件冰雹冲击试验机，也称为太阳能电池板冰雹试验机或者光伏冰雹冲击测试仪，是专门为模拟冰雹对光伏组件影响而设计的实验室设备。

一个完整的系统通常集成：

• 冰球模具

• 冷冻设备

• 冰球储存

• 气动冰雹发射器

• 速度测量系统

• 自动定位系统

• 光伏组件治具

• 控制软件

• 安全防护罩

确切的配置取决于模块尺寸、所需的冰雹尺寸、测试速度、自动化水平和适用的测试标准。

购买太阳能电池板冰雹测试机时应考虑什么？

如果您正在寻找光伏组件冰雹冲击试验机购买前应确认几个技术参数。

1. 适用标准

首先确认该设备是否需要：

IEC 61215-2 MQT 17

或其他客户特定的冰雹测试方法。

2. 光伏组件尺寸

最大模块尺寸决定了所需的定位范围和夹具尺寸。

例如，大型光伏组件需要更大的XY定位系统和更大的测试框架。

3. 冰球直径

确认设备是否需要支持：

• 25毫米

• 35毫米

• 45毫米

• 55毫米

• 65毫米

• 75毫米

或其他客户定义的冰雹尺寸。

4. 冲击速度

发射器应能够准确、重复地达到所需的撞击速度。

对于标准 25 mm 条件，通常指定的速度约为 23 m/s。

5、定位精度

当测试需要在预定义位置进行冲击时，准确定位非常重要。

自动定位系统可以减少操作员错误并提高测试可重复性。

六、安全防护

由于系统高速发射冰球，因此适当的防护装置和安全联锁装置至关重要。

设备的设计应能够保护操作员免受意外的高速冲击。

有关光伏组件冰雹测试的常见问题

太阳能电池板冰雹测试的标准是什么？

最广泛引用的国际标准是IEC 61215-2、MQT 17 冰雹测试，评估光伏组件抵御冰雹冲击的能力。

IEC 61215 使用什么尺寸的冰雹？

冰雹试验规定的最小冰球直径为25毫米。较大的冰球可用于更严重的冰雹情况。

IEC 61215 冰雹测试速度是多少？

对于 25 毫米的冰球，通常指定的冲击速度为23米/秒。根据适用的测试条件，较大的冰球需要更高的冲击速度。

冰雹测试期间太阳能电池板被击中了多少次？

标准测试配置通常使用定义的冲击位置11个冲击点在光伏组件上。

冰雹冲击测试可以检测微裂纹吗？

冲击测试本身就带来了机械挑战，而诸如EL测试随后可用于识别微裂纹和其他隐藏的细胞损伤。

大型光伏组件可以进行冰雹测试吗？

是的。测试设备可设计有可调节或自动定位系统，以适应不同的光伏组件尺寸。所需的工作面积应根据待测试的最大模块来确定。

冰雹冲击试验机和机械冲击试验机一样吗？

不会。传统的机械冲击测试仪通常使用摆锤、落锤或其他冲击机构。一个光伏组件冰雹冲击试验机专门设计用于使用具有定义的直径、质量、温度、速度和撞击位置的球形冰球来再现受控冰雹撞击。

结论

抗冰雹能力是光伏组件可靠性评估的重要组成部分，特别是对于位于冰雹频繁或严重地区的太阳能项目。

这光伏组件冰雹冲击测试提供了一种受控方法来模拟现实世界的冰雹影响并评估对模块玻璃、太阳能电池、电气连接和整体模块性能的潜在损坏。

对于标准资格测试，IEC 61215-2 MQT 17是要考虑的关键测试方法之一。该标准规定使用球形冰球，其最小直径为 25 mm，标准条件下的典型冲击速度为 23 m/s。

当选择一个光伏组件冰雹冲击试验机，制造商和实验室应特别注意冰球尺寸、冲击速度、速度测量、定位精度、模块尺寸、安全防护以及是否符合适用的测试标准。

正确设计的冰雹冲击测试系统可以帮助光伏制造商提高产品可靠性，找出组件设计中的弱点，并开发能够更好地应对恶劣户外天气条件的光伏组件。

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