光伏组件用于海水环境的设计试验方法及装置与流程

1.本发明属于太阳能电池组件技术领域，具体涉及一种光伏组件用于海水环境的设计试验方法及装置。


背景技术：

2.光伏组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳能转化为电能，当前组件分布式或地面电站的应用越来越广泛，但是沿海区域和海洋岛屿地带还处于无电状态，因此在海水环境中使用光伏发电来解决当地用电问题成了太阳能发电应用的发展方向。
3.由于目前光伏组件通常都是常规应用在陆地环境中，因此在对组件材料和工艺性能试验时也都是特别针对陆地环境的老化试验，但是由于海水环境相较于陆地环境更加复杂多变，包括长期浸湿、海浪打压、海水温变等因素都会对光伏组件的性能产生影响，而目前并没有针对海水环境对光伏组件影响的可靠试验方法，只有模拟高湿环境的盐雾试验，而盐雾试验也只是采用向组件上喷雾的方式增加湿度，与真实的海水环境差之甚远，很难确定光伏组件对于海水环境的适应性，因此也就难以确定光伏组件在沿海或岛屿地带是否能够正常可靠运行，从而制约了光伏组件向海水环境的应用发展。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种光伏组件用于海水环境的设计试验方法及装置，旨在为光伏组件应用在海水环境中提供可靠的设计试验数据。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种光伏组件用于海水环境的设计试验方法，包括以下步骤：
6.步骤s1，将试件进行外观及电性能测试并记录初始数据后固定放置在试验箱内；
7.步骤s2，向试验箱内排入热海水溶液至淹没试件；
8.步骤s3，向试验箱内反复加压、泄压多次；
9.步骤s4，将热海水溶液排出试验箱，并向试验箱内排入冷海水溶液至淹没试件；
10.步骤s5，向试验箱内反复加压、泄压多次后将冷海水溶液排出试验箱；
11.步骤s6，重复步骤s2至步骤s5多次后取出试件，对试件进行外观及电性能测试并记录试验数据；
12.步骤s7，对比初始数据和试验数据，获得试件的外观变化情况和功率衰减比例。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，热海水溶液和冷海水溶液的盐度均为3.83～3.84％。
14.一些实施例中，热海水溶液的温度为45
±
5℃，冷海水溶液的温度为6
±
3℃。
15.一些实施例中，步骤s3包括：向试验箱内加压至550
±
10pa并保持3
±
0.5分钟后泄压至大气压并保持2
±
0.5分钟，重复进行5～10次；步骤s5包括：向试验箱内加压至550
±
10pa并保持3
±
0.5分钟后泄压至大气压并保持2
±
0.5分钟，重复进行5～10次后将冷海水
溶液排出试验箱。
16.一些实施例中，在步骤s6中，步骤s2至步骤s5的重复次数为80～100次。
17.一些实施例中，采用三个相同的试件间隔固定在试验箱内进行试验，且对三个试件的初始数据和试验数据进行分别记录。
18.本发明提供的光伏组件用于海水环境的设计试验方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明光伏组件用于海水环境的设计试验方法，通过热海水溶液和冷海水溶液交替浸泡试件模拟海水温度变化对试件产生的影响，并在浸泡过程中通过反复加减压的方式模拟海浪拍打试件及海水压力对试件的影响，形成温度变化和压力变化的综合循环试验环境，并通过将上述过程重复进行多次以模拟试件在其整个设计寿命周期内受到海水压力、海水温度的周期性变化的影响，最后通过对比初始数据和试验数据获得试件的外观变化情况和电性能参数，从而判断参照试件标准设计得到的光伏组件能否满足海水环境的应用要求，试验环境与真实海水环境的接近度高，因此试验数据准确可靠，能够根据试验数据去设计适合海水环境的组件材料和组件制作工艺，从而获得能够可靠应用于海水环境中的光伏组件。
19.第二方面，本发明实施例还提供了一种光伏组件用于海水环境的设计试验装置，适用于上述光伏组件用于海水环境的设计试验方法，包括试验箱、加压泵、热海水箱，及冷海水箱；其中，试验箱具有密封腔体，密封腔体内设有支撑架，支撑架用于固定放置试件，试验箱的底部设有与密封腔体连通的排水管，顶部设有与所述密封腔体连通的泄压阀；加压泵的输出端与密封腔体的顶部连通；热海水箱的排水端与密封腔体连通；冷海水箱的排水端与密封腔体连通。
20.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，支撑架包括底框和多组立框；其中，底框用于固定在密封腔体的底部腔壁上；多组立框沿底框的长度或宽度方向间隔分布于底框上，每组立框包括两个相互间隔的框体，两个框体用于配合夹装支撑一个试件。
21.一些实施例中，试验箱的顶壁上设有与密封腔体连通的进水管，进水管上设有水泵，水泵的进水端、热海水箱的排水端、冷海水箱的排水端通过第一三通阀连接。
22.一些实施例中，热海水箱的进水端和冷海水箱的进水端分别设有回水管，两个回水管和排水管通过第二三通阀连接。
23.本发明提供的光伏组件用于海水环境的设计试验装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明光伏组件用于海水环境的设计试验装置，试件能够通过支撑架固定在试验箱内，通过热海水箱、冷海水、排水管能够使试验箱内交替填充热海水溶液和冷海水溶液，从而使试件获得温度交替变化的海水浸泡环境，同时由于试验箱内部为密封腔体，通过加压泵能够使密封腔体内产生压力，从而能够使热海水溶液或冷海水溶液对试件产生压力，同时利用泄压阀能够将密封腔体的压力释放，通过反复加泄压以模拟海浪或海风拍打光伏组件的情况，形成温度变化和压力变化的综合循环试验环境，与真实海水环境的接近度高，能够提高试验数据的可靠性，从而根据试验数据能够设计获得可靠应用于海水环境的光伏组件。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的光伏组件用于海水环境的设计试验方法的流程框图；
25.图2为本发明实施例提供的光伏组件用于海水环境的设计试验装置的结构示意图；
26.图3为本发明实施例所采用的试验箱的内部结构俯视图；
27.图4为本发明实施例所采用的支撑架的立体结构示意图。
28.图中：100、试件；101、试验箱；1010、密封腔体；102、加压泵；103、热海水箱；104、冷海水箱；105、排水管；106、泄压阀；107、进水管；108、水泵；109、第一三通阀；110、回水管；111、第二三通阀；112、支撑架；1121、底框；1122、立框。
具体实施方式
29.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.请参阅图1至图3，现对本发明提供的光伏组件用于海水环境的设计试验方法进行说明。所述光伏组件用于海水环境的设计试验方法，包括以下步骤：
31.步骤s1，将试件100进行外观及电性能测试并记录初始数据后固定放置在试验箱101内；
32.步骤s2，向试验箱101内排入热海水溶液至淹没试件100；
33.步骤s3，向试验箱101内反复加压、泄压多次；
34.步骤s4，将热海水溶液排出试验箱101，并向试验箱101内排入冷海水溶液至淹没试件100；
35.步骤s5，向试验箱101内反复加压、泄压多次后将冷海水溶液排出试验箱101；
36.步骤s6，重复步骤s2至步骤s5多次后取出试件100，对试件100进行外观及电性能测试并记录试验数据；
37.步骤s7，对比初始数据和试验数据，获得试件100的外观变化情况和功率衰减比例。
38.需要说明的是，海水环境中，海水温度随着季节的变更出现周期性变化，同时由于海浪拍打、海水溅射时在空气中也会发生温度变化，因此试验采用的热海水溶液和冷海水溶液的温度应当以海水环境中出现的最高温度和最低温度为标准；同样的，加压时压力值应当以出现极端风暴天气时(12级风力作用)海水作用在光伏组件上时的压力为标准，以确保光伏组件能够在极端天气下正常工作；另外，在步骤s6中，对试件100进行外观及电性能测试前需要采用自然风干或毛巾吸干的方式使试件100表面干燥，不可采用加热烘干或高压气体吹干的方式，从而杜绝外力对试验数据的影响。
39.应当理解，在对一种试件100进行试验完成后，可以更换不同材料或加工工艺的试件100进行重新试验，对比不同试件100的试验数据，即可获得最佳设计方案。
40.本实施例提供的光伏组件用于海水环境的设计试验方法，与现有技术相比，通过热海水溶液和冷海水溶液交替浸泡试件100模拟海水温度变化对试件100产生的影响，并在浸泡过程中通过反复加减压的方式模拟海浪拍打试件100及海水压力对试件100的影响，形成温度变化和压力变化的综合循环试验环境，并通过将上述过程重复进行多次以模拟试件100在其整个设计寿命周期内受到海水压力、海水温度的周期性变化的影响，最后通过对比
初始数据和试验数据获得试件100的外观变化情况和电性能参数，从而判断参照试件100标准设计得到的光伏组件能否满足海水环境的应用要求，试验环境与真实海水环境的接近度高，因此试验数据准确可靠，能够根据试验数据去设计适合海水环境的组件材料和组件制作工艺，从而获得能够可靠应用于海水环境中的光伏组件。
41.在一些实施例中，热海水溶液和冷海水溶液的盐度均为3.83～3.84％。由于试验过程无法方便的取用天然海水，因此需要人工配置海水，即将人工海水盐和水按照一定的比例进行混合，人工海水盐的配比参照天然海水盐度(3.4～3.5％)，而考虑到海水温度变化对盐度的影响，在此将热海水溶液和冷海水溶液的盐度均配置为3.83～3.84％(kg/100l)。
42.在一些实施例中，热海水溶液的温度为45
±
5℃，冷海水溶液的温度为6
±
3℃。考虑到影响海水环境水温的因素除季节性变化外，主要还在于昼夜温差的变化，通常海水随着深度的增加而降低，在一千米深度的水温约4～5℃，两千米深度的水温约2～3℃，超过三千米深度的水温下降至1～2℃，而占海洋总体积75％的海水，温度在0～6℃之间，由于光伏组件主要应用在岛屿或邻近海岸的水面区域，在此将冷海水溶液的温度设置为6
±
3℃，能够与该区域的天然海水温度匹配，对于热海水温度而言，随着地球区域或纬度不同岛屿温度通常能达到38～40℃，根据国际标准，测试陆地用的组件高温需设置为45℃，在此，由于光伏应用于海水环境时的高温条件与陆地有所区别，因此采用将热海水溶液的温度设置在45
±
5℃的温度区间内，能够确保涵盖且接近天然海水的温度变化区间。
43.在一些实施例中，步骤s3包括：向试验箱101内加压至550
±
10pa并保持3
±
0.5分钟后泄压至大气压并保持2
±
0.5分钟，重复进行5～10次；步骤s5包括：向试验箱101内加压至550
±
10pa并保持3
±
0.5分钟后泄压至大气压并保持2
±
0.5分钟，重复进行5～10次后将冷海水溶液排出试验箱101。
44.考虑到海水风暴的强度，模拟光伏组件在恶劣环境中的承受能力进行加压试验，加压参数的计算依据为：空气密度ρ＝1.29kg/m3，12级海风的风速在32.6m/s以上，在此选取风速32.6m/s，f＝1.29*32.6*32.6*1＝1370.9604n；选取f＝1.37kn，试件100面积越小承受压强越大，试件100的面积以常用的1.63
㎡
计算，根据压强计算公式，得到试件100承受的压强为840pa，但是由于试件100的面积可以根据需要进行调整，以单一试件100面积计算并不能够代表其它尺寸的光伏组件，因此参照试验箱101的横断面面积来设计增压值，在此试验箱101横断面面积按照2.5
㎡
设计，从而计算出需要向试验箱101内加压的压力值约为550pa，选取550
±
10pa进行试验可满足与海风作用下天然海水压力的接近度要求；同时将热海水溶液和冷海水溶液的交替浸泡和加减压过程循环进行五次以上，从而能够模拟出光伏组件受到不同温度的海水拍打和反复浸泡的实际环境，确保试验环境和天然海水环境接近度高。
45.在一些实施例中，在步骤s6中，步骤s2至步骤s5的重复次数为80～100次。在此将热海水溶液和冷海水容易的多次交替浸泡、试验箱101内压力的多次变化作为一个试验周期，而考虑到海水环境随季节变化的影响，因此每年按照四个试验周期进行试验，同时考虑到光伏组件的设计寿命通常在20～25年，因此需要进行80～100次试验周期的循环后才能够体现出试件100在整个设计寿命内受海水环境的影响情况，从而确保根据试验数据设计获得的光伏组件能够在其设计寿命内进行稳定可靠工作。
46.为了提高试验数据的可靠性，避免采用单一试件100进行试验时出现较大的偏差，确保试验数据的可靠性，在一些实施例中，请参阅图3，采用三个相同的试件100间隔固定在试验箱101内进行试验，且对三个试件100的初始数据和试验数据进行分别记录。当然，同时试验采用的试件100数量越多，获得的数据转确度越高，但是由于试验本身具有破坏性，为了降低成本，应当在确保试验数据能够代表同一型号的整批次产品性能的前提下，尽可能采用较少的试件100数量，在此选取三块完全相同的试件100进行试验，既能够代表同类产品性能，还能够减少试验成本。
47.基于同一发明构思，请参阅图2及图3，本技术实施例还提供一种光伏组件用于海水环境的设计试验装置，适用于上述光伏组件用于海水环境的设计试验方法，包括试验箱101、加压泵102、热海水箱103，及冷海水箱104；其中，试验箱101具有密封腔体1010，密封腔体1010内设有支撑架112，支撑架112用于固定放置试件100，试验箱101的底部设有与密封腔体1010连通的排水管105，顶部设有与所述密封腔体1010连通的泄压阀106；加压泵102的输出端与密封腔体1010的顶部连通；热海水箱103的排水端与密封腔体1010连通；冷海水箱104的排水端与密封腔体1010连通。
48.应当理解的是，热海水箱103和冷海水箱104的排水端均应当设置相应的开关阀，通过操作开关阀实现向试验箱101内排放热海水溶液或冷海水溶液，而为了提高向试验箱101内加液的速度，可以在热海水箱103和冷海水箱104的排水端分别设置泵进行抽水，热水箱和冷水箱均应当采用密封保温结构的箱体，当然，排水管105上也应当设置开关阀，为了便于操作，各个开关阀和泄压阀106均可以采用电控阀，并通过控制器控制各个电控阀、泵、加压泵102的工作状态。
49.本实施例提供的光伏组件用于海水环境的设计试验装置，与现有技术相比，试件100能够通过支撑架112固定在试验箱101内，通过热海水箱103、冷海水、排水管105能够使试验箱101内交替填充热海水溶液和冷海水溶液，从而使试件100获得温度交替变化的海水浸泡环境，同时由于试验箱101内部为密封腔体1010，通过加压泵102能够使密封腔体1010内产生压力，从而能够使热海水溶液或冷海水溶液对试件100产生压力，同时利用泄压阀106能够将密封腔体1010的压力释放，通过反复加泄压以模拟海浪或海风拍打光伏组件的情况，形成温度变化和压力变化的综合循环试验环境，与真实海水环境的接近度高，能够提高试验数据的可靠性，从而根据试验数据能够设计获得可靠应用于海水环境的光伏组件。
50.一些实施例中，上述支撑架112采用如图4所示结构。支撑架112包括底框1121和多组立框1122；其中，底框1121用于固定在密封腔体1010的底部腔壁上；多组立框1122沿底框1121的长度或宽度方向间隔分布于底框1121上，每组立框1122包括两个相互间隔的框体，两个框体用于配合夹装支撑一个试件100。由于底框1121和立框1122均为框型结构，因此能够确保试件100的表面能够与热海水溶液或冷海水溶液充分接触，同时间隔设置的多组立框1122能够分别夹装支撑一块试件100，从而使相邻试件100之间具有能够流通热海水溶液或冷海水溶液的空间，从而确保各个试件100的表面均能够受到浸泡或压力。
51.举例说明，请参阅图2，试验箱101的顶壁上设有与密封腔体1010连通的进水管107，进水管107上设有水泵108，水泵108的进水端、热海水箱103的排水端、冷海水箱104的排水端通过第一三通阀109连接；热海水箱103的进水端和冷海水箱104的进水端分别设有回水管110，两个回水管110和排水管105通过第二三通阀111连接。应当理解的是，第一三通
阀109和第二三通阀111优选采用具有中位截止功能的三通阀，在热海水溶液或冷海水溶液淹没试件100后将三通阀切换为截止状态，以避免循环加压过程中试验箱101内的海水溶液泄漏。通过操作第一三通阀109能够选择使水泵108由热海水箱103或冷海水箱104向试验箱101内抽水，通过操作第二三通阀111能够使试验箱101内的热海水溶液或冷海水溶液重新回流至相应的热海水箱103或冷海水箱104进行循环利用，操作简单且节省资源。
52.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。