光伏组件的室外寿命评估方法和装置与流程

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种光伏组件的室外寿命评估方法和装置。

背景技术：

目前对于光伏行业检测认证标准一直沿用iec61215或者iec61730和ul1703测试标准等。为了确定光伏组件承受长期热循环的能力，通常根据iec61215要求进行常规的室内热循环加速老化试验，将待检测的光伏组件放入热循环环境试验箱，在预先设置的试验条件下进行热循环试验。例如，对于铜铟镓硒薄膜组件，设置的试验条件通常为：试验箱最低温度：-45℃，试验箱最高温度：85℃时，温变速率不得高于100℃/h，最高温度和最低温度应在所设设定值的±2℃以内，测试热循环周期不超过6小时，最高温度和最低温度的驻留时间不得少于10min。

目前的热循环试验的方法，一般适用于对光伏组件的质量进行合格性测试认证，然而，室外环境较室内测试环境更为复杂，现有热循环老化试验的测试结果无法较为准确地判断光伏组件在室外热循环环境下的使用寿命，测试结果无法用来判定组件的可靠性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的问题，本发明提供了一种光伏组件的室外寿命评估方法和装置，能够对光伏组件在室外热循环环境下的使用寿命进行评估，为光伏组件的可靠性判断提供支撑。

根据本发明的一方面，本发明的一个实施例提供了一种光伏组件的室外寿命评估方法，包括：

根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数，其中，所述组件寿命模型为：n为失效循环次数，f为热循环频率，t为组件最高温度，δt为组件温度差，a为指前因子，k为玻尔兹曼常数，ea、α和m为与光伏组件关联的模型参数；

根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子；

根据所述加速因子和光伏组件的室内失效循环次数，求解光伏组件的室外失效循环次数，以此评估光伏组件的室外寿命。

根据本发明的另一方面，本发明的一个实施例提供了一种光伏组件的室外寿命评估装置，包括：

模型参数求解模块，用于根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数，其中，所述组件寿命模型为：n为失效循环次数，f为热循环频率，t为组件最高温度，δt为组件温度差，a为指前因子，k为玻尔兹曼常数，ea、α和m为与光伏组件关联的模型参数；

加速因子求解模块，用于根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子；

室外寿命评估模块，用于根据所述加速因子和光伏组件的室内失效循环次数，求解光伏组件的室外失效循环次数，以此评估光伏组件的室外寿命。

本发明提供的光伏组件的室外寿命评估方法和装置，预先构建适用于热循环环境的组件寿命计算的组件寿命模型；根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数；继而，根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子。这样，在通过室内热循环试验测试得到的室内失效循环次数之后，可以根据加速因子和室内失效循环次数评估出光伏组件应用在目标地区的室外失效循环次数，以此评估出光伏组件应用在目标地区的室外寿命，以便判定光伏组件在目标地区的室外热循环环境下使用寿命是否满足应用要求，为光伏组件的可靠性判断提供支撑。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为根据本发明一个实施例提供的光伏组件的室外寿命评估方法的流程示意图；

图2为根据本发明一个实施例提供的光伏组件的室外寿命评估装置的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例提供的模型参数求解模块的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例提供的加速因子求解模块的结构示意图；

图5为根据本发明的一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种光伏组件的室外寿命评估方法，可以包括如下步骤：

s110：根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数。

本发明实施例中，预先构建适用于热循环环境的组件寿命计算的组件寿命模型：

其中，n为失效循环次数，f为热循环频率，t为组件最高温度，δt为组件温度差，a为指前因子，k为玻尔兹曼常数，ea、α和m为与光伏组件关联的模型参数。

可以理解的是，本发明实施例构建的组件寿命模型适用于组件处于室内热循环环境下的寿命计算，也适用于组件处于室外热循环环境下的寿命计算。

本发明实施例中，ea、α和m为与光伏组件关联的模型参数，主要是与光伏组件的材料特性相关联，在待评估的光伏组件确定的情况下，模型参数ea、α和m相对固定。因此，为了组件寿命模型的实际应用，需要对组件寿命模型中与光伏组件的材料特性相关的模型参数进行求解。

实际应用中，模型参数ea表征析出故障的耗费能力，又可称为激活能；模型参数α主要表征材料因子；模型参数m主要表征频率循环指数。

本发明实施例中，可以设置多组不同的环境试验箱，基于组件寿命模型中模型参数ea与组件最高温度t之间的关联关系，模型参数α与组件温度差之间的关联关系，以及模型参数m与热循环频率之间的关联关系，分别针对每种模型参数，设置多个不同的环境试验箱，以便通过不同的环境试验箱的试验条件和试验结果来求解该模型参数。

在本发明的一些实施例中，不同的环境试验箱对应不同的室内试验条件，室内试验条件中包括三种因素：热循环频率、组件最高温度和组件温度差。实际应用中，通常给出组件温度范围，组件温度范围中包括组件最高温度和组件最低温度；根据组件温度范围可以计算组件温度差。

在本发明的一些实施例中，为了求解三种模型参数，可以针对三种模型参数各自对应的因素，构建因素对应的多种室内试验条件。其中，所述热循环频率对应的模型参数为m，所述组件最高温度对应的模型参数为ea，所述组件温度差对应的模型参数为α。

本发明实施例中，针对每种因素，该种因素对应的至少两种室内试验条件满足：所述至少两种室内试验条件在该种因素上的取值不同，且在除了该种因素外的另两种因素上的取值相同。例如，为了求解模型参数m，针对热循环频率，设置了两种室内试验条件，两种室内试验条件在组件最高温度和组件温度差上的取值相同，但在热循环频率上的取值不同，如表1所示，其中，热循环频率可通过对应的热循环周期来表征。

表1

本发明实施例中，针对每种模型参数，根据该种模型参数对应的因素所对应的至少两种室内试验条件、试验结果以及构建的组件寿命模型，求解出该种模型参数。其中，试验结果为功率占比达到设定的失效阈值的热循环次数，即室内失效循环次数。

可以理解的是，失效阈值由本领域技术人员根据实际需求进行设定，例如，衰减后的最大功率相对初始的最大功率的功率占比达到90％，即可判定光伏组件失效。

s120：根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子。

考虑不同的地区的气象环境不同，对光伏组件的寿命的影响也不同，因此，针对光伏组件室外应用的不同地区，可求解各地区对应的室外相对于室内的加速因子。

本发明实施例中，可以根据所述组件寿命模型及所述模型参数，构建室外相对于室内的加速因子计算模型：

其中，af为室外相对室内的加速因子，fu为室外的热循环频率、δtu为室外的组件温度差，tu为室外的组件最高温度，ft为室内的热循环频率、δtt为室内的组件温度差，tt为室内的组件最高温度。

实际应用中，可以根据所述组件寿命模型及所述模型参数，构建组件室外寿命模型：以及组件室内寿命模型继而，根据所述组件室外模型与所述组件室内寿命模型，构建室外相对于室内的加速因子计算模型，其中，

由上述室外相对于室内的加速因子计算模型可知，为了求解室外相对室内的加速因子af，需要获取室外的热循环频率、组件温度差和组件最高温度，以及室内的热循环频率、组件温度差和组件最高温度。

本发明实施例中，室外的热循环频率、室内的热循环频率、室内的组件最高温度和室内的组件温度差，可以由本领域技术人员根据需求进行预先设置。例如，室外的热循环频率对应的热循环周期可以为一天；室内的热循环频率、室内的组件最高温度和室内的组件温度差可以根据iec61215针对光伏组件的试验要求来设置。

本发明实施例中，可以获取预设的室外的热循环频率下，与光伏组件室外应用的目标地区对应的组件最高温度和组件温度差，并作为室外的组件最高温度和组件温度差。

实际应用中，可以针对光伏组件在室外应用的目标地区，获取该目标地区一定时间段的气象数据，以便根据该目标地区的气象数据来求解应用在该目标地区的光伏组件的等效的组件最高温度和组件温度差，并作为室外的组件最高温度和组件温度差。

具体地，可以根据所述目标地区至少一年的气象数据，获取各个采集时间点采集的气象数据；针对每个采集时间点，根据所述采集时间点采集的气象数据和求解的模型参数ea，求解与所述采集时间点对应的等效的组件温度；从各采集时间点对应的等效的组件温度中筛选出取值最高的组件温度为等效的组件最高温度；基于组件最高温度所对应的时间点和室外的热循环频率，筛选出与室外的热循环频率对应的热循环周期内取值最低的组件温度为等效的组件最低温度；根据等效的组件最高温度和组件最低温度计算得到等效的组件温度差。

实际应用中，为了提高求解结果的准确性，可以根据目标地区的tmy(typicalmeteorologicalyear，典型气象年)数据来求解等效的组件最高温度和等效的组件内部湿度。

本发明实施例中，根据室外的组件最高温度、组件温度差和预设的室外的热循环频率，以及预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，以及所述加速因子计算模型，计算得到室外相对于室内的加速因子。

s130：根据所述加速因子和光伏组件的室内失效循环次数，求解光伏组件的室外失效循环次数，以此评估光伏组件的室外寿命。

本发明实施例中，为了求解光伏组件的室外失效循环次数，可以先根据所述预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差进行热循环试验，得到光伏组件的室内失效循环次数；将所述光伏组件的室内失效循环次数与所述室外相对室内的加速因子的乘积作为所述光伏组件的室外失效循环次数；根据所述室外失效循环次数和预设的室外的热循环频率，计算所述光伏组件的室外寿命。

本发明实施例中，光伏组件的室内失效循环次数可以通过如下方式获取：

根据所述预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，设置热循环试验箱的室内试验条件；将一个或多个光伏组件分别置于所述热循环试验箱中，根据室内试验条件对光伏组件进行热循环试验。

进行热循环试验的过程中，获取光伏组件的初始最大功率；在设定时间段内按照所述室内试验条件进行热循环试验，并按照预设的测试频率，对光伏组件进行电性能测试，得到光伏组件测试时的最大功率；根据光伏组件测试时的最大功率和初始最大功率，计算测试时的功率占比并对应记录测试时间；根据记录的测试时间及对应的功率占比，拟合得到功率占比达到设定的失效阈值时的失效测试时间，并根据室内的热循环频率和失效测试时间，计算得到功率占比达到失效阈值时的循环次数，并作为室内失效循环次数。其中，电性能测试可通过iv测试仪来进行。

实际应用中，为了提高准确度，可以根据所述预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，设置多个热循环试验箱，将多个光伏组件置于具有相同的室内试验条件的热循环试验箱中，分别计算各光伏组件的室内失效循环次数；对各光伏组件的室内失效循环次数进行异常值判定及剔除，根据余下的光伏组件的室内失效循环次数来得到用于求解室外失效循环次数的室内失效循环次数。例如，将余下的光伏组件的室内失效循环次数的平均值或最小值作为用于求解室外失效循环次数的室内失效循环次数。

本发明提供的光伏组件的室外寿命评估方法，预先构建适用于热循环环境的组件寿命计算的组件寿命模型；根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数；继而，根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子。这样，在通过室内热循环试验测试得到的室内失效循环次数之后，可以根据加速因子和室内失效循环次数评估出光伏组件应用在目标地区的室外失效循环次数，以此评估出光伏组件应用在目标地区的室外寿命，以便判定光伏组件在目标地区的室外热循环环境下使用寿命是否满足应用要求，为光伏组件的可靠性判断提供支撑。

在本发明的一些实施例中，在试验获取各种室内试验条件下光伏组件的室内失效循环次数的过程中，可以参考上述方法针对每种室内试验条件，根据如下方式得到所述室内试验条件下光伏组件的室内失效循环次数。

具体地，针对每种室内试验条件，获取所述室内试验条件对应的一个或多个光伏组件的初始最大功率；在设定时间段内按照所述室内试验条件进行热循环试验，并按照预设的测试频率，对室内试验条件下的光伏组件进行电性能测试，得到光伏组件测试时的最大功率；根据光伏组件测试时的最大功率和初始最大功率，计算测试时的功率占比并对应记录测试时间；根据记录的测试时间及对应的功率占比，拟合得到功率占比达到设定的失效阈值时的失效测试时间，并根据所述热循环频率和失效测试时间，计算得到功率占比达到所述失效阈值时的室内失效循环次数。

基于上述实施例，本发明的一个实施例还提供了一种光伏组件的室外寿命评估装置，如图2所示，可以包括：模型参数求解模块201、加速因子求解模块202和室外寿命评估模块203。

其中，模型参数求解模块201用于根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数，其中，所述组件寿命模型为：n为失效循环次数，f为热循环频率，t为组件最高温度，δt为组件温度差，a为指前因子，k为玻尔兹曼常数，ea、α和m为与光伏组件关联的模型参数。

加速因子求解模块202用于根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子。

室外寿命评估模块203用于根据所述加速因子和光伏组件的室内失效循环次数，求解光伏组件的室外失效循环次数，以此评估光伏组件的室外寿命。

如图3所示，本发明的一些实施例中，模型参数求解模块201可以包括：室内测试单元301和参数求解单元302。

其中，室内测试单元301用于试验获取各种室内试验条件下光伏组件的室内失效循环次数；其中，所述室内试验条件中包括三种因素：热循环频率、组件最高温度和组件温度差，每种因素构建有对应的至少两种室内试验条件。

参数求解单元302用于针对每种因素，根据该种因素对应的至少两种室内试验条件下光伏组件的失效循环次数、所述室内试验条件中的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，以及所述组件寿命模型，拟合求解该种因素对应的模型参数。

其中，针对每种因素，该种因素所对应的至少两种室内试验条件满足：所述至少两种室内试验条件在该种因素上的取值不同，且在除了该种因素外的另两种因素上的取值相同；所述热循环频率对应的模型参数为m，所述组件最高温度对应的模型参数为ea，所述组件温度差对应的模型参数为α。

进一步地，如图4所示，加速因子求解模块202可以包括：加速因子模型构建单元401、室外参数获取单元402和加速因子计算单元403

其中，加速因子模型构建单元401用于根据所述组件寿命模型及所述模型参数，构建室外相对于室内的加速因子计算模型：

其中，af为室外相对室内的加速因子，fu为室外的热循环频率、δtu为室外的组件温度差，tu为室外的组件最高温度，ft为室内的热循环频率、δtt为室内的组件温度差，tt为室内的组件最高温度。

室外参数获取单元402用于获取预设的室外的热循环频率下，与光伏组件室外应用的目标地区对应的组件最高温度和组件温度差，并作为室外的组件最高温度和组件温度差。

加速因子计算单元403用于根据室外的组件最高温度、组件温度差和预设的室外的热循环频率，以及预设的室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，以及所述加速因子计算模型，计算得到室外相对于室内的加速因子。

可以理解的是，本发明实施例提供的光伏组件的室外寿命评估装置中的各模块以及各模块中的各单元的具体功能实现可参考上述光伏组件的室外寿命评估方法中各步骤的具体实现，此处不再详述。

本发明实施例提供的光伏组件的室外寿命评估装置，通过预先构建适用于热循环环境的组件寿命计算的组件寿命模型；根据室内热循环试验，求解预先构建的组件寿命模型中的模型参数；继而，根据所述组件寿命模型，所述模型参数，光伏组件在室外应用的目标地区和室内的热循环频率、组件最高温度和组件温度差，求解室外相对于室内的加速因子。这样，在通过室内热循环试验测试得到的室内失效循环次数之后，可以根据加速因子和室内失效循环次数评估出光伏组件应用在目标地区的室外失效循环次数，以此评估出光伏组件应用在目标地区的室外寿命，以便判定光伏组件在目标地区的室外热循环环境下使用寿命是否满足应用要求，为光伏组件的可靠性判断提供支撑。

本发明实施例还提供一种电子设备，请参阅图5，图5是根据本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：至少一个处理器510，例如cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，至少一个通信接口530，存储器540，至少一个通信总线520。其中，通信总线520用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口530可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口530还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器540可以是高速ram存储器(randomaccessmemory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器540可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器510的存储装置。其中存储器540中存储应用程序，且处理器510调用存储器540中存储的程序代码，以用于执行上述图1所示的光伏组件的室外寿命评估方法步骤。

其中，通信总线520可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。通信总线520可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器540可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-accessmemory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)，硬盘(英文：harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(英文：solid-statedrive，缩写：ssd)；存储器540还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器510可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：np)或者cpu和np的组合。

其中，处理器510还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmablelogicdevice，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：genericarraylogic，缩写：gal)或其任意组合。

可选地，存储器540还用于存储程序指令。处理器410可以调用程序指令，实现如本申请图1所示的光伏组件的室外寿命评估方法。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的光伏组件的室外寿命评估方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

可以理解地，在本发明的描述中，本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。