太陽(yáng)能電池組件經(jīng)過(guò)多年長(zhǎng)期暴露于許多環(huán)境因素會(huì)引起材料疲勞。研究人員已經(jīng)從長(zhǎng)期性能的角度考慮，開發(fā)出一種方法來(lái)計(jì)算這些環(huán)境因素的影響，以便讓壽命預(yù)測(cè)更可靠。

　　對(duì)于將太陽(yáng)能電池板投資在自己屋頂?shù)娜藗�，總想使用某中方法�?lái)計(jì)算長(zhǎng)期的獲利能力 - 這個(gè)技術(shù)到底能持續(xù)多久？雖然大多數(shù)廠商保證長(zhǎng)達(dá)25年的壽命，但他們的客戶，甚至制造商自己也無(wú)法對(duì)預(yù)期壽命做可靠的預(yù)測(cè)。這些組件必須符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，然后才能被批準(zhǔn)用于運(yùn)行。這涉及到組件暴露在各種試驗(yàn)條件下的性能，如高溫和高機(jī)械負(fù)荷�！叭欢�，結(jié)果只能對(duì)一些全新的樣品相對(duì)于極端的、短期負(fù)荷的強(qiáng)度做預(yù)測(cè)。相比之下，只和時(shí)間相關(guān)的老化效應(yīng)，如材料的疲勞，往往與實(shí)際工作壽命更密切，”弗賴堡弗勞恩霍夫材料力學(xué)抓緊家亞歷山大·弗洛姆解釋說(shuō)。

　　這位科學(xué)家正從事一個(gè)叫做光伏組件可靠性的項(xiàng)目，該項(xiàng)目一部分由德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境部（ BMU ）出資，研究一種新的預(yù)測(cè)太陽(yáng)能電池組件使用壽命的程序。根據(jù)弗洛姆介紹，該項(xiàng)目“使用雙重辦法，結(jié)合實(shí)際測(cè)量結(jié)果與數(shù)值模擬”。為此，弗洛姆先開始調(diào)查機(jī)械負(fù)荷如何在戶外現(xiàn)場(chǎng)影響電池的測(cè)試。載荷來(lái)自雪載荷、溫度波動(dòng)和陣風(fēng)的產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及該組件相關(guān)聯(lián)的應(yīng)變和斷裂伸長(zhǎng)率，這些都會(huì)導(dǎo)致材料長(zhǎng)期疲勞。無(wú)論是塑料封裝材料和還是電池的連接器，特別是 - 薄銅帶的連接太陽(yáng)能電池 - 很容易受到影響�！斑@就像來(lái)回不斷地彎曲回形針。在某個(gè)點(diǎn)，它就斷了，”弗洛姆解釋說(shuō)。

　　即便是太陽(yáng)風(fēng)也能引起組件震動(dòng)

　　為了能夠掌握這些因素對(duì)材料的影響，研究人員在一塊完整的太陽(yáng)能組件上配備用電阻的變化來(lái)測(cè)量建筑構(gòu)件的應(yīng)變和伸長(zhǎng)率的傳感器。反過(guò)來(lái)，也可以計(jì)算材料的機(jī)械應(yīng)力。弗洛姆和他的團(tuán)隊(duì)從連微風(fēng)就足以引起組件振蕩的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估確定。環(huán)境溫度越高，這些振動(dòng)就越明顯。此外，由于紫外線輻射諧振頻率隨時(shí)間增加的塑料材料變得更硬和更脆。“現(xiàn)在的關(guān)鍵問(wèn)題是，這些因素是如何影響組件長(zhǎng)期工作壽命的。在這一點(diǎn)上我們的模擬開始發(fā)揮作用，”弗洛姆說(shuō)。

　　為了達(dá)到這個(gè)目的，弗洛姆準(zhǔn)備了一個(gè)詳細(xì)的太陽(yáng)能組件的三維模擬�；�于從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果，用數(shù)值計(jì)算用來(lái)推導(dǎo)環(huán)境因素對(duì)組件影響的長(zhǎng)期影，以及會(huì)造成什么樣的機(jī)械應(yīng)力擴(kuò)展�！笆褂梦覀円呀�(jīng)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)，如紫外線輻射對(duì)材料造成的脆性疲勞比迄今為止各種假設(shè)更大，”弗洛姆說(shuō)，“就可以預(yù)測(cè)組件的工作壽命，研究人員將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)的材料已知拉伸強(qiáng)度相結(jié)合，這些數(shù)字可以預(yù)測(cè)導(dǎo)致該材料斷裂的負(fù)載。”

　　至今沒(méi)有現(xiàn)成的，大規(guī)模的工業(yè)試驗(yàn)方法

　　該測(cè)試過(guò)程可以立即實(shí)現(xiàn)。然而，如果要最佳的、最可靠的預(yù)測(cè)，開發(fā)者需要非常詳細(xì)的特定材料的數(shù)據(jù)和將要被測(cè)試組件的幾何形狀信息�！拔覀兊某绦虿�沒(méi)有提供現(xiàn)成的，可大規(guī)模工業(yè)化試驗(yàn)的解決方案，而是根據(jù)每個(gè)客戶的產(chǎn)品單獨(dú)設(shè)計(jì)，”弗洛姆解釋說(shuō)。用他們的計(jì)算結(jié)果，研究人員不僅可以對(duì)預(yù)期壽命的進(jìn)行預(yù)測(cè)，也能也能對(duì)幾何形狀和材料進(jìn)行可能的改進(jìn)，預(yù)測(cè)組件中各種材料上的機(jī)械應(yīng)力效果。