弗朗霍夫建立太陽能電池包件壽命預測模型

太陽能電池包件經過多年長期暴露于許多環境因素會引起材料疲勞。研究人員已經從長期性能的角度考慮，開發出一種辦法來計算這些環境因素的影響，以便讓壽命預測更可靠。

對于將太陽能電池板投資在自己屋頂的人們，總想使用某中辦法來計算長期的獲利能力-這個技術究竟能繼續多久？雖然大多數廠商保證長達25年的壽命，但他們的客戶，甚至制造商自己也無法對預期壽命做可靠的預測。這些組件非得符合一定的標準，然后才能被批準用于運行。這涉及到組件暴露在各種實驗條件下的性能，如高溫柔高機械負荷。然而，結果只能對一些全新的樣品相對于極端的、短期負荷的強度做預測。相比之下，只和時間相關的老化效應，如材料的疲勞，往往與實際工作壽命更密切，弗賴堡弗勞恩霍夫材料力學抓緊家亞歷山大弗洛姆解釋說。

這位科學家正從事一個叫做光伏組件可靠性的項目，該項目一部分由德國聯邦環境部（BMU）出資，研究一種新的預測太陽能電池包件使用壽命的程序。依據弗洛姆解析，該項目使用雙重方法，結合實際測量結果與數值模擬。為此，弗洛姆先開始調查機械負荷要怎么樣在戶外現場影響電池的探測。載荷來自雪載荷、溫度波動和陣風的萌生的機械應力以及該組件相關聯的應變和斷裂伸長率，這些都會導致材料長期疲勞。無論是塑料封裝材料和還是電池的連接器，特別是-薄銅帶的連接太陽能電池-很容易受到影響。這就像來回不斷地彎曲回形針。在某個點，它就斷了，弗洛姆解釋說。

即便是太陽風也能引起組件震動

為了能夠掌握這些因素對材料的影響，研究人員在一塊完整的太陽能組件上配備用電阻的變化來測量建筑構件的應變和伸長率的傳感器。反過來，也可以計算材料的機械應力。弗洛姆和他的團隊從連微風就足以引起組件振蕩的數據來評估確定。環境溫度越高，這些振動就越分明。此外，由于紫外線輻射諧振頻率隨時間增加的塑料材料變得更硬和更脆。今朝的關鍵問題是，這些因素是要怎么樣影響組件長期工作壽命的。在這一點上我們的模擬開始發揮作用，弗洛姆說。

為了達到這個目的，弗洛姆準備了一個具體的太陽能組件的三維模擬。基于從現場探測的結果，用數值計算用來推導環境因素對組件影響的長期影，以及會造成什么樣的機械應力擴展。使用我們已經學到的經驗，如紫外線輻射對材料造成的脆性疲勞比迄今為止各種假設更大，弗洛姆說，就可以預測組件的工作壽命，研究人員將現場實驗結果與相應的材料已知拉伸強度相結合，這些數字可以預測導致該材料斷裂的負載。

至今沒有現成的，大規模的工業實驗辦法

該探測過程可以立即實現。然而，如果要最佳的、最可靠的預測，開發者需要非常具體的特定材料的數據和將要被探測組件的幾何形狀信息。我們的程序并沒有提供現成的，可大規模工業化實驗的處理方案，而是依據每個客戶的產品單獨設計，弗洛姆解釋說。用他們的計算結果，研究人員不僅可以對預期壽命的進行預測，也能也能對幾何形狀和材料進行可能的改進，預測組件中各種材料上的機械應力效果。

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