我们在产品设计和项目设计的时候，
往往会使用很多国际通用标准和规范，组件的结构设计也不例外。
在大部分情况下，这些标准和规范帮助我们解决了许多现实的难题，
引导工程师走向正确的设计路线上。
但是我们也要警惕，世上并不存在完美的标准和规范，
他们或多或少都有一些缺陷和漏洞。
因此，我们在使用这类标准和规范的时候，也要擦亮眼睛，
辩证地对待他们。这次小树洞就来好好检查下那些针对组件设计的
标准，他们到底有什么陷阱和漏洞在等着我们呢？
目录：
1. 别忘了“压强系数”
2. 风压是不均匀的
3. 风压是动态的
4. 组件如何获得其真实性能
文章内为了表示方便
以下标准都采用其编号进行叙述
*全文共4064字35图
预计阅读时间11分钟
别忘了“压强系数”
我们通过上一篇文章，了解了2400Pa的由来，
IEC的初衷是要求组件能够抵抗130km/h的台风。
愿望是美好的，但是现实是残酷的。
假如组件通过了2400Pa的测试，就能抵挡13级台风，
那么就不会出现那么多被风摧毁的光伏电站了。
▵2017年的飓风Irma
摧毁了美属维京群岛的一个光伏电站
所以问题究竟出在哪里呢？
IEC 61215标准规定了组件2400Pa的计算方式：
▵IEC 61215定义的2400Pa计算方法
实际上我们在计算组件上的风压时，
采用的都是当地国家的建筑荷载规范，
大部分的规范都是采用诸如以下的公式进行风压的计算。
▵风荷载计算基本公式
2400Pa仅为其中一部分
我们可以发现，2400Pa的计算仅仅考虑了风速本身的压力，
其只是上面公式的一部分，而忽视了一个很重要的参数：压强系数。
不同形状的结构在相同风速下，往往会产生不同的压强，
比如在相同风速下，放置在0度时的组件风压要远小于45度时的风
压。
▵随着角度的减小
空气流动受到的阻力减小
组件上的风压也会降低
▵在组件上的风压(蓝色实线和虚线)
0度时大约为45度的一半
（来源：IFI Wind Consultant）
▵相同风速下
45度时和0度时的风压对比
风在吹组件的时候，会在组件的正面产生压力。
当风略过组件后，会在组件背面产生涡流，
从而导致组件背面产生更大的吸力。
这两部分力（正面的压力，背面的吸力）相互作用在一起后，
就对组件产生了风压，因此风压所导致的压强系数在很多情况下，
往往都大于1.0。
▵跟踪器受风时的气流速度云图
（来源：RWDI）
▵跟踪器在受风时的压强
是风压力和风吸力的综合作用结果
所以，我们可以判定，IEC 61215要求的2400Pa风压是严重偏低的。
风压是不均匀的
我们从前面的讨论中可以发现，组件上的风压是不均匀的。
在讨论组件测试的方式前，我们先来看下在组件上可能产生的两种极
端风压情况：
▵两种不同类型的风荷载工况
如上图所示，风压在组件上可能产生这两种情况：
CASE A：风压近似均匀的分布在组件上，
并且组件风压1等分时较大。
CASE B：风压在组件局部区域较大，
并且组件多等分时的极值较大。
那么大家觉得CASE A和CASE B，
哪一种情况对于组件的危害更大呢？
我们在测试组件的时候是选择哪一种情况呢？
当我们对照本系列开篇：什么叫组件“机械荷载测试” 组件为什么
要做“机械荷载测试”？中介绍的组件失效模式，就能发现：
CASE A对组件中部区域产生较大的风压，
容易使组件玻璃被压溃
CASE B对组件端部区域产生较大的风压，
容易使组件边框被折断
▵组件结构破坏的几种形式
因此，在组件测试的时候，需要同时考虑CASE A和CASE
B。
但是实际上，IEC标准仅仅考虑了CASE A这种情况，
而忽视了CASE B。
熟悉IEC 61215的朋友应该知道，
该标准在对组件的机械荷载测试时，
采用的是一种“均布荷载”的方式。
也就是在组件上均匀放置相同重量的沙袋，
这样使组件的每一处都是相同的压力。
▵MQT16静态机械荷载测试
沙袋被均匀地放置在组件上
很显然，这种“均布荷载”的方式，并不能代表实际的风压。
因为风在流经组件的时候，在组件上产生的压力都是“不均匀”的。
这使组件表面的局部风压大小并不相等。
▵在以45度的情况举例
组件上的风压系数并不是均匀相等的
如果按照IEC 61215的“均匀荷载”最大的理论，
那么我们应该选择上面整体风压（组件风压1等分）最大的那个工况，
也就是CASE A工况，在组件上均匀布置与1等分相似力的沙袋，
然后测试组件是否能抵抗住这些力。
但是这样选择的话就忽略了局部风压最大的情况。
实际上局部风压过大的CASE B工况，
才是大部分组件在户外受损的主要原因。
▵尽管CASE B的整体风压更低
但是它会对组件边框产生极大的弯矩
从CASE B的图中我们还可以发现一个问题，
当计算考虑的面积越大，这个面积里面的极大压强系数值就会被那些
小的压强系数所“平均化”，
CASE B组件的4等分极大值（如下图数值4），
明显比其1等分（如下图数值2.5）要大许多。
▵计算考虑的长度
从25%L，50%L到100%L逐渐变大
压强系数从4，3.5到2.5逐渐变小
这就好比一个班级的平均分数，都是小于班级排名第一的分数，
倒数第一往往都是拖后腿的。
</spa
内容整理自近道网老站，原始发布于 2022 年 11 月 8 日。
