引导语
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所谓的“机械荷载测试”，指的就是在组件上加载沙袋等负重，
模拟组件在户外受到的荷载，验证组件本身能够满足项目的荷载条件。
尽管该测试都由组件厂家完成，
但是它影响到光伏支架的檩条和安装孔位设计，
可以说这个测试与光伏支架的关系非常密切。
由于近些年组件产品的换新速度非常快，
几乎每一个项目都会涉及到组件的机械荷载测试。
很多情况下，大家对这个测试都比较困惑。
本系列将从三个方面来阐述：a.为什么要做组件测试；
b.组件测试依据什么标准；c.目前的组件测试标准有哪些不足。
开篇文章就先来谈谈，组件为什么要做“机械荷载测试”。
目录：
1. 什么是“机械荷载测试”
2. 组件的失效模式
3. 组件的压强计算
4. 为什么要做“机械荷载测试”
1.什么是“机械荷载测试”
所谓的光伏组件“机械荷载测试”，
指的就是将组件安装在特定的平台上，
然后在组件上放置沙袋或者其他重物，
来模拟组件在户外使用时所受到的荷载。
一般机械荷载测试采用“静态荷载”的方法，
当然现在也发展出了所谓“动态荷载”的测试，
这个就不在本系列里面赘述了。
▵组件静态测试
▵组件动态测试
（来源：Q Cells）
在测试的时候，还需要时刻监控组件的各项参数，
测试完毕后还需要检查组件，分析测试结果。
具体方法我们会在下一期详细讲解。
目前光伏组件的“机械荷载测试”一般遵循以下几种标准的要求：
IEC 61215是我们非常熟悉的组件性能评判标准（Performance Testing）。2021年2月23日，2021新版标准正式替代2016旧版。IEC 61215的Part 2系列详细描述了各类组件测试项目，而其中的MQT16（Module Quality Test #16）即为“机械荷载测试”。
UL标准主要倾向于安全性测试（Safety Testing），之前我们一直使用的是UL 1703标准，但是这个标准为了向国际标准IEC靠拢，在2019年的12月4日正式转为UL 61730，也就是IEC 61730标准。换了标准号的UL 61730相比较UL 1703会更加严苛。
还有ASTM E1080，也是组件机械荷载测试的一个标准。
虽然不常见，但是里面有很多IEC和UL标准没有的内容，
比如测试用的负重物如何设计、组件扭曲度测试等等。
2.组件的失效模式
组件在户外使用时，常常会受到来自各种荷载的作用。
一块组件的结构破坏与很多因素有关，比如支架的不合理设计，
安装不到位，组件机械性能不足等等。
在小树洞看来，这些结构破坏主要呈现以下几种方式：
组件玻璃被压溃
组件安装孔撕裂
组件边框被折断
▵组件结构破坏的几种形式
我们在谈结构破坏的原因时，
其实就是在对这个结构进行“受力分析”，
那么组件在户外会受到哪些“力”呢？
组件在户外主要受到两类荷载作用，也就是风荷载和雪荷载。
这两类荷载本身对组件结构会产生两种不同形式的力。总结下就是：
极限的平均正压力
极限的非平衡弯矩
▵两种不同时刻的风荷载工况
对组件产生了两种不同的力
▵两种不同情况的雪荷载工况
对组件产生了两种不同的力
这样一来，组件的“结构破坏”形式就能够和其两类受力关联在一起
了。
平均正压力过大导致：
组件玻璃被压溃
组件安装孔被撕裂（上扬力主导）
非平衡弯矩过大导致：
组件边框被折断
就此，我们完成了组件的失效模式分析。
3.组件的压强计算
前面讲到，组件在户外主要受到“风荷载”和“雪荷载”。
我们在设计各个项目的组件压强时，一般遵循以下的分析步骤：
找到对应国家的荷载计算标准
找到对应地理位置的基本风速（风压）和雪压
利用国家标准，计算无组合的风雪压
采用风洞数据和大风角度，计算最终风压
利用大风角度，计算雪荷载的倾斜系数，得到最终雪压
将最终风压和最终雪压进行组合，得到组件上受到的压强
我们举一个例子，来更好地理解组件压强的计算过程。
案例：
已知某地采用美国ASCE 7-05标准查得，
50年一遇的风雪压分别为40m/s和0.8kPa。
该地的某一个光伏电站处于开阔区域，重要性等级较低，地形平整。
依据组件风洞测试结果，以10m高度、3秒阵风为参考风压，
组件风压系数如下图所示。假如该项目采用1P跟踪器，
大风保护角度为45度，不考虑跟踪器气弹角度变化，
求该项目组件测试所需达到的压强值？
▵1P跟踪器组件上的风压体型系数
计算步骤如下：
▵计算得到该组件测试需达到最大下压力为2992Pa
最大上扬力为3154Pa
公众号内回复“组件压强”可下载该计算表
▵我们从上图可以看到
美国的大部分地区风速都在40m/s以上
相当于国标GB50009的0.4kPa(25m/s)的风压
4.为什么要做“机械荷载测试”
由上面的分析步骤我们也可以发现，组件所受压强变化万千，
主要受几个因素的影响：
各国荷载标准的计算不同
各地风雪荷载的大小不同
各种跟踪支架的设计不同
每个国家的荷载标准，虽然看上去五花八门，
但实际上计算都遵循相似的法则，
小树洞曾经对各个国家的风荷载规范做过一个总结，
感兴趣的朋友可以移步：光伏跟踪器风洞实验的那些事儿(3) |
SNEC国际展之前，来谈谈各国规范
▵小树洞整理的全球主要国家风荷载规范
而最终组件能够抵抗压强的“机械性能”，还与其他因素相关：
跟踪器檩条的设计
跟踪器大风保护角度
组件安装形式，压块还是背板螺栓
跟踪器是否采用风向传感器，是否迎风停靠
等等...
▵不同跟踪器的檩条设计
▵不同跟踪器的大风保护策略
风压示意图
在项目设计时，都需要对支架结构进行计算，
确认支架能够满足项目的荷载要求。
组件也不例外，一款组件想要用在项目中，
必须保证组件边框和玻璃等结构，能够满足项目要求，
还需要提供对应于项目所需压强的安装方式。
对于一款成熟的组件，其安装手册里往往都有对于不同支架，
不同安装方式的抗压能力说明。
而抗压能力的数据，则来源于组件厂家在组件设计初期的各类机械荷
载测试，也称为“组件的匹配性测试”。
▵1P跟踪器组件的典型安装方式
（点击可看大图）
▵2P跟踪器组件的典型安装方式
（点击可看大图）
但是近些年，组件产品更新换代频繁，
而由于组件测试的条件变化很多，
一款新的组件往往无法及时地对各家跟踪器进行大量测试。
如果缺乏这些详细的信息，那么组件厂家在设计项目的时候，
往往需要依据项目条件进行单独的组件匹配性测试。
那么组件匹配性测试具体怎么操作呢，请关注下一期内容。
*请看下回分解*
组件机械荷载测试的简单介绍
全文结束
谢谢阅读
本文转载自微信公众号：小树洞谈光伏支架
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内容整理自近道网老站，原始发布于 2022 年 11 月 14 日。
