引导语
上一篇我们讲到，项目现场环境情况复杂，
支架要对项目进行适配性设计，
但是很多工程师往往忽略了组件的项目适配性问题。
不同地点的风雪荷载有所不同，对于组件的抗压能力要求也会不一样。
组件在实验室中都会通过机械荷载测试，来评估组件的抗压能力，
那么我们如何使用这个机械荷载测试的结果，
来分析组件的项目匹配性呢？
目录：
1. 两种荷载:“测试荷载”和“设计荷载”
2. 安全系数 r_m
3. 两种状态:“SLS/ASD”和“ULS/LRFD”
4. 组件测试如何匹配项目要求
文章内为了表示方便
以下标准都采用其编号进行叙述
两种荷载
测试荷载&设计荷载
上一篇说到，IEC 61215-2是专门针对组件测试的标准，
该标准涵盖了大量的测试项目，
这些测试项目被组合成了从A到F不同的“测试序列(Testin
g Sequences)”。
▵组件测试序列
由上可知，“静态机械荷载测试”的编号为MQT 16，
处于测试序列E中。
这个测试目的是为了定义组件能够承受的最小静态荷载。
在测试要求中包含两种荷载，
称为测试荷载(Test Load)和设计荷载(Design
Load)，我们根据IEC 61215-2的描述可以得知：
测试荷载，是组件测试时施加到组件上的实际荷载大小
设计荷载，是在测试荷载的基础上考虑了安全系数后的荷载大小
用公式描述即为：
在很多的组件规格书或者安装手册里面，这两种荷载往往同时出现。
▵测试荷载和设计荷载往往同时出现
（来源：First Solar）
但是我们知道，不同的项目地要求的风雪压荷载不同，
那么在设计实际项目时，我们又该如何使用组件的测试荷载或者设计
荷载呢，他们之间相差的安全系数又有意义呢？
安全系数r_m
要想搞清楚测试荷载和设计荷载之前，
我们需要先理解两者之间相差的安全系数的意义。
这个安全系数在IEC里面并没有详细说明，
不过了解结构设计的朋友应该知道，
在极限状态设计方法中有两类分项系数(Partial Fact
or)，大家也习惯性地称呼他们为安全系数(Safety Fa
ctor)：
第1类分项系数：针对荷载施力的安全系数，考虑荷载的不确定性，
比如荷载组合系数。
第2类分项系数：针对结构抗力的安全系数，考虑材料的不确定性，
比如材料安全系数。
▵两类分项系数，r_F和r_M
（来源：EN 1990）
巧合的是，在欧标EN1990里面，
有个和IEC 61215-2的安全系数长得一模一样的分项系数，
而这个r_m就是上面的第二类分项系数，称为“材料分项系数”。
可见，r_m的下小标“m”指的是material(材料)的意
思，它是考虑到测试组件与实际量产组件之间的材料差异。
因此我们可以判断，IEC 61215-2用这个安全系数想表达
的含义是：
尽管某一块组件达到了测试要求，
但是这并不代表所有相同型号的组件都能通过测试。
因为在生产加工过程中，材料本身的强度性能并不是100%完全一
致的，不同组件之间可能存在差异，
有可能会出现材料强度更差的情况。
理论上，可以通过对材料进行大量的试验测试，
然后采用统计学的方式对测试结果进行分析，
最后得到该材料的安全系数。
可惜的是，小树洞并没有找到光伏组件的这类测试，
那么按照IEC 61215-2的说法，
r_m取值1.5是否合理呢？
在EN 1990系列里面，对于不同的设计类别，
规定了不同大小的材料安全系数。比如：
▵不同设计类别的分项系数r_M
（来源：EN 1990）
我们知道组件本身是由铝边框和玻璃两种材料组成的，
不过在EN 1990系列中并没有针对玻璃的材料安全系数。
由于目前主流光伏玻璃为钢化玻璃，
未来是否会切换成浮法玻璃还未可知，
因此小树洞查找了其他标准中针对这两类玻璃制品的安全系数要求：
▵其他标准的玻璃材料分项系数r_M
浮法玻璃需要的安全系数更大
从上面的资料可以看出，铝的材料安全系数为1.1，钢化玻璃的材料安全系数在1.2~1.8之间。这样看来，在IEC 61215-2中规定的1.5倍安全系数，还是可以接受的。
不过需要注意的是，IEC 61215-2对于安全系数的理解和
EN 1990还是存在一些偏差，但是这个偏差不影响我们的使用，
这里我们就不多做讨论了。
两种状态
SLS/ASD和ULS/LRFD
设计一款产品的时候，我们往往会考虑到这个产品的两种情况：
情况1：在外力作用下，产品一直能正常工作
情况2：在外力作用下，产品虽然不能正常工作了，
但是仍然没被彻底破坏
而这两种情况就是我们要讲的两种极限状态
正常使用极限状态 SLS
承载能力极限状态 ULS
SLS(Serviceability Limit State
)考虑的是诸如破裂(Cracking)和变形(Deforma
tion)这样的失效情况。
ULS(Ultimate Limit State)考虑的则
是结构的强度失效情况。
这两种极限状态的主要不同点，在于荷载组合的方式，以欧标为例：
▵ULS和SLS的部分荷载组合形式
（来源：EN 1990）
SLS和ULS是LSD(Limit State Design
)方法的两种表现形式。LSD是一种比较新颖的设计方法，
目前也被中国国标以及海外的大部分设计规范所采用，
只是叫法有所不同。在美国和澳大利亚等国家，
LSD的ULS也被称为LRFD(Load and Resis
tance Factor Design)。
而早于LSD方法出现之前，还存在另外一种传统的设计方式，
称为容许应力法ASD (Allowable Stress D
esign)。和SLS类似，
ASD方法主要针对的是结构的使用状态(工作状态)，
采用一个安全系数来获得设计余量。
所以在某些国家也称为WSD(Working Stress D
esign)。
▵LRFD和ASD的部分荷载组合形式
（来源：ASCE 7-05）
说了这些乱七八糟的名称，可能有人都搞糊涂了。
别管那么多，大家只要知道：
SLS/ASD荷载，针对组件的正常使用状态，
考虑组件能否能正常工作
ULS/LRFD荷载，针对组件的最终破坏状态，
考虑组件是否已经被破坏
那么接下来的问题就是，测试荷载(Testing Load)和
设计荷载(Design Load)，
它们与SLS/ASD以及ULS/LRFD有什么联系？
组件测试如何匹配项目要求
根据上文的解释，我们来总结下：
IEC 61215-2规定组件本身具有两类荷载能力：
测试荷载，为组件测试时施加到组件上的实际荷载大小
设计荷载，是在测试荷载的基础上考虑了安全系数后的荷载大小
项目设计时有两种荷载要求：
SLS/ASD荷载，针对组件的正常使用状态，
考虑组件能否能正常工作
ULS/LRFD荷载，针对组件的最终破坏状态，
考虑组件是否已经被破坏
我们设计项目时，怎么来判断组件抗压能力是否足够？
组件的荷载能力如何匹配项目的荷载要求呢？
为了回答这些问题，我们先来看看组件测试到底是在测什么。
根据最新2021版的IEC 61215-2，MQT16，机械荷载测试判定是否通过的准则如下：
测试过程中未检测到间断开路故障
无主要可见的缺陷
湿漏电流应满足与初始测量相同的要求
而更早的2005版IEC 61215，对于机械荷载测试的判定还有如下要求：
最大输出功率的衰减相比较测试前，不得大于5%
绝缘电阻应满足初始时的相同要求
现在大部分厂家对机械荷载测试的判定，往往是将2021版和2005版的要求相互结合。
由此可见，根据IEC 61215-2标准进行的组件“机械荷载
测试”，测的是组件的正常使用状态，也就是SLS/ASD。
考虑到组件本身的材料不一致性，增加了1.5倍的安全系数，
最终获得测试荷载。
我们在考虑组件匹配项目时，
通常按照SLS/ASD的荷载组合形式来比较组件的设计荷载(D
esign Load)。
不过有的时候，第三方结构工程师在审核组件时，
还会要求对组件进行极限机械荷载测试，也就是ULS荷载，
出于这样的考虑，则需要采用ULS荷载来进行组件的机械荷载测试。
还是举前一篇文章的例子，我们来看看1.5SLS和ULS这两种
情况下的组件测试荷载大小。
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
▵ULS/LRFD不考虑安全系数后的测试荷载
最大上扬力3154Pa，最大下压力2992Pa
▵SLS/ASD考虑1.5倍安全系数后的测试荷载
最大上扬力2957Pa，最大下压力2655Pa
公众号内留言“组件压强”
即可下载以上计算表格
至此，我们明白了组件测试的意义，
以及如何采用设计荷载和测试荷载来匹配项目要求的方法。
大家也可以在小树洞公众号内留言“组件压强”，获得更新后的文档。
*请看下回分解*
2400Pa和5400Pa到底是什么鬼？
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
内容整理自近道网老站，原始发布于 2022 年 11 月 15 日。
