光伏组件电池片在风载荷作用下的数值模拟研究开题报告

全文总字数：4377字

1. 研究目的与意义（文献综述）

伴随着工业革命的发展，人类的工业技术和生产力得到极大提高，能源消耗日益增长，而传统的石化能源不仅有限并且会造成环境污染，因此，诸如风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的开发和利用已经受到越来越多的人的关注。太阳能光伏发电技术，便是一种直接将太阳能转换为电能的发电技术。我国幅员辽阔，具有丰富的太阳能资源，太阳能作为一种清洁、可再生、无污染的能源，在我国有着广阔的应用前景。21世纪后，各个国家都开始加大对光伏产业的研究，光伏发电技术得到蓬勃发展，但伴随而来的制造工艺、使用寿命等相关问题也成为了各国学者争相研究的对象。

近年来由于我国对太阳能光伏发电产业的发展越来越重视，关于光伏组件的研究也渐渐变多。光伏组件大多数采用晶体硅太阳电池作为核心，但是我国地域广阔，气候和自然环境差异很大，在一些冬季寒冷和风载较高地区安装的光伏系统，组件内部的晶体硅电池片承受的应力较高，容易引起隐裂、碎片等电池片失效问题。因此，为了保证光伏组件在恶劣外部环境及风荷载较高地区下能够正常工作，对光伏组件电池片在组件受不同载荷下的应力分布和组件材料层的强度、刚度进行计算是非常有必要的。

印度学者萨加里卡·库马尔（sagarika kumar）和拉杰什·古普塔（rajesh gupta）通过解耦热循环参数，运用特定热循环测试对晶体硅光伏组件中的指状物进行热机械损伤累积定量分析，讨论了其破裂的原因；西方学者霍里亚·汉安（horia hangan）和卡姆兰·西迪基（kamran siddiqui）将光伏组件放在风洞中进行不同风向实验研究，分析得到组件表面上的压力大小与组件的倾斜角度和面板间隙之间的关系。国内研究者中，黎之奇基于最小势能原理导出光伏组件晶体硅电池片在载荷下的位移场及应力场的级数解，对晶体硅电池片受风载的应力进行计算和分析，并且比较了不同风压及 eva 胶膜的厚度和剪切模量变化时对应力的影响；黎之奇和杨非池运用ＡＮＳＹＳ软件建立不同组件参数下光伏组件层合板的有限元分析模型，计算晶体硅电池片的最大应力，并将其与之前的理论结果进行比较分析；陈铎民通过结构计算与流体计算，对光伏组件整体结构进行了数值模拟，分析出了应力比较集中的部位；杨非池针对晶体硅电池片的损伤发展过程，基于热力学和损伤力学基本理论，对循环风载作用下组件内电池片的损伤演化进行分析计算。总体而言，国内外针对组件晶体硅电池片应力的相关研究较少，且主要集中在：1）组件的风荷载研究；以组件整体作为研究对象，研究风荷载对组件的作用效应；2）晶体硅电池片的强度研究；主要研究硅电池片在荷载作用下的机械强度及破坏特征；3）热循环下电池片的应力分析；以有限元方法研究组件各层结构的热应力和热应变。

2. 研究的基本内容与方案

1.研究目标

本文利用有限元分析软件，根据光伏组件的不同结构参数模拟建立相应有限元模型进行计算研究，从而得到在不同风载下组件内晶体硅电池片的应力分布情况，并且对风载下光伏组件不同支架进行有限元计算，分析其受力规律，为在恶劣外部环境及风荷载较高地区光伏组件的设计优化提供依据。

2.基本内容

3. 研究计划与安排

1.第1-3周：查阅国内外文献，了解光伏组件发电系统的研究现状；翻译英文文献，完成开题报告；

2.第4-6周： 学习与研究内容相关的理论知识，建立有限元分析模型；

3.第7-8周：完成计算组件在不同风压时晶体硅电池片的应力分布；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]. ayodeji abiola-ogedengbe,horiahangan,kamran siddiqui. experimental investigation of wind effects on astandalone photovoltaic (pv) module[j]. renewable energy,2015,78: 657-665.

[2]. shu-tsung hsu,wei-you lin,shih-juiwu. environmental factors for non-uniform dynamic mechanical load test due towind actions on photovoltaic modules[j]. energy procedia,2018,150: 50-57.

[3]. kumar s, gupta r. decoupledeffects of thermal cycle parameters on thermo-mechanical damage accumulation atfingers in crystalline silicon photovoltaic modules. microelectronicengineering，2019，217: 111102.