[发明专利]基于加速试验箱的光伏组件失效评估及其预测方法

摘要

本发明公开了一种基于加速试验箱的光伏组件失效评估及其预测方法，利用威布尔分布以及得到的威布尔分布函数，可以评估预测组件在不同加速试验阶段的组件的失效概率。采用威布尔分布函数来评估光伏组件在温湿度循环加速试验下的可靠性，以及威布尔分布的可靠度函数评估组件的可靠度。本发明可以改变目前对组件加速试验可靠性评估方法简单单一的现状，通过对加速试验数据的分析，提出采用威布尔分布的方法在组件加速试验下可靠性及其失效概率的应用；通过本发明的方法，可以得到光伏组件在加速试验不同阶段失效概率，以此评估光伏组件在加速试验下的可靠度，从而对光伏组件的使用寿命的预测提供一定的参考意义。

主权项

一种基于加速试验箱的光伏组件失效评估及其预测方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)试验样品筛选：对试验样品组件进行外观检查，并采用电致发光测试对试验样品进行检查，筛选出初始状态完好的n块晶体硅组件；(2)确定初始功率：在试验之前依据IEC61215标准进行标准测试条件下组件输出功率的测试，得到初始功率数据a(0,1)、a(0,2)……a(0,n)；(3)温湿度循环试验：采用定时截尾的试验设计方法，以温度、湿度为加速应力在温湿度环境试验箱中进行加速试验，其中，在IEC61215标准基础上，调节温湿度循环环境试验箱的温度为‑40±2℃～85±2℃，当组件温度高于25℃时，控制温湿度环境试验箱的相对湿度为85％，组件温度低于25℃时不对温湿度环境试验箱的湿度进行控制，一次循环时间为24h，加速试验截止时间为2400h，即100次循环，每10个循环将试验样品取出进行标准测试条件下输出功率的测试，得到试验样品的功率衰减数据a(x,1)、a(x,2)……a(x,n)，x＝1,2…10；(4)数据处理：采用步骤(3)得到的试验数据，根据威布尔分布模型建立数学模型，对光伏组件加速试验失效率及其可靠性进行评估，威布尔分布的三参数概率密度函数表示为：f(t)=[βθ(t-vθ)β-1]·exp[-(t-vθ)β]---(1)]]>式中：t为试验时间；θ为尺度参数；β为形状参数；ν为位置参数；当ν＝0时，式(1)转化为两参数威布尔概率密度函数，则对应的两参数威布尔累计分布函数为：F(t)=1-exp[-(tθ)β]---(2)]]>则其可靠度函数R(t)为：R(t)=1-F(t)=exp[-(tθ)β]---(3)]]>根据威布尔概率纸的构造原理，对式(2)进行计算得到：lnln11-F(ti)=βlnt-βlnθ---(4)]]>令x＝lnt，a＝β，b＝‑βlnθ，则式(4)可转化为：y＝ax+b  (5)在X‑Y直角坐标系中，式(5)为一条斜率为a，截距为b的直线，直角坐标X和Y的刻度都是等距离的，采用威布尔概率纸做(ti,F(ti))线，此时，概率纸下方为t轴，左边为F(t)轴，由前面的换算可得t轴与X轴的关系为t＝eX，F(t)与Y轴的关系为F(t)＝1‑exp(‑expY)；采用伯纳德近似方程计算F(ti)，见式(6)：F(ti)=i-0.3n+0.4---(6);]]>其中，i代表第i块光伏组件，失效时间ti为第i块光伏组件发电功率衰减到5％时湿‑冻加速试验的循环次数，F(ti)为ti对应的威布尔分布函数的数值；采用极大似然估计法进行计算得到威布尔分布参数的极大似然估计值，尺度参数θ＝76.43756，形状参数β＝4.50455，将尺度参数和形状参数代入公式(2)，则该温湿度加速循环试验下的威布尔分布函数如式(7)所示：F(t)=1-exp[-(t76.43756)4.50455]---(7);]]>式中，t代表加速试验时间，在不同应力水平下，威布尔分布的形状参数β保持不变；对应的，组件在该温湿度循环下的可靠度函数如式(8)所示：R(t)=exp[-(t76.43756)4.50455].]]>