光伏组件硅电池的疲劳损伤研究

发布时间：2017-06-12 19:03

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【摘要】：近年来,光伏发电技术应用广泛,应用形式主要为地面电站或建筑外附式,其发电材料多采用晶体硅,光伏组件的核心即为晶体硅太阳电池。光伏组件在风荷载较高的地区会因为挠度较大,引起EVA胶膜的剪切变形,从而在晶体硅电池片内部产生应力,引起电池片隐裂问题,甚至超过强度极限使得组件发生破碎。由于组件内部的应力问题不易测得,单纯靠试验的方式不能很好地得到分析结果,尤其在循环加载过程中,应力及损伤演化发展也不能靠试验很好地监测,本文基于理论分析及损伤力学给出损伤本构关系及损伤演化方程,并通过ANSYS有限元软件进行数值模拟分析,完成的工作主要有：(1)概要介绍太阳能光伏发电系统,引出太阳能电池片的隐裂问题,并整理了前人有关光伏组件在机械载荷下的研究现状、疲劳损伤理论发展及疲劳分析方法。(2)对风载作用下电池片进行应力分析,建立电池片应力分析模型,并利用有限元分析,将有限元数据与弹性理论解比较,验证了计算方法的正确性。并研究光伏组件层合板中各材料及相关变量与模型内部电池片的应力变化相关规律。对降低电池片应力并保证电池片效率的措施进行了探讨。(3)从连续介质损伤力学理论的基本原理出发,根据已有研究成果,整理并论述了各向同性材料损伤变量的描述,得到损伤本构关系以及损伤演化规律。(4)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,并与理论解答及实验结果进行比较。
【关键词】：光伏组件晶体硅电池片 有限元分析 Von Mises等效应力 损伤本构关系 损伤演化规律
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太阳能光伏发电系统11-12
• 1.3 太阳能电池片的隐裂问题12-13
• 1.4 光伏组件在机械载荷下的研究现状13-17
• 1.4.1 组件电池片的制作工艺对电池片力学性能的影响13-15
• 1.4.2 组件边框及接头对电池片性能的影响15
• 1.4.3 组件层压板材料对电池片性能的影响15-16
• 1.4.4 组件整体变形对电池片性能的影响16-17
• 1.5 疲劳及损伤研究17-20
• 1.5.1 疲劳损伤理论的发展17-18
• 1.5.2 损伤力学的疲劳分析方法18-20
• 1.6 本文主要工作20-21
• 第2章 电池片应力分析21-34
• 2.1 理论分析21-24
• 2.2 电池片应力有限元分析24-33
• 2.2.1 有限元建模24-28
• 2.2.2 计算结果与讨论28-32
• 2.2.3 组件弯曲中性面32-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 损伤本构关系及演化方程34-50
• 3.1 损伤力学的概述34-35
• 3.2 损伤的定义35-37
• 3.3 等效性假设37-39
• 3.3.1 载荷等效性假设37-38
• 3.3.2 应变等效性假设38-39
• 3.3.3 应力等效性假设39
• 3.4 损伤本构关系39-47
• 3.4.1 含内变量的不可逆热力学基础39-42
• 3.4.2 损伤弹塑性本构关系42-47
• 3.5 损伤演化方程47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 电池片疲劳分析50-58
• 4.1 基本假设50-51
• 4.2 损伤有限元分析51-57
• 4.2.1 建立疲劳损伤的有限元模型52-53
• 4.2.2 伤演参数的确定53-55
• 4.2.3 有限元结果的分析55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 结论与展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文)65

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本文编号：444701