对于将太阳能电池板投资在自己屋顶的人们，总想使用某中方法来计算长期的获利能力 - 这个技术到底能持续多久？虽然大多数厂商保证长达25年的寿命，但他们的客户，甚至制造商自己也无法对预期寿命做可靠的预测。这些组件必须符合一定的标准，然后才能被批准用于运行。这涉及到组件暴露在各种试验条件下的性能，如高温和高机械负荷。“然而，结果只能对一些全新的样品相对于极端的、短期负荷的强度做预测。相比之下，只和时间相关的老化效应，如材料的疲劳，往往与实际工作寿命更密切，”弗赖堡弗劳恩霍夫材料力学抓紧家亚历山大·弗洛姆解释说。
这位科学家正从事一个叫做光伏组件可靠性的项目，该项目一部分由德国联邦环境部（ BMU ）出资，研究一种新的预测太阳能电池组件使用寿命的程序。根据弗洛姆介绍，该项目“使用双重办法，结合实际测量结果与数值模拟”。为此，弗洛姆先开始调查机械负荷如何在户外现场影响电池的测试。载荷来自雪载荷、温度波动和阵风的产生的机械应力以及该组件相关联的应变和断裂伸长率，这些都会导致材料长期疲劳。无论是塑料封装材料和还是电池的连接器，特别是 - 薄铜带的连接太阳能电池 - 很容易受到影响。“这就像来回不断地弯曲回形针。在某个点，它就断了，”弗洛姆解释说。
即便是太阳风也能引起组件震动
为了能够掌握这些因素对材料的影响，研究人员在一块完整的太阳能组件上配备用电阻的变化来测量建筑构件的应变和伸长率的传感器。反过来，也可以计算材料的机械应力。弗洛姆和他的团队从连微风就足以引起组件振荡的数据来评估确定。环境温度越高，这些振动就越明显。此外，由于紫外线辐射谐振频率随时间增加的塑料材料变得更硬和更脆。“现在的关键问题是，这些因素是如何影响组件长期工作寿命的。在这一点上我们的模拟开始发挥作用，”弗洛姆说。
为了达到这个目的，弗洛姆准备了一个详细的太阳能组件的三维模拟。基于从现场测试的结果，用数值计算用来推导环境因素对组件影响的长期影，以及会造成什么样的机械应力扩展。“使用我们已经学到的经验，如紫外线辐射对材料造成的脆性疲劳比迄今为止各种假设更大，”弗洛姆说，“就可以预测组件的工作寿命，研究人员将现场试验结果与相应的材料已知拉伸强度相结合，这些数字可以预测导致该材料断裂的负载。”
至今没有现成的，大规模的工业试验方法
该测试过程可以立即实现。然而，如果要最佳的、最可靠的预测，开发者需要非常详细的特定材料的数据和将要被测试组件的几何形状信息。“我们的程序并没有提供现成的，可大规模工业化试验的解决方案，而是根据每个客户的产品单独设计，”弗洛姆解释说。用他们的计算结果，研究人员不仅可以对预期寿命的进行预测，也能也能对几何形状和材料进行可能的改进，预测组件中各种材料上的机械应力效果。
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