来自中国和意大利的一组研究人员测试了不同倾斜角度对光伏组件热故障的影响。他们发现，当倾斜角度超过30度时，故障时间会增加。
科学家们使用均匀辐射板和倾斜板实验装置，追踪玻璃热破损、表面温度、入射热通量和故障特征。他们还在有限元法 (FEM) 模型中模拟了该装置，测量了平均误差。
“光伏组件由玻璃制成，玻璃是一种易碎材料，遇火可能很快破裂或脱落。由于玻璃破裂，光伏板的可燃材料会直接受到火辐射并接触氧气，从而导致光伏系统故障。更重要的是，一旦光伏组件中的玻璃破裂并脱落，光伏立面的裸露部分可能会变成大面积的可燃表面，”该组织表示。“尽管光伏板用途广泛且具有相关性，但尚未测试其在不同倾斜角度下的性能。”
该团队使用 600 毫米 x 600 毫米的丙烷燃烧辐射板作为均匀热源。团队在其上放置了一个由镀锌钢框架制成的光伏安装装置，该装置可承受高达 1,200 摄氏度的温度。他们在其中放置了 300 毫米 x 300 毫米的单晶硅光伏板，包括 3.2 毫米厚的退火非钢化玻璃层。总共测试了 15 块面板，每 3 块分别用于 0°、15°、30°、45° 和 60° 的倾斜场景。
分析表明，当光伏板受到热辐射时，玻璃裂纹通常萌生在受火面最大温差的边缘处;同时还表明，由于光伏板底部存在汇聚带，当倾角大于45°时，裂纹更容易在那里萌生，而不是在板边缘处。
此外，在玻璃层和太阳能电池层之间以及背板和太阳能电池层之间还发现了可燃气体气泡，科学家表示，这些气泡可能会被电火花或真实的火灾点燃。
此外，测量结果还显示，当光伏电池板倾斜角度从0°到60°时，其首次故障的平均时间呈增加趋势，具体而言，在倾斜角度为0°、15°、30°、45°和60°时，首次故障的平均时间分别为36秒、33秒、40秒、62秒和71秒。
“当光伏板倾斜超过 30 摄氏度时，失效时间会显著增加，这是光伏板热失效的临界倾斜角，”学者们说。“虽然不同情况下的失效时间不同，但临界温差很接近，范围从 61 到 84 摄氏度，大多数开裂发生在 8-15 千瓦/平方米范围内。”
随后，该团队在 Abaqus 软件下开发了该系统的数值 FEM 模型，将模拟时间限制为 100 秒，因为玻璃的第一次破裂应该发生在这段时间内。与实验结果相比，FEM 模型的温度分布平均误差为 13.5%，首次失效时间平均误差小于 15%。
科学家们总结道：“考虑到乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA) 气泡和泰德拉聚酯-泰德拉 (TPT) 膨胀带来的困难，这一一致性表明热模型可以预测光伏板的温度场。”“三层升温假设被证明适用于倾角较大的情况。”
研究结果发表在《国际热科学杂志》上的《均匀热负荷下不同倾斜度光伏板的性能》一文中。这项研究由中国科学技术大学和意大利的里雅斯特大学的科学家完成。
