【技术分享】玻璃纤维增强复合边框保留长C边的必要性讨论

科技   2024-02-27 15:00   江苏  
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近年来,玻璃纤维增强复合边框(GFRP)逐渐受到市场关注,与传统铝合金边框相比,其强度更高、耐腐蚀性能优异、绝缘抗PID,同时具有更低的制备成本。良好的光伏产业发展态势下,GFRP制造企业纷纷涌现,目前尚未成熟的GFRP市场中,各企业的主要原材料基本一致,主要技术差异在于边框的结构。常用边框型材横截面如图1所示。目前各生产企业边框结构差异只要在C边的长短,主要分为长C和短C,如图2所示。

图1 型材截面示意图

图2 GFRP长C结构

及短C结构横截面示意图

传统铝边框已大规模实际应用超过20年,随着电池片等各类原材料成本的不断降低,边框作为组件辅材的成本占比越来越高,2023年铝边框成本占比近14%。铝边框通过不断优化结构设计来实现技术降本,包括边框B面高度降低、壁厚减薄、短边短C等,但边框长边的长C结构却一直保留。GFRP边框结构设计中仍需沿用长边长C的设计原则,主要原因如下:




1,更高的安装兼容性

光伏组件在终端电站的安装方式主要有压块安装和螺栓安装,如图3所示。为保证光伏组件的安装兼容性,目前光伏组件制造商均要求在长边的长C处预留不同孔距的安装孔,一般至少为3组6孔。如果边框的长边是短C结构,安装孔只能打在边框的D面或B面,而D面或B面边框型腔的承载结构,开孔后将严重影响其力学性能。以一款典型的GFRP产品为例进行开孔前后力学性能的比较试验,实验数据如表1 所示,从试验数据可见,开1个孔后,型材在常温及高温下的弯曲强度损失20%-30%。如果开多个孔多会造成连续纤维断裂,边框的机械强度将受到严重影响。

 图3 组件安装边框位置示意图
表1 组件安装边框位置示意图
2,更高的抗扭拧强度
GFRP长C结构类似于工字结构,可起到结构加强的作用,抗扭拧强度高,在一些情况下,如不均匀载荷等,可提高光伏组件非常规载荷情况下的可靠性。组件常规载荷测试一般模拟均匀受压的情况,而实际户外使用环境中,由于组件安装角度的原因,会出现不均匀载荷情况,如雪在组件表面尤其是底端大量堆积,会造成不均匀压力。长C结构可有效规避此类不均匀压力的失效情况,如边框弯折或断裂、组件玻璃爆裂等。

 图4 组件载荷示意图及实际图

3特殊安装方式下的抗载荷性能更高
除固定式跟踪支架外,部分终端用户为提高组件的整体发电收益,会使用跟踪支架安装。区别常规固定式支架的组件长边框垂直于横梁贯穿安装,大部分跟踪支架安装时,组件长边框均平行于支架横梁,且接触面积很小,边框长C结构可最大限度增加与支架的接触面积,从而提高组件整体的机械载荷,如图5、图6所示。

 图5 跟踪支架及组件安装示意图

(图片来源:NEXTracker  NX Horizon 2.4.1 Short Rail安装手册)

 图6 单轴跟踪支架及组件安装示意图

(图片来源:Soltec Quick Guide c-Si 1500V安装手册

4更有利于大板型组件搬运及安装
随着光伏组件不断的提质降本,大版型组件逐步成为市场主流。大版型组件虽然具备更高的发电效率,但其更高的重量对组件的搬运和安装也提出了更高的挑战。而长边框长C为工人搬运提供更好的着力点,将更有利于工人大版型组件的安装搬运。

 图7 光伏组件搬运实拍图

综上所述,由于边框长边的长C结构具有更高的安装兼容性、更高的抗扭拧强度、特殊安装方式下有更高的抗载荷性能,以及更利于大版型组件的搬运及安装,故GFRP边框的长边需保留长C结构。


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