专利名称：用于光伏模块的耐热性测试设备及方法
技术领域：
本文所公开的主题主要涉及测试光伏模块。更具体而言，本主题涉及用于测试光伏(PV)模块的耐热性的方法及设备。
背景技术：
玻璃瑕疵在拉伸应力下可成为裂纹扩散的起始点。玻璃的瞬间强度取决于其瑕疵的严重程度、其应力史，以及存在于玻璃中的表面压缩(热强化)量。用于促使快速断裂的方法认为是"高度加速寿命试验"，其可提供断裂表面以利用断口分析技术来分析，以便能测量破裂瞬间时存在的拉伸应力。该技术提供了对玻璃中瑕疵严重程度的测量；然而，它并未提供在破裂瞬间时施加到样品上的实际应力大小。并且，由于这种高度加速寿命试验 并不了解可能存在于样品中的压应力，故这些试验不能直接地确定玻璃抗热疲劳的能力。在应力腐蚀极限以上，裂纹将会增长的速度与裂纹尖端处的应力强度相关。另外，当水与裂纹尖端处的裂纹开口应力相结合地存在时，将出现称为应力腐蚀的现象，藉此水化学地侵蚀裂纹尖端处的分子键。裂纹速度在应力腐蚀的影响下急剧地增大。因此，重要的是懂得玻璃在其处于热应力下和存在水时的特性。对于置于户外的光伏模块(即，太阳能电池板)而言，其玻璃面(即，玻璃基底)暴露于充足的阳光和因天气变化而引起的持续变化的环境下。例如，在某些地区，模块可能暴露于呈雨和/或雪形式的水分。在将导致雪融化的状态下，雪可沿玻璃面向下滑动，且聚集在成阵列的太阳能模块之间的间隙中。然后，太阳能模块的面可暴露于直接的阳光，而同时水平边缘仍由雪覆盖。因此，模块的边缘相比于模块的面可保持在不同的温度，从而在模块中产生温度梯度。模块中的这种温度梯度与环境的持续变化一起可导致在玻璃中产生热应力和/或疲劳，这会削弱玻璃和缩短模块的寿命。然而，用于评估玻璃强度的方法并未解决在太阳能电池板寿命内可施加的热应力。例如，在具有充分的热强化和较低瑕疵严重程度的模块的方案中，所施加的热应力可能不够高到足以产生大于应力腐蚀极限的应力强度。因此，在重复的加热/冷却循环之后将不会实现裂纹增长。相反，对于热强化不足且瑕疵严重程度足够高的模块方案而言，所施加的热应力可产生大于应力腐蚀极限的应力强度，从而导致在瑕疵处随着重复的加热/冷却循环而产生较慢的裂纹增长或热疲劳。因此，为了确保模块在寿命内能经受所施加的热应力，需要一种精确地预测模块用以在一定时间周期内对抗热应力和/或疲劳的能力的方法和设备。

发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明而理解到。大体上公开了一种用于测试光伏模块的玻璃基底的耐热性的设备。在一个实施例中，该设备主要包括测试腔室，其限定具有内部气氛(atmosphere)的内部空间。制冷单元与测试腔室可操作地定位成用以控制内部气氛的温度。安装系统定位在测试腔室的内部空间内且构造成用以保持光伏模块，同时使光伏模块的玻璃基底露出。边缘冷却系统相对于安装系统定位成使得由安装系统保持的光伏模块具有与边缘冷却系统接触的第一侧缘。灯光系统也定位在测试腔室的内部空间内以照射光伏模块的玻璃基底。大体上还公开了一种用于测试光伏模块的玻璃基底的耐热性的方法。首先，光伏模块安置在测试腔室内，该测试腔室限定具有内部气氛的内部空间。然后，内部气氛的温度在测试腔室内可降低至大约_25°C至大约(TC的初始温度。光伏模块的边缘可浸没在水中，且光伏模块的玻璃基底可使用照明系统照射。本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求而变得更好理解。并入本说明书且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合描述一起用于解释本发明的原理。



在参照附图的说明书中阐明了针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整和能够实施的公开内容，在附图中图I示出了根据一个实施例的示例性测试腔室的透视图；图2示出了图I中的示例性测试腔室的截面视图；图3示出了结合图I中的示例性测试腔室使用的示例性边缘冷却系统的截面视图；图4示出了根据一个实施例的装载在示例性安装系统上的多个光伏模块；以及图5示出了如定位在图I的示例性测试腔室内的示例性灯光系统的前视图。零件清单100 设备102测试腔室103内部空间104 自动调温器(thermostat)106制冷单元107通信链路108 门IIOPV 模块111安装系统112框架组件113玻璃基底114第一纵向侧缘116边缘冷却系统118第二纵向侧缘120 卡夹(clip)121水循环系统122 水槽
132槽前壁124 水126 水泵128供送管路130冷却装置132收集容器134排放管路136锯齿形边缘
138 尖峰140 凹谷(valley)150灯光系统152 光源154灯壳体155 管路156 通风端口157通风管路158 列160通风扇162进入管路164进入管路166反射后表面168 窗口170计算装置171通信链路
具体实施例方式现将更为详细地参照本发明的实施例，在附图中示出了其中的一个或多个实例。各个实例均通过阐释本发明的方式提供而非对本发明进行限制。实际上，本领域的技术人员很清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。提供了一些设备和方法来用于测试PV模块(即，太阳能电池板)的玻璃基底的耐热性和/或测量其在多种环境条件下的抗热疲劳能力。该设备和方法可模拟在存在水的情况下沿长的侧缘施加到模块上的公知热应力循环，如果应力和/或瑕疵足够严重则容许玻璃经历应力腐蚀。因此，该设备和方法可通过在设计成用以模仿现场中的环境条件的循环中施加热应力而在模块中形成应力史。图I中不出了适于测试PV模块的玻璃基底的耐热性的设备100的一个特定实施例。设备100包括测试腔室102，该测试腔室102限定具有内部气氛的内部空间103。在所示的实施例中，测试腔室102可描述为隔离的冷冻机，其构造成用于在空气方面与外部环境隔离开。测试腔室102内的温度可通过连接到制冷单元106上的自动调温器104来控制，该制冷单元106与测试腔室可操作地定位成用以控制内部气氛的温度。因此，制冷单元106构造成用以控制测试腔室102内的内部气氛的空气温度，例如，能够将空气温度从室温(例如，大约25°C)降低至大约_25°C，同时如所期望那样通过自动调温器104是可控的。自动调温器104示为经由通信链路107 (例如，有线或无线的通信链路)连接到制冷单元106上。例如，制冷单元106可为一种商业级制冷单元，其压缩机安装在顶部而蒸发器盘管延伸到测试腔室102的内部。测试腔室102示为具有门108，门108向测试者提供进入测试腔室102中的走入式通路以容许测试者改变正在测试的PV模块110。当关闭时，门108可将测试腔室102的内部与外部环境隔尚。如图2更具体地示出那样，PV模块110示为装载在包括框架组件112的安装系统111中。安装系统111定位在测试腔室102的内部空间103内，且构造成用以保持PV模块 110，同时露出其玻璃基底或玻璃面113。如图所示，PV模块110以背对背的构造保持，使得它们的面113直接地暴露于灯组(bank)。具体而言，安装系统111构造成用以保持PV模块110，以便其第一纵向侧缘114与边缘冷却系统116相接触。在所示的实施例中，安装系统111通过安装卡夹120沿第二纵向侧缘118将PV模块110可移除地固定到框架组件112上。此外，在一些实施例中，模块110可沿其底部的第一纵向侧缘114通过附加的卡夹(未示出)固定到安装系统111上，这些附加的卡夹在操作期间成为浸没在水中。因此，PV模块110竖直地悬挂在第二纵向侧缘118上，使得第一纵向侧缘114大致定向在第二纵向侧缘118的下方，且玻璃113从框架组件112向外面对。然而，任何适合的安装系统都可用于将PV模块110可移除地保持在测试腔室102中，只要玻璃面113在测试期间基本上不受阻碍以接收光照且至少一个侧缘与边缘冷却系统116相接触。此外，PV模块110可进行电连接以便如在实际操作中所设定那样起作用。边缘冷却系统116相对于安装系统111定位成使得PV模块110将其第一纵向侧缘114与边缘冷却系统116相接触。由于这种构造，故相比于测试腔室102内部气氛的温度，第一纵向侧缘114的温度可单独地控制。例如，在一个实施例中，第一纵向侧缘114的温度可保持在相对恒定的温度(例如，处于大约(TC至大约5°C的边缘温度，如大于大约(TC至大约2V )，而内部气氛的温度如下文更为详细阐述那样通过测试循环而变化。在图I至图4中所示的实施例中，例如，边缘冷却系统116包括水槽122，水槽122定位成使得光伏模块110的第一纵向侧缘114浸没在水124中。参看图3，用作示例性边缘冷却系统116的水循环系统121示为具有水泵126，该水泵126可操作地连接到水槽122上且构造成用以使水124经由供送管路128穿过水槽122循环。水冷却装置130还示为将循环水124保持在所期望的水温。此类水冷却装置130是本领域中公知的，且通常用作制冷单元以冷却经由其循环的水124的温度。水槽122构造成用以从水泵126经由供送管路128接收水124，同时保持光伏模块110的第一纵向侧缘114浸没。过量的水124溢过槽前壁123流出水槽122而进入收集容器132中。如图4中所示，槽前壁123具有限定尖峰138和凹谷140的锯齿形边缘136。当水槽122中的水位升高时，水124将首先经由凹谷140溢过槽前壁123而排出。这种构造确保水位在水槽122整个长度上大致一致而不论供送管路128的定位如何。收集容器132附接到排放管路134上，从而容许从水槽122流出的过量的水排出至水冷却装置130和/或水泵126以便在水循环系统121内循环。经由水循环系统121的水124流可进行调整以将光伏模块110的第一纵向侧缘144的温度保持在所期望的边缘温度。灯光系统150也定位在测试腔室102的内部空间103内以照射光伏模块110的玻璃面113。如图5中所示，灯光系统150包括定位在灯壳体154内的光源152。灯壳体154限定与测试腔室102的内部气氛充分隔离的壳体气氛。在所示的实施例中，通风端口 156与灯壳体154成流体连通，且构造成用以将壳体 气氛排至外部空气。如本文所用，用语"流体连通"意思是流体(在此情况下为气体(即，空气))可直接地或间接地在其间流动。如图所示，相邻的灯壳体154通过管路155彼此连接以形成列158。各列158均与通风端口 156成流体连通。光源152和灯壳体154的多个列158都可予以使用，它们分别与通风端口 156成流体连通，从而容许整个灯光系统与外界气氛通风。然而，也可使用其它构造，例如多个通风端口等。在所示的实施例中，通风扇160定位在灯壳体与通风管路157之间以将气体从壳体气氛引至通风管路157。此外，进入端口 162可将空气从测试腔室102外侧经由进入管路164供送至灯壳体154。因此，通风扇160可使空气从进入端口 162循环，经过灯壳体154，并流出通风端口 156。因此，包绕光源152的空气的对流热在不与测试腔室102内部空间113中的冷空气混合的情况下从灯壳体154排出。光源152可为任何适合的光源。在一个特定实施例中，光源152可模拟太阳的光谱(例如，波长在大约350nm至大约800nm之间的福射,例如大约360nm至大约760nm)。例如，适合的光源152可包括氣弧灯、金属齒化物灯等。灯壳体154可为具有反射后表面166和前窗口 168的反射器壳体。各光源152均可定位成用以实现对PV模块110大致均匀地照射。如图所示，框架组件112构造成用以保持多个PV模块110，不但是成列且叠置的布置，而且成背对背的关系使得两个灯光系统(在测试腔室102的每一侧各有一个)定位在测试腔室102内。计算装置170通过通信链路171 (例如，有线或无线的通信链路)连接到设备100上，且构造成用以控制和调整测试腔室102 (如通过自动调温器104)的内部气氛的温度，和/或控制灯光系统150的明/暗循环(即，开启和关闭光源152)，和/或控制边缘冷却系统116的水流速和温度。例如，计算装置170可包含储存在计算机可读介质中的计算机程序指令，这些指令能指导计算装置、其它可编程数据处理设备，或用以按特定方式执行所期望功能的其它装置。设备100可用于执行测试光伏模块110的玻璃面113的耐热性的方法。这些方法可以相对较短且受控的模拟来复制暴露于外部环境的典型寿命。根据一个实施例，光伏模块110可安置在测试腔室102内，且内部气氛的温度可降低至初始温度。该内部气氛的初始温度可为大约_25°C至大约0°C，例如大约-25°C至大约-10°C。光伏模块110的第一纵向侧缘114可浸没在具有大约0°C至大约10°C (例如，大于大约0°c至大约5°C )水温的水124中。如所声称的那样，水可如上文所述那样经由水循环系统121循环，以便在各测试循环期间使水温保持大致稳定。测试循环通过使用照明系统150照射光伏模块110的玻璃面113开始。当开启光源152并照射玻璃面113时，测试腔室102的内部气氛的温度将由于照明系统150发出的辐射能而升高。如所声称的那样，温度升高的速率可或多或少地通过结合灯光系统150使用的通风系统来控制。内部气氛的温度容许升高至目标温度，例如大约-10°C至大约25°C (例如，大约0°C至大约10°C)。一旦达到目标温度，则灯光系统便可关闭(即，变黑)，且内部气氛的温度可降低回到初始温度以完成测试循环。测试循环的明亮部分(即，光源开启)和黑暗部分(即，光源关闭)的长度可按期望调整。在一个实施例中，测试循环的明亮部分(即，光源开启)可持续足够长以将内部气氛的温度升高大约5°C至大约15°C (例如，大约15分钟至大约2小时)。该测试循环可重复任何次数以在延长的周期内复制环境变化。一旦完成所期望数目的测试循环，则测试者可从测试腔室102除去PV模块110以便进一步研究。
具体而言，这些测试循环特别有利于复制以下环境，在其中，雪或其它沉积物在夜间累积在光伏模块的玻璃面上且然后在日间融化和/或蒸发。然而，发现的是在蒸发或融化时，玻璃面可变为大致干燥的，但至少一个边缘由于光伏模块的定位而可能仍然潮湿，该光伏模块通常与定位成接收来自于玻璃面的流出物的纵向侧缘之一成一定角度。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员构想出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例落在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于测试光伏模块(110)的玻璃基底(113)的耐热性的设备(100),包括测试腔室(102)，其限定具有内部气氛的内部空间(103)；制冷单元(106)，其与所述测试腔室(102)可操作地定位成用以控制所述内部气氛的温度;安装系统(111)，其定位在所述测试腔室(102)的内部空间(103)内且构造成用以保持所述光伏模块(110)，同时露出所述光伏模块(110)的玻璃基底(113)；边缘冷却系统(116)，其相对于所述安装系统(111)定位成使 得由所述安装系统(111) 保持的所述光伏模块(110)具有与所述边缘冷却系统(116)相接触的第一侧缘(114);以及灯光系统(150)，其定位在所述测试腔室(102)的内部空间(103)内以照射所述光伏模块(110)的玻璃基底(113)的至少一部分。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述边缘冷却系统(116)包括水槽 (122)，所述水槽(122)定位成使得所述光伏模块(110)的第一侧缘(114)浸没在水(124)中。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括水循环系统(121)，其包括可操作地连接到所述水槽(122)上且构造成用以使水(124) 经由所述水槽(122)循环的水泵(126)。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述灯光系统(150)包括容纳在灯壳体 (154)内的光源(152)，以及其中，所述灯壳体(154)限定与所述测试腔室(102)的内部气氛(103)充分隔离的壳体气氛。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括通风端口(156)，其与所述灯壳体(154)成流体连通且构造成用以使所述壳体气氛与所述测试腔室(102)外通风。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括进入端口(162)，其与所述灯壳体(154)成流体连通；以及通风扇(160)，其与所述灯壳体(154)成流体连通且构造成用以使空气从所述进入端口(162)循环，穿过所述灯壳体(154)，并流出所述通风端口(156)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述灯光系统(150)包括光源(152)组 (158)，各光源(152)均容纳在可操作地连接到所述通风扇(160)上的灯壳体(154)内。
8.一种用于测试光伏模块(110)的玻璃基底(113)的耐热性的方法,所述方法包括 将所述光伏模块(110)安置在测试腔室(102)内，其中，所述测试腔室(102)限定具有内部气氛的内部空间(103)；将所述测试腔室(102)内的所述内部气氛的温度降低至范围在大约_25°C至大约0°C 的初始温度；将所述光伏模块(110)的边缘(114)浸没在水(124)中；以及使用照明系统(150)照射所述光伏模块(110)的玻璃基底(113)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当照射所述光伏模块(110)的玻璃基底 (113)时，所述内部气氛的温度从所述初始温度升高到目标温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述目标温度为大约0°C至大约25°C。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当达到所述目标温度时，将所述照明系统(150)关闭。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当关闭所述照明系统(150)时，使所述内部气氛的温度降低回所述初始温度以完成测试循环。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括重复测试循环所期望的次数来测试所述光伏模块(110)。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水(124)具有大约0°C至大约10°C 的水温。
15.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述灯光系统包括容纳在灯壳体内的光源，以及其中，所述灯壳体限定与所述测试腔室的内部气氛充分隔离的壳体气氛。
全文摘要
本发明涉及用于光伏模块的耐热性测试设备及方法。具体而言，提供了用于测试光伏模块(110)玻璃基底(113)耐热性的设备及方法。在一个实施例中，设备(100)主要包括限定具有内部气氛的内部空间(103)的测试腔室(102)。制冷单元(106)与测试腔室可操作地定位成用以控制内部气氛的温度。安装系统(111)定位在测试腔室的内部空间内且构造成用以保持光伏模块而同时露出光伏模块的玻璃基底。边缘冷却系统(116)相对于安装系统定位成使得由安装系统保持的光伏模块具有与边缘冷却系统接触的第一侧缘(114)。灯光系统(150)也定位在测试腔室的内部空间内以照射光伏模块(110)的玻璃基底(113)。
文档编号G01N3/60GK102721622SQ201210111380
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者M·W·里德 申请人:初星太阳能公司