引导语

上一篇我们讲到，项目现场环境情况复杂，支架要对项目进行适配性设计，但是很多工程师往往忽略了组件的项目适配性问题。

不同地点的风雪荷载有所不同，对于组件的抗压能力要求也会不一样。组件在实验室中都会通过机械荷载测试，来评估组件的抗压能力，那么我们如何使用这个机械荷载测试的结果，来分析组件的项目匹配性呢？

目录：

1.两种荷载:“测试荷载”和“设计荷载”

2.安全系数r_m

3.两种状态:“SLS/ASD”和“ULS/LRFD”

4.组件测试如何匹配项目要求

文章内为了表示方便

以下标准都采用其编号进行叙述

*全文共字20图

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两种荷载

测试荷载设计荷载

上一篇说到，IEC-2是专门针对组件测试的标准，该标准涵盖了大量的测试项目，这些测试项目被组合成了从A到F不同的“测试序列(TestingSequences)”。

?组件测试序列

由上可知，“静态机械荷载测试”的编号为MQT16，处于测试序列E中。

这个测试目的是为了定义组件能够承受的最小静态荷载。在测试要求中包含两种荷载，称为测试荷载(TestLoad)和设计荷载(DesignLoad)，我们根据IEC-2的描述可以得知：

测试荷载，是组件测试时施加到组件上的实际荷载大小

设计荷载，是在测试荷载的基础上考虑了安全系数后的荷载大小

用公式描述即为：

在很多的组件规格书或者安装手册里面，这两种荷载往往同时出现。

?测试荷载和设计荷载往往同时出现

（来源：FirstSolar）

但是我们知道，不同的项目地要求的风雪压荷载不同，那么在设计实际项目时，我们又该如何使用组件的测试荷载或者设计荷载呢，他们之间相差的安全系数又有意义呢？

安全系数r_m

要想搞清楚测试荷载和设计荷载之前，我们需要先理解两者之间相差的安全系数的意义。这个安全系数在IEC里面并没有详细说明，不过了解结构设计的朋友应该知道，在极限状态设计方法中有两类分项系数(PartialFactor)，大家也习惯性地称呼他们为安全系数(SafetyFactor)：

第1类分项系数：针对荷载施力的安全系数，考虑荷载的不确定性，比如荷载组合系数。

第2类分项系数：针对结构抗力的安全系数，考虑材料的不确定性，比如材料安全系数。

?两类分项系数，r_F和r_M

（来源：EN）

巧合的是，在欧标EN里面，有个和IEC-2的安全系数长得一模一样的分项系数，而这个r_m就是上面的第二类分项系数，称为“材料分项系数”。

可见，r_m的下小标“m”指的是material(材料)的意思，它是考虑到测试组件与实际量产组件之间的材料差异。因此我们可以判断，IEC-2用这个安全系数想表达的含义是：

尽管某一块组件达到了测试要求，但是这并不代表所有相同型号的组件都能通过测试。因为在生产加工过程中，材料本身的强度性能并不是%完全一致的，不同组件之间可能存在差异，有可能会出现材料强度更差的情况。

理论上，可以通过对材料进行大量的试验测试，然后采用统计学的方式对测试结果进行分析，最后得到该材料的安全系数。可惜的是，小树洞并没有找到光伏组件的这类测试，那么按照IEC-2的说法，r_m取值1.5是否合理呢？

在EN系列里面，对于不同的设计类别，规定了不同大小的材料安全系数。比如：

?不同设计类别的分项系数r_M

（来源：EN）

我们知道组件本身是由铝边框和玻璃两种材料组成的，不过在EN系列中并没有针对玻璃的材料安全系数。由于目前主流光伏玻璃为钢化玻璃，未来是否会切换成浮法玻璃还未可知，因此小树洞查找了其他标准中针对这两类玻璃制品的安全系数要求：

?其他标准的玻璃材料分项系数r_M

浮法玻璃需要的安全系数更大

从上面的资料可以看出，铝的材料安全系数为1.1，钢化玻璃的材料安全系数在1.2~1.8之间。这样看来，在IEC-2中规定的1.5倍安全系数，还是可以接受的。

不过需要注意的是，IEC-2对于安全系数的理解和EN还是存在一些偏差，但是这个偏差不影响我们的使用，这里我们就不多做讨论了。

两种状态

SLS/ASD和ULS/LRFD

设计一款产品的时候，我们往往会考虑到这个产品的两种情况：

情况1：在外力作用下，产品一直能正常工作

情况2：在外力作用下，产品虽然不能正常工作了，但是仍然没被彻底破坏

而这两种情况就是我们要讲的两种极限状态

正常使用极限状态SLS

承载能力极限状态ULS

SLS(ServiceabilityLimitState)考虑的是诸如破裂(Cracking)和变形(Deformation)这样的失效情况。ULS(UltimateLimitState)考虑的则是结构的强度失效情况。

这两种极限状态的主要不同点，在于荷载组合的方式，以欧标为例：

?ULS和SLS的部分荷载组合形式

（来源：EN）

SLS和ULS是LSD(LimitStateDesign)方法的两种表现形式。LSD是一种比较新颖的设计方法，目前也被中国国标以及海外的大部分设计规范所采用，只是叫法有所不同。在美国和澳大利亚等国家，LSD的ULS也被称为LRFD(LoadandResistanceFactorDesign)。

而早于LSD方法出现之前，还存在另外一种传统的设计方式，称为容许应力法ASD(AllowableStressDesign)。和SLS类似，ASD方法主要针对的是结构的使用状态(工作状态)，采用一个安全系数来获得设计余量。所以在某些国家也称为WSD(WorkingStressDesign)。

?LRFD和ASD的部分荷载组合形式

（来源：ASCE7-05）

说了这些乱七八糟的名称，可能有人都搞糊涂了。别管那么多，大家只要知道：

SLS/ASD荷载，针对组件的正常使用状态，考虑组件能否能正常工作

ULS/LRFD荷载，针对组件的最终破坏状态，考虑组件是否已经被破坏

那么接下来的问题就是，测试荷载(TestingLoad)和设计荷载(DesignLoad)，它们与SLS/ASD以及ULS/LRFD有什么联系？

组件测试如何匹配项目要求

根据上文的解释，我们来总结下：

IEC-2规定组件本身具有两类荷载能力：

测试荷载，为组件测试时施加到组件上的实际荷载大小

设计荷载，是在测试荷载的基础上考虑了安全系数后的荷载大小

项目设计时有两种荷载要求：

SLS/ASD荷载，针对组件的正常使用状态，考虑组件能否能正常工作

ULS/LRFD荷载，针对组件的最终破坏状态，考虑组件是否已经被破坏

我们设计项目时，怎么来判断组件抗压能力是否足够？组件的荷载能力如何匹配项目的荷载要求呢？为了回答这些问题，我们先来看看组件测试到底是在测什么。

根据最新版的IEC-2，MQT16，机械荷载测试判定是否通过的准则如下：

测试过程中未检测到间断开路故障

无主要可见的缺陷

湿漏电流应满足与初始测量相同的要求

而更早的版IEC，对于机械荷载测试的判定还有如下要求：

最大输出功率的衰减相比较测试前，不得大于5%

绝缘电阻应满足初始时的相同要求

现在大部分厂家对机械荷载测试的判定，往往是将版和版的要求相互结合。

由此可见，根据IEC-2标准进行的组件“机械荷载测试”，测的是组件的正常使用状态，也就是SLS/ASD。考虑到组件本身的材料不一致性，增加了1.5倍的安全系数，最终获得测试荷载。

我们在考虑组件匹配项目时，通常按照SLS/ASD的荷载组合形式来比较组件的设计荷载(DesignLoad)。

不过有的时候，第三方结构工程师在审核组件时，还会要求对组件进行极限机械荷载测试，也就是ULS荷载，出于这样的考虑，则需要采用ULS荷载来进行组件的机械荷载测试。

还是举前一篇文章的例子，我们来看看1.5SLS和ULS这两种情况下的组件测试荷载大小。

案例：

已知某地采用美国ASCE7-05标准查得，50年一遇的风雪压分别为40m/s和0.8kPa。该地的某一个光伏电站处于开阔区域，重要性等级较低，地形平整。依据组件风洞测试结果，以10m高度、3秒阵风为参考风压，组件风压系数如下图所示。假如该项目采用1P跟踪器，大风保护角度为45度，不考虑跟踪器气弹角度变化，求该项目组件测试所需达到的压强值？

?1P跟踪器组件上的风压体型系数

?ULS/LRFD不考虑安全系数后的测试荷载

最大上扬力Pa，最大下压力Pa

?SLS/ASD考虑1.5倍安全系数后的测试荷载

最大上扬力Pa，最大下压力Pa

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