本文關(guān)鍵詞：基于性能退化的光伏組件服役可靠性評估方法研究　出處：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：論文以基于性能退化數(shù)據(jù)的可靠性評估方法為重點研究內(nèi)容,結(jié)合產(chǎn)品失效物理分析,從自然退化、加速退化兩個方向建立光伏組件產(chǎn)品可靠性評估模型與技術(shù)方法,對于提升光伏組件產(chǎn)品質(zhì)量、保障戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,促進先進制造技術(shù)、試驗理論與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展,有著重要學(xué)術(shù)價值與實際意義。項目研究工作得到國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局項目(No.2014QK050)、廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局重點科研專項(No.2012ZZ05)資助。論文從光伏組件可靠性影響因素及失效分析、基于性能退化可靠性評估技術(shù),加速退化下可靠性評估方法及試驗設(shè)計優(yōu)化等方面,論述國內(nèi)外研究進展,確定研究內(nèi)容。論文主要工作包括:⑴深入開展了光伏組件的失效風(fēng)險評判與失效分析研究。基于光伏組件產(chǎn)品特點,結(jié)合失效物理分析,提出一種P-W-O模糊綜合失效風(fēng)險評判法,構(gòu)建P-W-O全新評估指標(biāo)集,應(yīng)用實例表明該方法較好地克服傳統(tǒng)FMECA分析方法中存在的主觀性較強、物理意義不明顯等問題;在風(fēng)險評判基礎(chǔ)上,開展光伏組件封裝材料、電連接器等高風(fēng)險部件失效分析。研究光伏組件PET背板、EVA膠膜等封裝材料在濕熱條件下水蒸氣滲透過程及老化模型,闡述光伏組件戶外環(huán)境條件下性能退化作用過程,探討電連接器接觸失效機理、影響因素,建立溫度應(yīng)力下接觸退化失效物理方程,指導(dǎo)光伏組件部件可靠性建模、性能退化試驗設(shè)計。⑵研究基于性能退化量的光伏組件可靠性建模及壽命預(yù)測。提出一種基于β分布統(tǒng)示法光伏組件性能退化(β-PDVD)建模方法,利用β統(tǒng)示分布擬合各個時刻退化量分布,無需預(yù)先主觀性假定分布類型,較真實地反映各個時刻性能退化分布形態(tài);研究最佳可靠度擬合分布模型識別,利用Genetic Algorithm估算可靠度分布模型參數(shù),并引入分布保證參數(shù)V,優(yōu)化分布擬合度,通過模糊綜合判定優(yōu)選最佳壽命分布模型;以某試驗電站Mono-Si陣列光伏組件性能退化數(shù)據(jù)進行方法驗證,結(jié)果表明:在僅考慮光伏組件輸出功率參數(shù)性能自然退化前提下,該批組件從正常工作17年后開始出現(xiàn)失效,中位壽命(R=0.5)和特征壽命(R=e-1)分別為20.39年、20.84年,最終在24.89年組件整體輸出功率低于設(shè)定閾值即全部失效,與組件制造商提供的質(zhì)量保證工作壽命(25年)基本一致。⑶研究基于偽失效壽命的光伏組件加速退化可靠性評估方法。首先,應(yīng)用小波分析結(jié)合平穩(wěn)時間序列檢驗對加速退化數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,降低監(jiān)測數(shù)據(jù)隨機干擾,提高退化軌跡及壽命預(yù)測精度,利用R2(可決系數(shù)檢驗法)優(yōu)選最佳加速退化軌跡估算各樣本偽失效壽命;其次,提出基于GLD(The Generalized Lambda Distribution)的偽失效壽命分布預(yù)測方法,應(yīng)用改進Bootstrap法產(chǎn)生自助樣本,再利用GLD方法構(gòu)建樣本族偽失效壽命分布模型,改善少子樣、短試驗周期條件下評估結(jié)果準確性問題;最后,研究基于深度學(xué)習(xí)預(yù)測(Deep Learning Forecast)加速退化建模方法,探討多應(yīng)力、復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品加速退化模型構(gòu)建問題,研究加速條件與常應(yīng)力下結(jié)果對應(yīng)關(guān)系,估算正常使用條件下光伏組件可靠度與壽命。⑷開展光伏組件加速退化試驗設(shè)計及優(yōu)化研究。針對光伏組件影響應(yīng)力因素較多,全面試驗耗費時間周期、樣品數(shù)量在實際應(yīng)用中難以接受,開展光伏組件加速退化試驗設(shè)計研究,極大減少試驗次數(shù),縮短試驗周期、降低試驗成本;并利用極大似然(ML)估計法,建立綜合應(yīng)力下光伏組件加速退化試驗方案優(yōu)化模型,優(yōu)化試驗方案設(shè)計,提高試驗精度。優(yōu)化結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化后的試驗方案漸進方差A(yù)Var((?)(0.5))=0.2079,較優(yōu)化前漸進方差0.3351減少0.1272,估算精度提高38.1%,所需試驗樣本數(shù)量由優(yōu)化前n’=35.9939縮減至n=22.3346,減少37.9%。最后,搭建光伏組件全態(tài)性環(huán)境模擬綜合試驗平臺,開發(fā)光伏組件加速退化可靠度評估軟件,由數(shù)據(jù)預(yù)處理DPP、最優(yōu)退化軌跡選取OTDS、偽失效壽命分布預(yù)測PFLF和加速退化建模ADM模塊組成的,并進行實例驗證試驗。試驗結(jié)果表明,該批試驗用光伏組件失效壽命、特征壽命、中位壽命值分別為22.1年、21.6年、21.1年,相對制造商提供值誤差為13.1%、10.7%、9.5%,滿足工程預(yù)測精度需求。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB114.3

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