A Combined Computational and Mathematical Analysis of Interconnect Fatigue Potential in Photovoltaic Modules

光伏系统 互连 计算机科学 工程物理 电子工程 工程类 电气工程 电信
作者
James Y. Hartley,Tariq Khraishi
出处
期刊:Journal of Solar Energy Engineering-transactions of The Asme [ASM International]
卷期号:147 (4) 被引量:1
标识
DOI:10.1115/1.4068307
摘要

Abstract A finite element model of a 60-cell monocrystalline silicon glass-polymer photovoltaic module was simulated with ±1.0 kPa and ±2.4 kPa loads applied to the glass to calculate the deformation under load. Cell-to-cell displacements were used to approximate interconnect strain and stress. A mathematical fatigue cycle life relation was fitted to data for the interconnect material (copper), to generate a life prediction at each interconnect location based on the local stress means, reversal extents, and amplitudes. Interconnect stress was found to be significantly asymmetric about zero despite symmetric positive and negative module loads due to laminate thickness offsets about the neutral plane and the effects of module framing. Cycle life results indicated that interconnect fatigue failure was unlikely to occur over a 30-year lifetime of conservative wind and snow load cycles since the typical cell design feature of leaving some unconstrained length between the cell edge and first solder pad increases the effective gauge length and decreases the stress levels below the material endurance limit. Follow-up analyses found that 3.6 mm and 6.4 mm were the minimum unconstrained lengths required to survive the assumed lifetime of wind and snow cycles, respectively, confirming that typical industrial module constructions with 8–15 mm unconstrained lengths should survive conservatively. Notably, large magnitude, low-cycle snow loading was consistently the limiting factor requiring a longer unconstrained interconnect length. Insights and workflows from this study inform module interconnection design limits for survival against mechanical fatigue in deployment environments.
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