光伏组件作为安装在室外的发电设施，需要产品本身具有足够的可靠性，才能经受住冰雹等各种极端天气的考验；同时，为了减少自然灾害导致的损失，大部分业主都会购买电站财产险作为保障，然而并不是有了保险就可以高枕无忧，如果组件因尺寸过大导致不具备抵抗冰雹冲击的能力，最终为损失买单的还是业主，为什么这么说？本文将结合理论分析和实验数据，以实例为证，细数个中缘由。

组件冰雹测试方法

IEC 61215《地面用光伏组件设计鉴定和定型》规定了光伏组件冰雹测试标准，用于测试组件的抗冰雹撞击能力。测试所用冰雹直径、质量及对应速度如表1，其中速度误差±5%，质量误差±2%。实验时，取出提前制备好的指定尺寸、质量的冰球，在60s内按指定速度和路径发射出去，撞击组件的指定位置，目视检查组件，如果没有10mm以上的损伤，可以继续测试，直至所有指定位置全部测试完毕，再对组件进行漏电楼测试，检验电气性能。

光伏玻璃破碎的机理分析

在冰雹测试中，组件直接和冰雹接触的部分是上表面的玻璃，因此，玻璃是决定组件抗冲击性能的关键因素，一旦玻璃破碎，组件就失去了最重要的一层屏障，其机械载荷和抗衰减能力都会受到很大影响。玻璃破碎时，将有两个新表面产生，当外力所做的功大于等于产生两个单位面积新表面所需表面能，玻璃破碎，其理论断裂强度和弹性模量E、表面能γ等材料特性有关。依据Griffith微裂纹理论[1]，平面应力状态下材料的断裂强度

计算公式如下：

已知玻璃弹性模量E=7×104MPa，断裂表面能γ=4J/m2，玻璃表面微裂纹一般为几十微米，当取微裂纹椭圆孔长轴长度c=20μm时，理论计算玻璃断裂强度约为94MPa。此理论数值与实际测试的2mm光伏钢化玻璃表面应力(100MPa左右)基本一致，因此当玻璃受到外部的应力冲击大于这个断裂强度时，玻璃会产生微裂纹从而导致破裂。

组件抗冰雹冲击的模拟分析与实测数据

图2为标准冰雹测试中，模拟的常规组件（玻璃宽度1.1米左右）和超大组件(玻璃宽度>1.3米)所受应力分布（单位MPa），超大组件受到的冰雹冲击应力比常规组件高10MPa左右。

实测实验中，如图3所示，超大组件经35mm冰雹测试全部失效，正、背面玻璃均破损，常规182组件外观安然无恙，且功率衰减小于0.5%，二者可靠性的差异已经非常明显。

究其原因，一方面如图4所示，玻璃宽度的增大将导致钢化性能减弱，超大组件表面预应力相比常规组件低10%，预应力不足以抵消外来应力冲击，组件边缘抵抗冰雹的能力明显下降；另一方面，从尺寸效应的角度，玻璃尺寸大，具有微裂纹的几率大，且文献表明，相同冰雹冲击的条件下，玻璃的长边比短边承受的应力大（如图4） [2]，微裂纹在外来应力作用下迅速扩展，超大组件较弱的断裂强度遇上较大的应力，导致玻璃破碎的风险极大。

电站财产险无法为组件可靠性问题买单

回到电站财产险的问题，如果想当然地以为组件可靠性差一点、玻璃抗冲击性能弱一点没关系，万一被砸坏，有保险公司赔，那可能在电站真正遭遇冰雹浩劫时，资产也将同时面临一次浩劫。因为电站财产保险主要防范的是地震和飓风等自然灾害带来的损失，极少对冰雹灾害进行风险评估。2019年，德克萨斯州Pecos County的光伏项目发生严重的冰雹灾害，超过40万块组件受损，带来约8000万美元的损失，自此，国内外各大保险公司已经开始重新审视自然灾害带来的风险，并将保费标准和免赔额度大幅提高，同时设置了自然灾害赔款上限与约束条件，例如组件隐裂导致发电量大幅下降等问题需达到一定比例方能索赔等等，实际因组件遭受冰雹冲击最终获得赔偿的案例实属罕见，最终承担损失的还是买家自己。

综上所述，组件尺寸的大小与其抗冰雹冲击能力直接相关，组件尺寸应有一个合理的界限，盲目地增加尺寸导致产品可靠性下降，一旦无法承载冰雹冲击，将会给电站业主带来巨额损失。

参考文献：

[1] 关振铎, 张中太, 焦金生. 无机材料物理性能 [M]. 2. 清华大学出版社, 2013.

[2] 杨冉. 基于ABAQUS的汽车夹层玻璃受冰雹冲击的动态响应研究[D]. 青岛理工大学, 2017.