光伏鍍膜玻璃安全性能評(píng)價(jià)方法

黃艷萍 單演炎 潘勝

（無(wú)錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院 國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心 無(wú)錫 214028）

0 引言

用于太陽(yáng)能光伏組件的玻璃，在其表面涂覆有具備在特定波段范圍內(nèi)增加太陽(yáng)光透射比功能的膜層，即為太陽(yáng)能光伏用減反膜玻璃，俗稱光伏鍍膜玻璃［1］。光伏鍍膜玻璃作為晶體硅光伏組件的重要部件之一，其產(chǎn)品安全性能指標(biāo)主要取決于使用的玻璃原片［2］。根據(jù)鍍膜玻璃的不同厚度，玻璃原片一般采用經(jīng)過(guò)鋼化處理的鋼化玻璃或半鋼化玻璃。鋼化處理即通過(guò)物理或化學(xué)方法，通過(guò)溫度梯度或原子間隙引起力學(xué)不均勻或者結(jié)構(gòu)不均勻，從而使玻璃表面形成壓應(yīng)力層［3］，可以有效阻止玻璃表面微裂紋擴(kuò)展，從而提升玻璃的力學(xué)性能和安全性能。光伏鍍膜玻璃的安全性能一般體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是玻璃受到一定范圍內(nèi)的沖擊破碎時(shí)，碎片不會(huì)傷害人體安全，或傷害較??；二是玻璃受到一定范圍內(nèi)的沖擊不破壞，能保證光伏組件產(chǎn)品的完整有效。

基于對(duì)光伏鍍膜玻璃的實(shí)際使用過(guò)程中通常會(huì)面臨的應(yīng)力因素，光伏玻璃相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其安全性能檢測(cè)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法主要有：抗沖擊性能、耐熱沖擊性能、碎片狀態(tài)、霰彈袋沖擊性能、彎曲強(qiáng)度、耐靜壓性能、表面應(yīng)力。按照各指標(biāo)的判定方法，可分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)。光伏鍍膜玻璃按照熱處理工藝來(lái)分，可以分為鋼化鍍膜玻璃和半鋼化鍍膜玻璃［4］，實(shí)際使用中，常用的3.2 mm厚度產(chǎn)品為鋼化玻璃，2.0 mm及以下厚度產(chǎn)品為半鋼化玻璃。

1 定性評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 抗沖擊性能

抗沖擊性能主要考量玻璃樣品在受到外力沖擊時(shí)是否破壞，是最基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。一般采用落球試驗(yàn)來(lái)考量，沖擊面保持水平，表面光滑的鋼球置于距離試樣表面中心位置1000 mm高度自由落體，看樣品是否破壞。GB/T 41314—2022［4］對(duì)不同厚度玻璃使用的鋼球做了區(qū)分，公稱厚度≥3.2 mm時(shí)鋼球質(zhì)量為1040 g±10 g；2.0 mm≤公稱厚度＜3.2 mm時(shí)鋼球質(zhì)量為227 g±2 g。

1.2 耐熱沖擊性能

耐熱沖擊性能主要考量玻璃樣品在受到劇烈溫度變化時(shí)是否破壞，也為最基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。將玻璃試樣置于烘箱中保溫4 h以上，取出后立即將試樣垂直浸入0 ℃的冰水混合物中，應(yīng)保證試樣高度的三分之一以上能浸入水中，5 min后觀察玻璃是否破壞［1］。目前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中一般要求鋼化玻璃對(duì)應(yīng)的烘箱溫度為200 ℃±2 ℃，半鋼化玻璃對(duì)應(yīng)的烘箱溫度為100 ℃±2 ℃。

1.3 耐靜壓性能

耐靜壓性能通常用于評(píng)估光伏鍍膜玻璃在持續(xù)壓力下的是否破壞，一般適用于測(cè)試安裝在組件正面的玻璃。按正面壓強(qiáng)為2400 Pa設(shè)計(jì)，根據(jù)玻璃面積計(jì)算加載在表面施壓的力值大小，測(cè)試一般使用水袋或沙袋均勻加載，加載時(shí)間為1 h。標(biāo)準(zhǔn)要求樣品在2400 Pa靜壓下不破壞［5］。

1.4 冰雹試驗(yàn)與防火試驗(yàn)

冰雹試驗(yàn)與防火試驗(yàn)分別用于模擬極端氣候條件下和起火條件下光伏鍍膜玻璃的安全性能。兩個(gè)項(xiàng)目一般不作為非光伏組件用玻璃的測(cè)試要求，是晶體硅光伏組件的安全性能指標(biāo)，通常作為光伏鍍膜玻璃驗(yàn)貨和招投標(biāo)要求。冰雹試驗(yàn)測(cè)試 條 件 參 照IEC 61215-2中4.1.7 hail test規(guī) 定 要求，采用一定質(zhì)量直徑為25 mm的冰球以23 m/s的速度水平?jīng)_擊豎直放置的玻璃表面，觀察玻璃是否破壞。防火試驗(yàn)測(cè)試條件參照IEC 61730-2中規(guī)定要求，按照防火等級(jí)A級(jí)要求進(jìn)行火焰蔓延和燃?jí)K試驗(yàn)，試驗(yàn)后玻璃樣品不起燃不破壞。

2 定量評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 碎片狀態(tài)

玻璃中內(nèi)應(yīng)力的大小與分布的均勻程度是鋼化程度的重要特征，所以宏觀上利用破碎后鋼化玻璃顆粒尺寸的大小及均勻程度來(lái)表征、檢驗(yàn)、考核玻璃的鋼化程度和玻璃中應(yīng)力分布的均勻程度，顆粒尺寸隨著鋼化程度的增加而減?。?］。鋼化玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中3 mm厚度對(duì)應(yīng)要求在任何50 mm×50 mm范圍內(nèi)顆粒數(shù)大于30［7］，半鋼化玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中要求碎片至少有一邊延伸到非檢查區(qū)域；當(dāng)有碎片的任何一邊不能延伸到非檢查區(qū)域時(shí)，要求不能有兩個(gè)及以上小島碎片，不應(yīng)有面積大于10 cm2的小島碎片，且所有顆粒碎片的面積之和不應(yīng)超過(guò)50 cm2［8］；但在放行條款中規(guī)定，當(dāng)有碎片的任何一邊不能延伸到非檢查區(qū)域時(shí)，要求不能有三個(gè)及以上小島碎片，所有“小島”碎片和“顆?！彼槠拿娣e之和不應(yīng)超過(guò)500 cm2［8］。

2.2 表面應(yīng)力

玻璃鋼化過(guò)程中，玻璃內(nèi)部形成了張力，表面形成了壓應(yīng)力，在檢測(cè)過(guò)程中通常用表面應(yīng)力來(lái)考量，表面應(yīng)力過(guò)小，玻璃強(qiáng)度不足，而表面應(yīng)力過(guò)大，超過(guò)一定極限后易引發(fā)自爆［6］。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中鋼化玻璃表面應(yīng)力要求≥90 MPa，半鋼化玻璃的表面應(yīng)力范圍為24～60 MPa。對(duì)于鋼化玻璃，張海梁等［9］建議為防止自爆率過(guò)高，表面應(yīng)力不宜超過(guò)110 MPa。

2.3 霰彈袋沖擊性能

霰彈袋沖擊性能項(xiàng)目是模擬一個(gè)體重為45 kg的人在全速奔跑狀態(tài)下，以頭部沖擊鋼化玻璃引起傷害的風(fēng)險(xiǎn)，沖擊高度可為300 mm、750 mm、1200 mm。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中要求3 mm及以上鋼化鍍膜玻璃，霰彈袋在1200 mm下落時(shí)試樣不破壞，如果玻璃破碎，每片試樣的最大10片碎片質(zhì)量的總合不超過(guò)相當(dāng)于試樣65 cm2面積的質(zhì)量，保留在框內(nèi)的任何無(wú)貫穿裂紋的玻璃碎片長(zhǎng)度不超過(guò)120 mm；對(duì)3.0 mm以下半鋼化鍍膜玻璃則不做要求［4］。

2.4 彎曲強(qiáng)度

彎曲強(qiáng)度是指在特定條件下玻璃發(fā)生彎曲變形情況下承受破壞的最大載荷，彎曲破壞主要是由玻璃不均勻性引起的。當(dāng)玻璃受到外力作用時(shí)，表面產(chǎn)生彎曲和拉伸，而內(nèi)部則受到相反的壓力，隨著外力的增加，玻璃表面產(chǎn)生裂紋而進(jìn)一步擴(kuò)展到內(nèi)部從而導(dǎo)致玻璃的斷裂破壞。目前彎曲強(qiáng)度測(cè)試一般采用四點(diǎn)彎曲法。鋼化玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)彎曲強(qiáng)度做出明確規(guī)定，但對(duì)均質(zhì)鋼化玻璃有明確要求。而對(duì)于厚度為2～3 mm的光伏組件用超薄玻璃，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15763.4中明確規(guī)定其彎曲強(qiáng)度≥120 MPa。

3 結(jié)語(yǔ)

光伏鍍膜玻璃的安全性能作為其應(yīng)用前提，是品質(zhì)保證和功能應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有重要意義。一般采用抗沖擊性能、耐熱沖擊性能、耐靜壓性能、碎片狀態(tài)、表面應(yīng)力、霰彈袋沖擊性能、彎曲強(qiáng)度等指標(biāo)作為光伏鍍膜玻璃安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。在提升光伏鍍膜玻璃光學(xué)性能和耐候性之前應(yīng)先考察其安全性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和使用要求。