太阳能用玻璃,也称为光伏玻璃,通常是指太阳能光伏组件封装用玻璃。
光伏玻璃作为光伏组件的关键原材料之一,不仅要求其具有良好的机械性能、密封性能,同时其高透光率也是组件提高发电效率的基础。
近年来,随着光伏产业的积极发展,光伏玻璃的用量和品种急剧增加,同时光伏组件应用场景的多样化以及环境条件的差异化,不同应用条件对光伏玻璃有着不同的要求。
随着光伏市场的发展,各类迭代的新产品不断涌现,不同的检测标准及针对性项目也应运而生。
本文将目前市场及行业中采用较多的光伏玻璃相关标准及测试项目进行了梳理和比较,并对各标准中的项目测试条件及技术要求进行了对比和分析。
光伏玻璃,按照加工工艺可分为压花玻璃和浮法玻璃;按照钢化程度可分为钢化玻璃和半钢化玻璃;按照铁含量可分为超白玻璃和普通玻璃;按照应用位置,可分为前板玻璃和背板玻璃;按照表面处理工艺可分为镀膜玻璃和非镀膜玻璃。
不同时间的产品特性不同,相应的标准也不一样,同时不同的分类方法也对应着不同的标准测试项目要求。
目前生产和检测光伏玻璃主要参考的产品标准有:GB/T30984.1—2015《太阳能用玻璃第1部分:超白压花玻璃》、GB/T34328—2017《轻质物理强化玻璃》、JC/T2170—2013(2017)《太阳能光伏组件用减反射膜玻璃》、SJ/T11571—2016《光伏组件用超薄玻璃》、T/CPIA0028.1—2021《光伏组件用玻璃第1部分:前板减反射膜玻璃》、T/CPIA0028.2—2021《光伏组件用玻璃第2部分:双玻组件背板增反射镀层玻璃》。
表1对比了目前市场使用较多的光伏玻璃产品标准及标准对应的适用条件和范围。
表1 光伏玻璃相关产品标准
光伏玻璃在光伏组件中是主要的支撑部件,其安全性能对制备后组件的机械安全性能有决定性作用。
安全性能主要取决于所使用的原片玻璃的性能,通常考察的指标有抗冲击性能、碎片状态、耐热冲击性能、霰弹袋冲击性能、弯曲强度、耐静压性能。
抗冲击性能是采用610mm×610mm的同材质样品,使用直径为63.5mm(质量约为1040g)的表面光滑的钢球放在距离试样表面1000mm的高度,使其自由落下,观察玻璃是否破坏。
碎片状态采用成品尺寸样品,破碎后计算50mm×50mm范围内的碎片数量。
耐热冲击采用300mm×300mm样品,置于200℃的烘箱中,保温4h以上,取出后立即垂直浸入0℃的冰水混合物,5min后观察玻璃是否破坏。
霰弹袋冲击性能使用1930mm×864mm尺寸样品,分别在300mm、750mm和1200mm高度用冲击体自由落体冲击样品,如果破碎,在5min之内称量其10块最大碎片质量,并测量最长的无贯穿裂纹碎片的长度。
弯曲强度采用10片1100mm×360mm样品测试四点弯曲强度。
除此之外,GB/T30984.1—2015《太阳能用玻璃第1部分:超白压花玻璃》还对耐静压性能有2400Pa不破坏的要求。
表2中对上述6个标准中对应安全性能测试项目及要求进行了对比。
表2 不同标准安全性能测试项目及要求
从表2中可见,不同标准中抗冲击性能及耐热冲击性能均要求试验后样品不破坏,碎片状态根据玻璃的厚度和是否钢化会有差别,霰弹袋冲击性能在有要求的标准中基本一致,弯曲强度不同标准要求不同。
光伏玻璃在组件中的另一重要作用之一是为封装在内部的电池片提供入射光线,其对光伏组件的发电效率至关重要。
光伏玻璃的光学性能,通常用一定波长范围内透过玻璃样品的太阳光通量与入射太阳光通量的比值来衡量,即透光率或有效透射比。
由于晶体硅光伏组件电池在实际户外使用过程中,利用的光源为太阳光,故波长范围为太阳光有效波段380~1100nm,光学性能测试项目为太阳光有效透射比或光伏透射比。
表3 光学性能测试项目及要求
从表3中可见,透光率要求主要根据玻璃的厚度以及是否镀膜来划分,厚度越薄透光率要求越高,同时镀膜玻璃高于非镀膜玻璃。
且随着光伏玻璃制备技术的提升,标准T/CPIA0028.1—2021中对透光率提高了要求,而T/CPIA0028.2—2021中的背板玻璃主要考量其光伏反射比。
光伏组件要求有较长的使用寿命,市场一般要求其使用寿命不低于25年,在长时间户外使用过程中,光伏组件及其原辅材料的性能会有一定的衰减。
标准中通常用耐环境老化测试项目去模拟和评价产品在对应的实际使用环境中的耐老化性能,根据不同气候类型,主要考虑温度、湿度、紫外、热循环、酸碱度等气象因素,对应测试项目为耐湿冻性能、耐湿热性能、耐紫外性能、耐热循环性能、耐酸耐碱性能、耐中性盐雾性能等。
表4中对上述标准中相应的耐老化性能测试项目作比较,并对各个标准的性能要求进行了归纳。
表4 耐环境老化性能测试项目及要求
从表4中对比可见,不同标准耐环境老化性能测试项目有较大差别,但测试项目的技术要求基本一致,主要考量试验前后透光率的衰减及样品外观,且标准GB/T30984.1—2015、JC/T2170—2013(2017)及T/CPIA0028.1—2021中规定的耐环境老化性能项目较全面。
由于光伏组件产品所处户外环境为多应力环境,并非单一的应力因素,故采用常用标准中的耐环境老化性能项目并不能完全准确地模拟实际环境条件。
有研究者开发出复合老化方法及序列老化方法用以模拟实际不同典型区域的户外气象条件,如紫外湿热试验、紫外湿冻试验、紫外热循环试验等。
针对特殊的使用环境也会对光伏玻璃提出特殊要求,如沙漠地区对其耐紫外性能及耐砂尘等性能更加关注,水面环境对耐湿热性能有更高要求。
另外,为提高组件发电效率,当前光伏组件使用的玻璃一般为减反膜玻璃,膜层的微观结构及厚度也是考量光伏镀膜玻璃的一项重要指标。
在目前光伏玻璃市场使用较多的产品标准中,镀膜玻璃JC/T2170—2013(2017)《太阳能光伏组件用减反射膜玻璃》、T/CPIA0028.1—2021《光伏组件用玻璃第1部分:前板减反射膜玻璃》两项标准中测试项目相对更全面,同时技术要求也相对较高。
但随着光伏组件产品的高功率和大尺寸化发展,光伏玻璃的轻薄化、大尺寸化、应用环境多样化也是当前发展的重点方向,这意味着市场对光伏玻璃产品的各项性能都有了更高的要求。
除SJ/T11571—2016《光伏组件用超薄玻璃》可为特定厚度产品提供规范要求以外,还需要根据新型产品的技术特点制定更多适合光伏玻璃产品发展的新标准,共同促进光伏玻璃产品的良好有序发展。
来源:《光伏玻璃相关标准及检测项目概况》张栋兵,黄艳萍,无锡市检验检测认证研究院,国家太阳能光伏产品质量检验检测中心
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原文始发于微信公众号(艾邦光伏网):光伏玻璃相关标准及检测项目概况