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能源是人們賴以生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)系著世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展。隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源消耗也急劇增加，傳統(tǒng)的石油、煤炭等不可再生能源日漸緊缺。能源危機與由此引發(fā)的社會環(huán)境問題使世界各國開始大力開發(fā)包括太陽能在內(nèi)的可再生能源，并積極提高其在能源結(jié)構(gòu)中的比重，以期實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。太陽能是目前已知的可再生能源中最巨大最重要的基本能源，而太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為最具意義的太陽能利用技術(shù)，成為各國研究應(yīng)用的熱點。建筑能耗在能源消耗中占很大比重，建筑節(jié)能是各國節(jié)能工作的重點之一。在盡可能降低建筑能耗的大環(huán)境下，建筑界提出由建筑物本身產(chǎn)生能源的節(jié)能新概念，即“21世紀建筑”，光伏建筑一體化(BuildingInte盯atedphotovoltaie，BlpV)也于1991年應(yīng)運而生。光伏建筑一體化技術(shù)是將太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)，使其不但具有外圍護的功能，保證建筑安全防護要求，同時又能產(chǎn)生電能供建筑中電器使用ll]。它具有不污染環(huán)境、不占用土地、節(jié)省能源的優(yōu)點。建筑能耗也是我國三大“耗能大戶”之一，我國現(xiàn)有建筑的99%以上屬高能耗建筑，單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達國家的3倍以上[2]。我國近年來積極發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，加速光伏建筑一體化應(yīng)用，以促進我國太陽能利用與建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。國務(wù)院在2006年的《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006一2020年)》中也將“太陽光伏電池及利用技術(shù)”、“太陽能建筑一體化技術(shù)”列為能源領(lǐng)域優(yōu)先發(fā)展的主題。   光伏玻璃是光伏組件不可或缺的組成材料之一。隨著光伏產(chǎn)業(yè)及光伏建筑一體化的加速發(fā)展，光伏玻璃在光伏組件中的使用量也大幅度增長，光伏玻璃行業(yè)也逐漸發(fā)展壯大。而光伏玻璃不同于普通的平板玻璃和建筑玻璃，除了要滿足一般玻璃的物理性能和安全性能外，還必須具備高透性、耐久性、電氣安全性等特殊的要求。在對國內(nèi)外有關(guān)建筑用光伏玻璃標準研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國光伏玻璃的發(fā)展及檢測現(xiàn)狀，探討我國建筑用光伏玻璃檢測技術(shù)和質(zhì)量控制要求。   1光伏玻璃的種類   狹義上的光伏玻璃是指應(yīng)用于光伏組件的玻璃，通常以單片形式作為晶體硅組件的蓋板或薄膜電池組件的基板，如超白壓花玻璃、透明導電氧化物鍍膜玻璃等;從廣義上講，應(yīng)用于光伏建筑一體化的BIPV光伏夾層玻璃組件與光伏中空玻璃組件也可定義為光伏玻璃，因為它們同時是建筑上的安全玻璃構(gòu)件。   1.1單片光伏玻璃   單片光伏玻璃按照光伏組件中對玻璃的不同性能要求和所起的作用，可分為兩類。一類為封裝蓋板玻璃，在光伏組件中起到封裝保護、固定支撐和透光散射作用的玻璃，主要包括超白壓花玻璃和超白浮法玻璃。另一類為透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃)，除了有第一類玻璃的作用外，同時還具有傳輸電流的作用。此類玻璃是在平板玻璃表面通過物理或者化學鍍膜的方法均勻鍍上一層透明的導電氧化物薄膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。   1.2BIPv光伏玻璃組件   典型的BIPV光伏玻璃組件結(jié)構(gòu)有夾層結(jié)構(gòu)和中空結(jié)構(gòu)兩種，簡稱為光伏夾層玻璃和光伏中空玻璃。夾層結(jié)構(gòu)即將晶體硅電池片置于兩塊玻璃中間，用膠片將三者粘結(jié)為一整體;或?qū)⒎蔷w硅電池片(如薄膜電池片)與玻璃用膠片粘結(jié)為一整體，電池片置于結(jié)構(gòu)外側(cè)，如圖1、2所示。中空結(jié)構(gòu)分為外置式和內(nèi)置式兩種。外置式是指將上述夾層結(jié)構(gòu)作為中空結(jié)構(gòu)的一塊玻璃，與另一塊玻璃合成中空結(jié)構(gòu);內(nèi)置式是指將晶體硅或非晶體硅電池片置于中空玻璃中間空氣層內(nèi)，如圖3、4所示。   2光伏玻璃檢測技術(shù)和標準現(xiàn)狀   2.1單片光伏玻璃   在單片光伏玻璃中，封裝蓋板玻璃的性能要求與檢測方法沒有相應(yīng)的國際標準可參照，國內(nèi)僅有行業(yè)標準JC理200卜2009《太陽電池用玻璃》對其作出了質(zhì)量要求和檢測方法的規(guī)定。針對透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃)，國內(nèi)外均無相應(yīng)的產(chǎn)品標準。行業(yè)內(nèi)對單片光伏玻璃的安全性能及光學性能較為關(guān)注。光伏玻璃對組件起封裝保護、固定支撐的作用，且光伏建筑一體化的快速發(fā)展，需要光伏玻璃具備安全玻璃的性能。目前對單片光伏玻璃安全性能的檢測方法通常參考建筑用鋼化玻璃。單片光伏玻璃的光學性能主要是指透射比，是行業(yè)內(nèi)最關(guān)注的性能。由于透射比的優(yōu)劣直接影響光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率，故行業(yè)內(nèi)也將其作為光伏玻璃產(chǎn)品質(zhì)量最重要的表征。目前，通常用建筑玻璃行業(yè)內(nèi)的可見光透射比來定義光伏玻璃的透射比。但這種檢測方法存在缺陷，會出現(xiàn)檢測結(jié)果一致的光伏玻璃使用在相同配置的光伏組件上，光電轉(zhuǎn)換率結(jié)果不同的情況。原因是光伏電池的光譜響應(yīng)波長范圍為4O0nm一1200nm，而可見光透射比的波長范圍為380nm一78Onm，若直接以可見光透射比的值來代替光伏玻璃的透射比，忽略響應(yīng)波長范圍中近紅外波段的透射比，則會引起透射比與實際光電轉(zhuǎn)換率對應(yīng)關(guān)系出錯。雖然《太陽電池用玻璃》行業(yè)標準中除了可見光透射比外，還引進了太陽光直接透射比來表征玻璃的高透性，但波長范圍的不一致降低了透射比表征產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的準確性，這是目前對光伏玻璃透射比檢測技術(shù)的不足之處。另外，對于透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃)，除了安全性能和光學性能外，還需考慮其導電性能以及鍍膜層的耐久性。此兩項性能中，行業(yè)內(nèi)較為關(guān)注導電性能，目前通常用方塊電阻來表示，但尚無統(tǒng)一的技術(shù)指標;而對于鍍膜層的耐久性則較為忽略，對其性能指標及檢測方法均未有針對性的考慮。   2.2BIPV光伏玻璃組件   在光伏建筑一體化的應(yīng)用中，BIPV光伏玻璃組件可用于建筑物幕墻、門窗、屋頂及遮陽系統(tǒng)等多個部位。目前，國內(nèi)對BIPV光伏玻璃組件的檢測側(cè)重于建筑物完成后的整體性能的檢測，如光伏玻璃幕墻與門窗的發(fā)電效率、氣密性、水密性、抗風壓性能，光伏遮陽系統(tǒng)的遮陽性能、隔熱性能等。而對于BIPV光伏玻璃組件作為光伏發(fā)電組件的耐久性及作為建筑玻璃構(gòu)件的安全性的技術(shù)指標及檢測方法均未有針對性的考慮與設(shè)計。目前，行業(yè)內(nèi)對BIPV光伏玻璃組件的耐久性能與安全性能的評價及檢測，直接參考建筑用夾層玻璃和中空玻璃的國家標準。例如，對光伏中空玻璃組件的耐紫外線輻照、高溫高濕、氣候循環(huán)等耐久性能進行檢測時，按照建筑用中空玻璃標準使試樣暴露在的規(guī)定的環(huán)境條件內(nèi)，而后以測試露點的方式判斷中空玻璃是否失效，若未失效則表示檢測通過;對光伏夾層玻璃的安全性能(如抗沖擊性能、霞彈袋沖擊性能等)進行檢測時，若試樣產(chǎn)生破壞，但膠層未被穿透或撕裂的程度在允許范圍內(nèi)，則安全性能檢測通過。這種參考的檢測方法和評價標準只能考察BIPV光伏玻璃組件作為建筑玻璃構(gòu)件的性能，而忽略了BIPV光伏玻璃組件在經(jīng)受環(huán)境暴露和沖擊測試后，電池片是否還能正常工作、組件會否產(chǎn)生漏電等電氣安全性能。目前的檢測方法完全未考慮到BIPV光伏玻璃組件作為光伏發(fā)電組件的使用性能，存在較多缺陷。#p#分頁標題#e#   3光伏玻璃主要性能及檢測方法   鑒于光伏玻璃的使用越來越多，而其評價指標和檢測技術(shù)尚存在不足，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量評價的全面性，制約了光伏玻璃生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。因此，光伏玻璃的性能評價技術(shù)指標及檢測技術(shù)的研究顯得極為迫切和重要。通過多年檢測和研究工作經(jīng)驗，總結(jié)了國外檢測技術(shù)之后，針對各類光伏玻璃組件的特性及使用情況，提出以下產(chǎn)品的技術(shù)要求和檢測建議，以期對今后標準體系的完善提供幫助與參考。   3.1單片光伏玻璃主要性能及檢測方法   單片光伏玻璃的主要性能包括光學性能、安全性能、耐久性能等，詳見表1。其中，安全性能只用于評價鋼化光伏玻璃。   3.1.1光學性能   單片形式光伏玻璃的光學性能應(yīng)考慮有效波長透射比、霧度及鐵含量二項指標。有效波長透射比不同于建筑玻璃的可見光透射比或太陽光直接透射比，是指光伏玻璃在光伏電池光譜響應(yīng)波長范圍(4O0nm一1200nm)的透射比，透射比的波長范圍與響應(yīng)波長范圍一致才能正確表征光伏組件的光電轉(zhuǎn)換率。對此性能進行檢測時，可用分光光度計測得光伏玻璃的光譜透過率，而后參照國際標準1509050一2003《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》中的太陽光輻射相對光譜分布，對40Onm一1200nm波長范圍的透過率進行計算，從而得到光伏玻璃的有效波長透射比。霧度與鐵含量是從散射光與元素分析的角度表征光伏玻璃的光學性能。霧度是指透明或半透明材料的內(nèi)部或表面由于光漫射造成的云霧狀或混濁的外觀，以漫射的光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示。霧度表征光伏玻璃對透射光散射能力的性能參數(shù)，霧度值增大，可增加光伏電池吸收光的能力，從而提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。其檢測方法可參考GB理2410一2008《透明塑料透光率和霧度的測定》。玻璃中的鐵元素主要以Fe20:的形式存在，在玻璃生產(chǎn)過程中可通過玻璃原材料或生產(chǎn)設(shè)備中引人。FeZO:的存在能使玻璃著色，加大吸熱率，從而降低玻璃的透射比。因此，光伏玻璃都為超白低鐵玻璃，其鐵含量一般在0.008%一0.02%之間，檢測方法可依據(jù)GB廳1347一2008《鈉鈣硅玻璃化學分析方法》的規(guī)定進行。   3.1.2材料安全性能   參考我國建筑鋼化玻璃國家標準GB157632一2005健筑用安全玻璃第2部分:鋼化玻璃》，分別從光伏玻璃在平面使用、立面使用、玻璃破碎以及遇高溫的情況下，對光伏玻璃的安全性能進行考察?？箾_擊性能是在光伏組件平面使用時，模擬高空墜物沖擊，考察光伏玻璃是否能抵抗高空墜物沖擊力，起到保護電池組件的作用。霞彈袋沖擊性能是考察光伏組件以立面狀態(tài)使用時，光伏玻璃抵抗撞擊的能力。此項性能是擺錘式的撞擊，模擬人體的肘關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)對玻璃產(chǎn)生突然撞擊時的狀態(tài)。碎片狀態(tài)是光伏玻璃安全性能的另一項重要指標，用于評價光伏玻璃在破壞時的狀態(tài)是否安全。光伏玻璃在破壞時碎片應(yīng)成均勻的鈍角小顆粒，不易對人體造成傷害。碎片狀態(tài)性能的好壞可用破碎后任何50mmx50mm面積內(nèi)的最小碎片數(shù)以及是否有長條形碎片存在來表征。耐熱沖擊性能是表征光伏玻璃熱穩(wěn)定性的參數(shù)，經(jīng)過鋼化后的光伏玻璃應(yīng)可承受200攝氏度的溫差，可用玻璃經(jīng)200度溫差變化后是否發(fā)生破裂來判斷熱穩(wěn)定性的優(yōu)劣。建筑用鋼化玻璃的安全性能技術(shù)指標及檢測技術(shù)已十分成熟，以上四項單片鋼化光伏玻璃的安全性能可參考建筑用鋼化玻璃的相關(guān)內(nèi)容。由于光伏玻璃的厚度較建筑用玻璃的厚度薄，若相應(yīng)的光伏組件不用于建筑物，則可依據(jù)光伏玻璃的特性降低其兩項沖擊性能的沖擊力要求。   3.1.3導電性能及耐久性   TCO作為導電鍍膜玻璃，其導電性能和耐久性是表征TCO玻璃質(zhì)量的指標。導電性能是TCO玻璃的特性，是TCO玻璃作為薄膜電池基板應(yīng)具備的最基本性能，而鍍膜層的耐久性直接關(guān)系到薄膜電池組件的壽命。導電性能可用方塊電阻值表征，電阻值越低，導電性能越好。耐久性主要包括耐磨性、耐酸性、耐堿性三項，檢驗方法可部分參照建筑行業(yè)鍍膜玻璃的國家標準GB理18915.1一189152一2002《鍍膜玻璃》。TCO玻璃表面是導電鍍膜層，經(jīng)過人工磨損、浸酸、浸堿等耐久考驗后，應(yīng)最后考察其導電性能有否受損。而建筑鍍膜玻璃表面是光學鍍膜層，耐久考驗后考察的是其光學性能的降低率。   3.2BIPV光伏玻璃組件主要性能及檢測方法   BIPV光伏玻璃組件的主要性能應(yīng)包括安全性能、耐久性能、電氣安全性能及防火性能，詳見表2。   3.2.1材料安全性能   BIPV光伏玻璃組件首先應(yīng)滿足作為建筑安全玻璃構(gòu)件的安全性能要求，建議通過抗沖擊性能、霞彈袋沖擊性能以及耐靜荷載性能進行表征。抗沖擊性能和霞彈袋沖擊性能主要考察光伏夾層玻璃，兩項性能的沖擊力及沖擊程序可直接參照GB15763.3一2009《建筑用安全玻璃第3部分:夾層玻璃》標準進行。但是由于光伏夾層玻璃中間層有用于發(fā)電的光伏電池，檢測方法及評價標準若只滿足建筑玻璃要求，不考慮電池片受沖擊后使用性能有否破壞，則在實際使用中也會引起嚴重的電氣安全問題。因此，建議在沖擊性能檢測前先對BIPv光伏玻璃組件進行最大輸出功率及絕緣性的測試。在每個沖擊高度沖擊完畢后再對此兩項性能進行測試，以BIPv光伏玻璃組件不發(fā)生破壞、外觀質(zhì)量保持良好，且最大輸出功率及絕緣性的衰減在要求范圍內(nèi)的最大沖擊高度，對試件抗沖擊性能和霞彈袋沖擊性能進行性能分級。最大輸出功率及絕緣性的相關(guān)內(nèi)容詳見本文3.2.3。耐靜載荷性能是用于確定BIPV光伏玻璃組件經(jīng)受雪、覆冰等靜態(tài)載荷的能力，可采用在組件的前表面和背表面均勻施加靜態(tài)荷載的方式模擬實際使用情況，組件在加壓的全過程及加壓后不產(chǎn)生外觀缺陷、漏電、最大輸出功率及絕緣性嚴重衰減等現(xiàn)象。   3.2.2耐久性能   太陽能光伏模塊的使用壽命一般至少是20年至30年，因此耐久性能是表征BIPV光伏玻璃組件質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標，且應(yīng)從建筑玻璃構(gòu)件及光伏組件兩方面進行綜合考慮。耐熱性和耐濕性是考察光伏夾層玻璃在高溫高濕工作環(huán)境下是否能滿足使用要求，高溫高濕耐久性和氣候循環(huán)耐久性是考察光伏中空玻璃在高溫高濕環(huán)境下是否能滿足使用要求及長時間室外工作的壽命，而耐紫外輻照性試驗是為了確定BIPv光伏玻璃組件承受太陽光中紫外線輻照的能力。對此五項性能的檢測均為實驗室檢測技術(shù)，其檢測技術(shù)及評價標準可參考GB15763.3一2009《建筑用安全玻璃第3部分:夾層玻璃》及GB廳11944一2002《中空玻璃》標準。但在測試前后需增加對BIPv光伏玻璃組件最大輸出功率及絕緣性的測試及比較，以防在實際高溫高濕工作環(huán)境中BIPV光伏玻璃組件產(chǎn)生漏電等電氣安全隱患。室外曝露試驗可初步評價光伏玻璃經(jīng)受室外條件曝曬的能力，揭示實驗室試驗中可能測不出來的綜合衰減效應(yīng)，是對實驗室耐久性檢測的補充。建議此項性能的檢測可在GB廳4797.1一2005《電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件溫度和濕度》標準所規(guī)定的一般室外氣候條件下，將BIPV光伏玻璃組件曝露在室外，使之受到一定的總輻射量，通過曝露試驗后有否產(chǎn)生嚴重的外觀缺陷、其絕緣電阻及最大輸出功率的衰減是否滿足相應(yīng)要求來表征性能的優(yōu)劣。#p#分頁標題#e#   3.2.3電氣安全性能   電氣安全性能是BIPv光伏玻璃組件作為光伏發(fā)電組件的必備性能，建議通過最大輸出功率、絕緣性、濕漏電流性能及引出端受力性能來表征。最大輸出功率是光伏組件在標準試驗條件下的電流—電壓特性，此項性能的測定是為了確定BIPV光伏玻璃組件在各種安全性及耐久性試驗前后的電性能變化。絕緣性的檢測是為了確定光伏玻璃中的載流部分與玻璃邊框或外部之間的絕緣是否良好，確保組件使用過程中不產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。濕漏電流性能用于評估光伏玻璃在潮濕的工作條件下的絕緣性能，驗證雨、霧、露水或融雪的濕氣不能進人光伏玻璃內(nèi)部電路的工作部分，如果濕氣進人可能會引起腐蝕、漏電等安全事故。引出端受力性能用于確定引出端及其與BIPV光伏玻璃組件的附著是否能承受正常安裝和操作過程中所受的力。電氣安全性能評價指標及檢測技術(shù)可直接參考現(xiàn)有地面用晶體硅光伏組件或地面用薄膜光伏組件標準:   3.2.4防火性能   預(yù)防火災(zāi)是安全工作的重中之重。對BIPv光伏玻璃組件進行防火性能測試，除了直接對光伏玻璃的耐火性能進行評估外，還應(yīng)對旁路二極管耐熱性能及熱斑耐久性能進行評價，以降低BIPV光伏玻璃組件在使用過程中因過熱而引起火災(zāi)發(fā)生的機率。耐火性能測試是為了對BIPV光伏玻璃組件的點燃性、火焰?zhèn)鞑バ约叭紵┩感赃M行評估，其檢測方法建議參考UL1703一31<Firetest>標準。旁路二極管耐熱性能是評價旁路二極管的熱設(shè)計及防止對光伏玻璃有害的熱斑效應(yīng)性能相對長期的可靠性。熱斑耐久性的測試是為了確定光伏玻璃承受熱斑加熱效應(yīng)的能力。熱斑效應(yīng)是指:當光伏玻璃中的一個電池或一組電池被遮光或損壞時，工作電流超過了該電池或電池組降低了的短路電流，在光伏玻璃中會發(fā)生熱斑加熱，此時受影響的電池或電池組被置于反向偏置狀態(tài)，消耗功率，從而引起過熱。旁路二極管耐熱性能及熱斑耐久性的評價指標及檢測技術(shù)可參考現(xiàn)有地面用晶體硅光伏組件或地面用薄膜光伏組件標準。   4總結(jié)與思考   即將出臺的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出我國太陽能發(fā)電裝機目標為到20巧年達10GW，折算到每年為ZGW，且政府將集中支持骨干光伏企業(yè)，提供資金、貸款等方面的扶持。相信未來幾年我國光伏行業(yè)市場將大規(guī)模啟動，光伏行業(yè)將迎來廣闊的發(fā)展前景。《規(guī)劃》也將光伏建筑一體化BIPV組件的生產(chǎn)技術(shù)列為十二五產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點，大力推廣擴大光伏建筑一體化的應(yīng)用。這也將帶來光伏玻璃行業(yè)新的發(fā)展機遇。   目前，無論是各類光伏玻璃的產(chǎn)品標準，還是光伏玻璃主要性能的檢測方法標準，都存在缺失。光伏玻璃的性能要求與檢測方法也沒有相應(yīng)專業(yè)的國際標準可作參考。光伏玻璃行業(yè)尚缺乏完整的檢測規(guī)范和質(zhì)量檢測體系，無法保證太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，從而使產(chǎn)品的規(guī)范化和系列化的發(fā)展受到很大影響，這制約了太陽能光伏技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和工程化的進展ls]o針對目前光伏玻璃標準體系現(xiàn)狀，應(yīng)正確認識并合理把握對光伏玻璃主要性能，如光學性能、材料安全性能、耐久性能、電氣安全性能及防火性能等的評價及檢測技術(shù)，根據(jù)光伏玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展及實際使用性能要求，研究光伏玻璃特別是BIPv光伏玻璃組件，其符合光伏發(fā)電組件及建筑玻璃構(gòu)件雙重身份的技術(shù)要求、試驗方法、檢測規(guī)則及包裝、運輸、安裝等一系列內(nèi)容，編制符合我國國情的技術(shù)標準規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上爭取上升為國際標準以填辛卜該領(lǐng)域的空白。