光伏镀膜玻璃安全性能评价方法

黄艳萍 单演炎 潘胜

（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 无锡 214028）

0 引言

用于太阳能光伏组件的玻璃，在其表面涂覆有具备在特定波段范围内增加太阳光透射比功能的膜层，即为太阳能光伏用减反膜玻璃，俗称光伏镀膜玻璃［1］。光伏镀膜玻璃作为晶体硅光伏组件的重要部件之一，其产品安全性能指标主要取决于使用的玻璃原片［2］。根据镀膜玻璃的不同厚度，玻璃原片一般采用经过钢化处理的钢化玻璃或半钢化玻璃。钢化处理即通过物理或化学方法，通过温度梯度或原子间隙引起力学不均匀或者结构不均匀，从而使玻璃表面形成压应力层［3］，可以有效阻止玻璃表面微裂纹扩展，从而提升玻璃的力学性能和安全性能。光伏镀膜玻璃的安全性能一般体现在两个方面：一是玻璃受到一定范围内的冲击破碎时，碎片不会伤害人体安全，或伤害较小；二是玻璃受到一定范围内的冲击不破坏，能保证光伏组件产品的完整有效。

基于对光伏镀膜玻璃的实际使用过程中通常会面临的应力因素，光伏玻璃相关标准中对其安全性能检测项目和评价方法主要有：抗冲击性能、耐热冲击性能、碎片状态、霰弹袋冲击性能、弯曲强度、耐静压性能、表面应力。按照各指标的判定方法，可分为定性指标和定量指标。光伏镀膜玻璃按照热处理工艺来分，可以分为钢化镀膜玻璃和半钢化镀膜玻璃［4］，实际使用中，常用的3.2 mm厚度产品为钢化玻璃，2.0 mm及以下厚度产品为半钢化玻璃。

1 定性评价指标

1.1 抗冲击性能

抗冲击性能主要考量玻璃样品在受到外力冲击时是否破坏，是最基础的性能指标。一般采用落球试验来考量，冲击面保持水平，表面光滑的钢球置于距离试样表面中心位置1000 mm高度自由落体，看样品是否破坏。GB/T 41314—2022［4］对不同厚度玻璃使用的钢球做了区分，公称厚度≥3.2 mm时钢球质量为1040 g±10 g；2.0 mm≤公称厚度＜3.2 mm时钢球质量为227 g±2 g。

1.2 耐热冲击性能

耐热冲击性能主要考量玻璃样品在受到剧烈温度变化时是否破坏，也为最基础的性能指标。将玻璃试样置于烘箱中保温4 h以上，取出后立即将试样垂直浸入0 ℃的冰水混合物中，应保证试样高度的三分之一以上能浸入水中，5 min后观察玻璃是否破坏［1］。目前的相关标准中一般要求钢化玻璃对应的烘箱温度为200 ℃±2 ℃，半钢化玻璃对应的烘箱温度为100 ℃±2 ℃。

1.3 耐静压性能

耐静压性能通常用于评估光伏镀膜玻璃在持续压力下的是否破坏，一般适用于测试安装在组件正面的玻璃。按正面压强为2400 Pa设计，根据玻璃面积计算加载在表面施压的力值大小，测试一般使用水袋或沙袋均匀加载，加载时间为1 h。标准要求样品在2400 Pa静压下不破坏［5］。

1.4 冰雹试验与防火试验

冰雹试验与防火试验分别用于模拟极端气候条件下和起火条件下光伏镀膜玻璃的安全性能。两个项目一般不作为非光伏组件用玻璃的测试要求，是晶体硅光伏组件的安全性能指标，通常作为光伏镀膜玻璃验货和招投标要求。冰雹试验测试 条 件 参 照IEC 61215-2中4.1.7 hail test规 定 要求，采用一定质量直径为25 mm的冰球以23 m/s的速度水平冲击竖直放置的玻璃表面，观察玻璃是否破坏。防火试验测试条件参照IEC 61730-2中规定要求，按照防火等级A级要求进行火焰蔓延和燃块试验，试验后玻璃样品不起燃不破坏。

2 定量评价指标

2.1 碎片状态

玻璃中内应力的大小与分布的均匀程度是钢化程度的重要特征，所以宏观上利用破碎后钢化玻璃颗粒尺寸的大小及均匀程度来表征、检验、考核玻璃的钢化程度和玻璃中应力分布的均匀程度，颗粒尺寸随着钢化程度的增加而减小［6］。钢化玻璃国家标准中3 mm厚度对应要求在任何50 mm×50 mm范围内颗粒数大于30［7］，半钢化玻璃国家标准中要求碎片至少有一边延伸到非检查区域；当有碎片的任何一边不能延伸到非检查区域时，要求不能有两个及以上小岛碎片，不应有面积大于10 cm2的小岛碎片，且所有颗粒碎片的面积之和不应超过50 cm2［8］；但在放行条款中规定，当有碎片的任何一边不能延伸到非检查区域时，要求不能有三个及以上小岛碎片，所有“小岛”碎片和“颗粒”碎片的面积之和不应超过500 cm2［8］。

2.2 表面应力

玻璃钢化过程中，玻璃内部形成了张力，表面形成了压应力，在检测过程中通常用表面应力来考量，表面应力过小，玻璃强度不足，而表面应力过大，超过一定极限后易引发自爆［6］。国家标准中钢化玻璃表面应力要求≥90 MPa，半钢化玻璃的表面应力范围为24～60 MPa。对于钢化玻璃，张海梁等［9］建议为防止自爆率过高，表面应力不宜超过110 MPa。

2.3 霰弹袋冲击性能

霰弹袋冲击性能项目是模拟一个体重为45 kg的人在全速奔跑状态下，以头部冲击钢化玻璃引起伤害的风险，冲击高度可为300 mm、750 mm、1200 mm。国家标准中要求3 mm及以上钢化镀膜玻璃，霰弹袋在1200 mm下落时试样不破坏，如果玻璃破碎，每片试样的最大10片碎片质量的总合不超过相当于试样65 cm2面积的质量，保留在框内的任何无贯穿裂纹的玻璃碎片长度不超过120 mm；对3.0 mm以下半钢化镀膜玻璃则不做要求［4］。

2.4 弯曲强度

弯曲强度是指在特定条件下玻璃发生弯曲变形情况下承受破坏的最大载荷，弯曲破坏主要是由玻璃不均匀性引起的。当玻璃受到外力作用时，表面产生弯曲和拉伸，而内部则受到相反的压力，随着外力的增加，玻璃表面产生裂纹而进一步扩展到内部从而导致玻璃的断裂破坏。目前弯曲强度测试一般采用四点弯曲法。钢化玻璃国家标准中并未对弯曲强度做出明确规定，但对均质钢化玻璃有明确要求。而对于厚度为2～3 mm的光伏组件用超薄玻璃，国家标准GB/T 15763.4中明确规定其弯曲强度≥120 MPa。

3 结语

光伏镀膜玻璃的安全性能作为其应用前提，是品质保证和功能应用的基础，具有重要意义。一般采用抗冲击性能、耐热冲击性能、耐静压性能、碎片状态、表面应力、霰弹袋冲击性能、弯曲强度等指标作为光伏镀膜玻璃安全性能评价指标。在提升光伏镀膜玻璃光学性能和耐候性之前应先考察其安全性能是否满足标准要求和使用要求。