梅金麗 林江平 曾敏 陳玉國(guó)

（中建材（宜興）新能源有限公司 宜興 214200）

0 引言

光伏玻璃是一種脆性材料，其機(jī)械強(qiáng)度包括抗彎強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度等。光伏玻璃作為目前光伏行業(yè)一種重要的封裝材料，其機(jī)械強(qiáng)度對(duì)組件的整體機(jī)械強(qiáng)度起著決定性的作用。

基于組件的使用環(huán)境，會(huì)遇到飛石、冰雹等惡劣環(huán)境，要求玻璃要有良好的抗沖擊性能。但目前業(yè)內(nèi)光伏玻璃和光伏組件抗沖擊強(qiáng)度檢測(cè)手段不同：光伏玻璃使用一定質(zhì)量的實(shí)心鋼球自由落體，沖擊玻璃表面來(lái)進(jìn)行抗沖擊強(qiáng)度測(cè)試。光伏組件通過(guò)冰雹試驗(yàn)進(jìn)行抗沖擊強(qiáng)度測(cè)試。

從光伏玻璃和光伏組件抗沖擊性能檢測(cè)手段的來(lái)源來(lái)看，光伏玻璃普遍沿用之前建筑玻璃抗沖擊檢測(cè)手段。建筑玻璃屬于一種安全玻璃，其主要用于建筑物上，為了降低玻璃破碎對(duì)人體的傷害，建筑玻璃對(duì)抗沖擊強(qiáng)度要求較高。而光伏玻璃用于光伏組件，光伏組件結(jié)構(gòu)一般為前板玻璃、封裝膠膜、電池串、封裝膠膜、復(fù)合PET/背板玻璃，經(jīng)過(guò)層壓封裝后成為一體，所以從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，光伏玻璃屬于夾層玻璃。光伏組件抗沖擊性能測(cè)試沿用IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)中冰雹試驗(yàn)，使用一定速度的冰球垂直撞擊組件正面不同位置，來(lái)模擬冰雹氣候?qū)M件的影響。冰雹試驗(yàn)更貼近于組件的真實(shí)使用需求。而光伏玻璃從用途以及結(jié)構(gòu)上有別于建筑玻璃，沿用建筑玻璃的標(biāo)準(zhǔn)，是否能滿足組件端的真實(shí)需求？

本文先對(duì)兩種檢測(cè)手段的理論能量進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，并設(shè)計(jì)組件鋼球和組件冰雹試驗(yàn)，從抗沖擊測(cè)試結(jié)果以及玻璃或冰球破碎時(shí)的形態(tài)方面來(lái)研究鋼球和冰雹兩種不同的檢測(cè)手段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

抗鋼球沖擊實(shí)驗(yàn)裝置滿足GB/T 34328—2017《輕質(zhì)物理強(qiáng)化玻璃》中抗沖擊性測(cè)試要求：鋼球質(zhì)量535 g，測(cè)試時(shí)鋼球從一定高度自由落體至玻璃表面。

冰雹實(shí)驗(yàn)滿足IEC 61215-2—2016《地面用光伏組件 設(shè)計(jì)鑒定和定型 第2部分：試驗(yàn)程序》中冰雹試驗(yàn)要求：冰球直徑25 mm，冰球質(zhì)量7.53 g，要求冰球發(fā)射速度可調(diào)。

1.2 試樣制備

選取同一批次的2.0 mm壓花面板玻璃和2.0 mm壓花背板玻璃，并搭配相同輔料（包括EVA、電池片、焊帶），制備2.0 mm＋2.0 mm雙玻組件試樣6塊，其中3塊用作組件鋼球試驗(yàn)，3塊用作組件冰雹試驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 玻璃抗沖擊能量和組件抗沖擊能量的理論計(jì)算

按照GB 15763.2—2005《建筑用安全玻璃第2部分：鋼化玻璃》和GB/T 34328—2017《輕質(zhì)物理強(qiáng)化玻璃》中玻璃抗沖擊性能要求，計(jì)算出不同厚度玻璃使用鋼球進(jìn)行抗沖擊測(cè)試時(shí)鋼球到達(dá)玻璃表面時(shí)的動(dòng)能，如表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)中不同厚度玻璃用鋼球進(jìn)行抗沖擊測(cè)試時(shí)的動(dòng)能

按照IEC 61215-2—2016《地面用光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型 第2部分：試驗(yàn)程序》中冰雹試驗(yàn)要求，計(jì)算出組件冰雹試驗(yàn)時(shí)冰球到達(dá)玻璃表面時(shí)的動(dòng)能，見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)中組件使用冰球進(jìn)行抗沖擊測(cè)試時(shí)的動(dòng)能

從表1和表2中的動(dòng)能來(lái)比較，玻璃鋼球抗沖擊測(cè)試要求整體要嚴(yán)于冰雹抗沖擊測(cè)試要求。

2.2 組件鋼球試驗(yàn)和組件冰雹試驗(yàn)

2.2.1 組件鋼球試驗(yàn)

使用535 g鋼球，起落高度從0.6 m開始，間隔高度0.1 m，對(duì)3塊試驗(yàn)組件進(jìn)行抗沖擊測(cè)試，沖擊面為組件正面。每次沖擊后對(duì)組件進(jìn)行電致發(fā)光（以下簡(jiǎn)稱EL）測(cè)試，觀察組件是否出現(xiàn)隱裂。當(dāng)正面或背面玻璃出現(xiàn)破損，該次實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

具體實(shí)驗(yàn)條件及結(jié)果見表3，正面玻璃的平均破碎高度為0.9 m，折合成動(dòng)能為4.8 J。

表3 組件落鋼球測(cè)試結(jié)果

2.2.2 組件冰雹試驗(yàn)

使用直徑25 mm，質(zhì)量7.53 g冰球，在標(biāo)準(zhǔn)條件下和非標(biāo)準(zhǔn)條件下（2倍標(biāo)準(zhǔn)速度,即4倍標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)能）進(jìn)行冰雹試驗(yàn)，每次沖擊后對(duì)組件進(jìn)行EL測(cè)試，觀察組件是否出現(xiàn)隱裂。當(dāng)正面或背面玻璃出現(xiàn)破損，該次實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

具體試驗(yàn)條件及結(jié)果見表4，以標(biāo)準(zhǔn)條件（動(dòng)能2 J）和非標(biāo)準(zhǔn)條件（動(dòng)能8 J）沖擊組件，組件正背面玻璃無(wú)完好無(wú)損，EL無(wú)隱裂。

表4 組件抗冰雹測(cè)試結(jié)果

從組件冰雹試驗(yàn)和組件落鋼球試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看：鋼球以4.8 J動(dòng)能沖擊組件時(shí)，正面玻璃會(huì)破碎；冰球以8 J動(dòng)能沖擊組件時(shí)，正面玻璃無(wú)破損，EL無(wú)隱裂。鋼球標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)于冰雹標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 玻璃破碎和冰球破碎形態(tài)

鋼球沖擊組件破損后，玻璃破碎形態(tài)如圖1所示。

圖1 玻璃破碎狀態(tài)

冰雹沖擊組件，玻璃表面正常，而冰雹會(huì)出現(xiàn)破損，破碎形態(tài)如圖2所示。

圖2 冰球破碎狀態(tài)

分析為鋼球的密度大（密度7.9×103kg/m3），沖擊玻璃時(shí)能量集中于一點(diǎn)，玻璃破碎時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的爆點(diǎn)（受力集中點(diǎn)）。而冰球的密度小（密度0.9×103kg/m3），沖擊玻璃時(shí)能量不足以使玻璃破碎，冰球會(huì)被彈散，即能量被分散。

從玻璃破碎和冰球破碎形態(tài)來(lái)看，鋼球標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)于冰雹標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）從玻璃抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)和組件抗冰雹沖擊標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)能來(lái)看：鋼球標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)于冰雹標(biāo)準(zhǔn)。

（2）從組件鋼球試驗(yàn)和組件冰雹試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看：鋼球以較小的動(dòng)能（4.8 J）沖擊組件時(shí)，玻璃會(huì)破碎，而冰球以4倍標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)能（8 J）沖擊組件時(shí)，正面玻璃無(wú)破損，EL無(wú)隱裂，說(shuō)明鋼球標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于冰雹標(biāo)準(zhǔn)。

（3）從破碎時(shí)玻璃或冰球形態(tài)來(lái)看：鋼球沖擊時(shí)，因鋼球密度大，能量集中，玻璃破碎時(shí)有明顯的爆點(diǎn)，而冰雹沖擊時(shí)，因冰雹密度小，冰雹會(huì)被打散，能量不集中，說(shuō)明鋼球標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)于冰雹標(biāo)準(zhǔn)。

（4）從光伏玻璃用途及標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源來(lái)看：光伏玻璃用于光伏組件上，屬于一種夾層玻璃，

而目前光伏玻璃標(biāo)準(zhǔn)沿用建筑用安全玻璃的標(biāo)準(zhǔn)，高于夾層玻璃的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前玻璃用鋼球抗沖擊測(cè)試方法和組件用冰雹抗沖擊測(cè)試方法并不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，從上述能量理論分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，鋼球抗沖擊測(cè)試方法遠(yuǎn)嚴(yán)于組件冰雹抗沖擊測(cè)試方法。玻璃的抗沖擊性能要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于組件抗沖擊性能實(shí)際需求，這會(huì)使得玻璃端性能要求過(guò)剩，導(dǎo)致玻璃成本的上升，不利于整個(gè)光伏行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。