賈永鵬 匡猛 樊陽(yáng)波 李淳偉 朱瑾 王益群

關(guān)鍵詞：光伏建筑一體化，色差，透光率，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

光伏建筑一體化（ B u i l d i n g I n t e g r a t e dPhotovoltaic， BIPV）是一種將太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品集成到建筑物上的技術(shù)，具有不額外占用土地和實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)被廣泛推廣[1-3]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)新增房屋竣工面積40.83億平；按中國(guó)建研院的計(jì)算模式，以BIPV平均成本4.09元/W測(cè)算，2021年我國(guó)新增建筑光伏的市場(chǎng)規(guī)模約為1503億人民幣。另外，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球BIPV市場(chǎng)規(guī)模在2024年將達(dá)到500億美元，并以20.5%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增加。光伏組件是BIPV的重要組成部分，其光電轉(zhuǎn)換效率與BIPV的發(fā)電效率密切相關(guān)[4]。色差和透光率是光伏組件的關(guān)鍵控制性指標(biāo)，會(huì)直接影響光伏組件的吸光效率和穩(wěn)定性等。通過測(cè)試色差和透光率可以幫助制造商和銷售商確保光伏組件的質(zhì)量和一致性，從而提高使用者滿意度和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。標(biāo)準(zhǔn)化在促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量和加強(qiáng)國(guó)際貿(mào)易方面具有重要的領(lǐng)航作用；標(biāo)準(zhǔn)化工作可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[5]。本文基于GB/T 39135-2020和GB/T 40415-2021兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)光伏組件色差和透光率的測(cè)試方法進(jìn)行分析、解讀；最后，對(duì)BIPV領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化研究的可能發(fā)展方向及標(biāo)準(zhǔn)化助力BIPV產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景進(jìn)行了展望。

1 色差標(biāo)準(zhǔn)解讀

光伏組件的顏色差異，主要取決于封裝在組件內(nèi)的電池片，因此電池片顏色的統(tǒng)一性決定了光伏組件的色差大小[6]。然而，電池片主要由人工分選，不免出現(xiàn)錯(cuò)漏，為進(jìn)一步確保建筑物外觀的協(xié)調(diào)一致性，在光伏組件安裝前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行色差的檢測(cè)。GB/T 39135-2020從范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)試要求、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理和測(cè)試報(bào)告等方面，對(duì)色差的檢測(cè)方法進(jìn)行規(guī)范。

2.1 范圍

GB/T 39135-2020適用于平面建筑光伏玻璃組件的色差測(cè)試，規(guī)定了建筑光伏玻璃組件色差檢測(cè)方法的測(cè)試要求、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理和測(cè)試報(bào)告。

2.2 規(guī)范性引用文件

規(guī)范性引用文件是在標(biāo)準(zhǔn)中列出的其他文件，被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的一部分，因此在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和應(yīng)用過程中必須遵守。本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件分別是GB/T 7921-2008、GB/T 11942-1989、JC/T 2001-2009以及IEC 61215-2： 2016。

2.3 術(shù)語(yǔ)和定義

為方便理解與應(yīng)用， 此章節(jié)給出了6 條術(shù)語(yǔ)和定義。其中“封裝材料”引自IEC61730-1：2016，3.2.3，“色差”源自GB/T 5698-2001， 4.62，其他自命名術(shù)語(yǔ)包括“光伏玻璃組件、光伏玻璃組件色差、批量色差、片內(nèi)色差”。術(shù)語(yǔ)和定義概念清晰明確，不產(chǎn)生歧義，確保標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.4 測(cè)試要求

為規(guī)范對(duì)樣品的選擇以及測(cè)試設(shè)備的一致性，待測(cè)樣品要符合IEC 61215-2：2016中MQT 01的外觀要求。測(cè)試設(shè)備，即光譜光度計(jì)符合GB/T 11942-1989中4.2的規(guī)定，具體包括：（1）波長(zhǎng)400～700nm；（2）波長(zhǎng)半寬度在20nm以內(nèi)；（3）測(cè)試精度在測(cè)光范圍內(nèi)滿刻度的0.5以內(nèi)；（4）儀器的標(biāo)稱波長(zhǎng)與實(shí)際波長(zhǎng)的偏離值不大于0.5 nm。

2.5 測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理

測(cè)試方法包括抽樣方法、選點(diǎn)方法和色差測(cè)試方法。（1）抽樣方法：抽樣準(zhǔn)則根據(jù)JC/T 2001-2009中7.2.1的抽樣表進(jìn)行抽樣；產(chǎn)品批量大于1000片時(shí)，以1000片為一批再分批抽取試樣，如采用特殊的抽樣方法，抽樣原則需在報(bào)告中詳細(xì)說明。（2）選點(diǎn)方法：a）測(cè)量樣品組件的面積；b）在組件每平米中至少選取5個(gè)測(cè)試區(qū)域，不足1m2的也選取5個(gè)區(qū)域，這些測(cè)試區(qū)域均勻分布在組件有效發(fā)電區(qū)域內(nèi)；c）在每個(gè)測(cè)試區(qū)域隨機(jī)選取一個(gè)測(cè)試點(diǎn)；d）含主柵線的光伏玻璃組件，測(cè)試點(diǎn)處是否包含主柵線應(yīng)保持一致。（3）色差測(cè)試方法：a）按使用說明預(yù)熱儀器，分別用標(biāo)準(zhǔn)黑板和標(biāo)準(zhǔn)白板校準(zhǔn)儀器；b）對(duì)肉眼可分辨的明顯色差，可省去測(cè)試步驟直接在報(bào)告中記錄色差分布，肉眼可見但色差不明顯的用儀器測(cè)試；c）根據(jù)5.2描述的方法選點(diǎn)，分別將測(cè)試點(diǎn)置于儀器光斑，測(cè)試所有試樣點(diǎn)的明度值L、紅綠彩度值a和黃藍(lán)彩度值b，以L、a或b的最大值或最小值的試樣點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)；d）對(duì)于選取L、a或b的最大值或最小值，前后的選取原則應(yīng)保持一致；e）其余試樣值均與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的L、a或b進(jìn)行比較，分別計(jì)算色差。數(shù)據(jù)處理，根據(jù)GB/T 7921-2008中5.1.3的色差公式，計(jì)算出試樣的色差，數(shù)據(jù)處理結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后一位。

2.6 測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告應(yīng)至少包括下列信息：（1）題目；（2）實(shí)驗(yàn)室名稱、地址和完成測(cè)試的地點(diǎn)；（3）需要時(shí)，有客戶的名稱和地址；（4）試樣的名稱、標(biāo)識(shí)、樣品尺寸等；（5）儀器的名稱及型號(hào)；（6）每個(gè)試樣點(diǎn)L、a和b值，樣品ΔEb或ΔEs及其他必要的顏色信息；（7）樣品測(cè)試點(diǎn)的位置或樣片選點(diǎn)圖片；（8）需要時(shí)標(biāo)注收到測(cè)試樣品的日期和測(cè)試日期；（9）如采用特殊的抽樣方式，應(yīng)在報(bào)告中加以說明；（10）報(bào)告格式可參考附錄B的表B.1～表B.4。

3 透光率標(biāo)準(zhǔn)解讀

透光率是評(píng)價(jià)光伏組件光電轉(zhuǎn)換性能的重要指標(biāo)，直接影響組件的發(fā)電效率和穩(wěn)定性[7]。光伏玻璃是目前可大面積安裝的組件產(chǎn)品，透光率的高低直接影響室內(nèi)照明的能耗和人員的視覺效果。然而，光伏玻璃結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般包括前片玻璃、后片玻璃、電池、膠片和引線等。傳統(tǒng)的透光率測(cè)試方法，不適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光伏玻璃，因此制定適用于光伏玻璃透光率的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)十分必要。GB/T 40415-2021從范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、分類、測(cè)試環(huán)境及儀器要求、試樣、組件基礎(chǔ)透光率測(cè)試方法、組件透光率測(cè)試方法、測(cè)試報(bào)告，這9個(gè)方面對(duì)光伏玻璃透光率測(cè)試方法進(jìn)行規(guī)范。

3.1 范圍

GB/T 40415-2021給出了建筑用光伏玻璃組件的分類，規(guī)定了透光率測(cè)試的環(huán)境及儀器要求、試樣、基礎(chǔ)透光率測(cè)試方法、透光率測(cè)試方法和測(cè)試報(bào)告。適用于有采光要求的建筑用非中空平面型光伏玻璃組件透光率的測(cè)試。

3.2 規(guī)范性引用文件和術(shù)語(yǔ)定義

本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件是GB/T 2680。在術(shù)語(yǔ)和定義部分，本標(biāo)準(zhǔn)給出了“光伏玻璃組件、組件基礎(chǔ)透光率、透光區(qū)域面積比、組件透光率”4條術(shù)語(yǔ)和定義。術(shù)語(yǔ)和定義清晰明確，具有簡(jiǎn)明性和準(zhǔn)確性，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中盡可能避免歧義和誤解。

3.3 分類

根據(jù)組件實(shí)現(xiàn)透光方式的不同，本標(biāo)準(zhǔn)將組件分為以下3類。

（1）間距型組件

晶硅或薄膜電池間相互聯(lián)結(jié)并封裝在玻璃內(nèi)部形成的組件，電池間存在相當(dāng)間距使組件可以透光。

（2）刻蝕型組件

利用激光或機(jī)械的方式，在不透光的薄膜電池垂直于互聯(lián)線的方向，將部分區(qū)域的薄膜電池刻蝕掉后再封裝在玻璃中形成的組件。沉積電池所用基板玻璃作為下蓋板時(shí)，該組件稱為底襯式刻蝕型組件。沉積電池所用基板玻璃作為上蓋板時(shí)，該組件稱為頂襯式刻蝕型組件。由于部分薄膜電池被刻蝕，組件可以透光。

（3）自透型組件

薄膜光伏玻璃組件生產(chǎn)過程中，采用很薄的基體材料如：碲化鎘、銅銦鎵硒、非晶硅等，形成的前后電極均可透光的薄膜光伏玻璃組件。

3.4 測(cè)試環(huán)境及儀器要求

3.4.1 儀器要求

測(cè)試儀器具體要求如下：（1）穩(wěn)定的光源系統(tǒng)；（2）單色器；（3）能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)和強(qiáng)度相同平行光的系統(tǒng)；（4）擁有光電探測(cè)器和入射口的積分球，宜采用直徑不小于250 mm或相當(dāng)精度的積分球，當(dāng)選用其他尺寸積分球時(shí)，所有積分球開口的面積之和應(yīng)小于積分球內(nèi)表面積的4%；（5）長(zhǎng)度測(cè)量工具。

3.4.2 光源

光源要求如下：（1）波長(zhǎng)范圍380～780 nm；（2）波長(zhǎng)間距10 nm；（3）波長(zhǎng)準(zhǔn)確度±0.5 nm；（4）光度測(cè)量準(zhǔn)確度不超過1%，精確度不超過0.5%。

3.4.3 照明和探測(cè)的幾何條件

光譜透射比測(cè)定過程中，照明光束的光軸與試驗(yàn)表面法線的夾角不超過10°，照明光束中任意光線與光軸的夾角不超過3°。

3.4.4 環(huán)境溫度和濕度

測(cè)試時(shí)，環(huán)境溫度維持在（23±2） ℃，環(huán)境濕度保持在25%～55%的相對(duì)濕度范圍內(nèi)。

3.4.5 其他要求

在使用單光束一起測(cè)量透射比并要求達(dá)到較高精確度時(shí)，宜使用雙光束儀器校準(zhǔn)過的標(biāo)準(zhǔn)液。

3.5 試樣

3.5.1 試樣的一般要求

（1）試樣表面無(wú)灰塵、油污等污染物；

（2）試樣不應(yīng)有影響材料性能的缺陷，也不應(yīng)有對(duì)研究造成偏差的缺陷；

（3）基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣：a）對(duì)于間距型建筑用光伏玻璃組件，基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣采用同材質(zhì)的蓋板和背板（如組件中含鋼化玻璃，則鋼化玻璃用同材質(zhì)和同工藝生產(chǎn)的未鋼化玻璃代替）進(jìn)行層壓封裝后切割形成，試樣不包含電池、匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區(qū)域；b）對(duì)于刻蝕型建筑用光伏玻璃組件，基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣和刻蝕型建筑用光伏玻璃組件工藝一樣，如刻蝕型建筑用光伏玻璃組件含鋼化玻璃，則在基礎(chǔ)透光測(cè)試用試樣中采用同材質(zhì)和同工藝生產(chǎn)的未鋼化玻璃來(lái)代替鋼化玻璃，試樣不包含匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區(qū)域，試樣中薄膜電池用刻蝕工藝全部刻蝕掉；c）對(duì)于自透型建筑用光伏玻璃組件，基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣和自透型建筑用光伏玻璃組件工藝一樣，如自透型建筑用光伏玻璃組件含鋼化玻璃，則在基礎(chǔ)透光測(cè)試用試樣中采用同材質(zhì)和同工藝生產(chǎn)的未鋼化玻璃來(lái)代替鋼化玻璃，基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣不包含匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區(qū)域。自透型建筑用光伏玻璃組件薄膜電池區(qū)域外，如邊緣封裝區(qū)域也為透光區(qū)域，則這些區(qū)域也要相應(yīng)制樣。

3.5.2 試樣形狀和尺寸

組件基礎(chǔ)透光率測(cè)試用試樣，其試樣尺寸應(yīng)大到可以遮蓋住積分球的入口窗，建議試樣為100 mm× 100 mm的方塊。

3.5.3 試樣數(shù)量

無(wú)其他特殊要求下，每組3個(gè)試樣。

3.5.4 標(biāo)樣要求

采用空氣層作為參比標(biāo)樣。

3.6 組件基礎(chǔ)透光率測(cè)試方法

組件基礎(chǔ)透光率按GB/T 2680提供的方法測(cè)定。針對(duì)待測(cè)試樣，測(cè)量無(wú)試樣時(shí)入射光通量和有試樣時(shí)的總透射光通量，分別記為τ1 （ λ ） 和τ2（λ），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供的公式計(jì)算獲得被測(cè)試樣的可見光光譜透射比T（λ）。通過繪制曲線，得到被測(cè)試樣可見光光譜透射比函數(shù)曲線。組件的基礎(chǔ)透光率取3個(gè)樣品的基礎(chǔ)透光率加權(quán)平均值。

3.7 組件透光率測(cè)試

對(duì)于光伏玻璃這種不均一的產(chǎn)品，測(cè)試透光率時(shí)應(yīng)先測(cè)試透光區(qū)域的透光率（基礎(chǔ)透光率T0）；然后，測(cè)量透過區(qū)域面積占整體組件全部面積的比例，及組件透光區(qū)域面積比η；最后將基礎(chǔ)透光率T0和組件透光區(qū)域面積比η相乘計(jì)算得組件透光率T。

3.8 測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：（1）本文件編號(hào)；（2）試樣名稱；（3）試樣來(lái)源；（4）試樣尺寸、厚度；（5）測(cè)試儀器；（6）測(cè)試人員；（7）測(cè)試日期；（8）其他必要說明。

4 結(jié)語(yǔ)

BIPV組件是光伏產(chǎn)品和建筑的結(jié)合，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略意義重大。本文基于GB/T 39135-2020和GB/T 40415-2021兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、測(cè)試要求、分類、數(shù)據(jù)處理和測(cè)試報(bào)告等方面，對(duì)光伏玻璃組件色差和透光率的測(cè)試方法進(jìn)行規(guī)范。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是光伏玻璃組件評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成，是中國(guó)光伏玻璃組件分級(jí)評(píng)價(jià)的重要評(píng)價(jià)和采信依據(jù)。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中涉及的主要內(nèi)容和制定原則進(jìn)行了說明，以便于標(biāo)準(zhǔn)的推廣和使用。