孫麗莎 石強(qiáng)

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0 引言

在光伏行業(yè)的飛速發(fā)展中，光伏組件的應(yīng)用場景逐漸豐富，由大型地面電站開始轉(zhuǎn)向分布式光伏電站，發(fā)電組件逐漸應(yīng)用于屋頂、建筑幕墻等。應(yīng)用場景的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致客戶的需求發(fā)生變化，建筑物外觀一致性成為制約光伏建筑一體化（BIPV）發(fā)展的重要問題之一。作為光伏組件封裝材料的減反射低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃，玻璃表面色差等缺陷是影響組件外觀一致性的重要因素。低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃是在普通單層減反射鍍膜玻璃基礎(chǔ)上，采用溶膠輥涂工藝在玻璃表面涂覆雙層減反射薄膜，通過膜層色度值調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)玻璃表面的低色差，其表面色差更低，檢測難度較大。本文根據(jù)組件表面色差檢測方式以及玻璃表面色差檢測存在的問題，探討一種低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃的檢測方法。

1 光伏組件表面色差檢測

1.1 光伏組件結(jié)構(gòu)

光伏組件是由鍍膜鋼化玻璃面板玻璃、EVA膠膜、電池片、背板及鋁合金邊框組成。光伏組件經(jīng)過組裝后進(jìn)入層壓工序，通過層壓將組件內(nèi)空氣抽出，并加熱使EVA熔化將電池片、玻璃和背板粘接在一起，使整體更貼合，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 光伏組件結(jié)構(gòu)

1.2 色差問題

組件的色差主要體現(xiàn)在光伏玻璃板面的色差，玻璃色差是指玻璃之間或與目標(biāo)顏色間的顏色差異，也指同一片玻璃不同位置的顏色差異，分為透射色差和反射色差。光伏鍍膜玻璃色差主要關(guān)注的是反射色差，以DEab*表 示［1］。色差目前采用國家照明委員會(huì)CIE 1976年推薦的在視覺上近似 均 勻 的L*、a*、b*表 色 空 間 和 色 差 公 式 進(jìn) 行 表達(dá)，它是由明度指數(shù)L*和色品指數(shù)a*、b*組成三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)。任一物體的顏色都可以根據(jù)其L*、a*、b*值定位于表色空間的某一點(diǎn)，對(duì)于光伏鍍膜玻璃產(chǎn)品主要就是代表藍(lán)紫光的色度值b值（為負(fù)值、反射波長380～500 nm），代表紅光的色度值a值（正值或負(fù)值，對(duì)應(yīng)反射波長660～740 nm），色度值越接近0肉眼所感受到的顏色越淡。隨著玻璃鍍膜工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙層復(fù)合鍍膜技術(shù)可將a*、b*值控制在接近0且很小范圍內(nèi)，a值控制在（-0.5，0.5）、b值控制在（-3，0.5），使玻璃表面色差越來越小，不易觀察，具有一定的檢測難度。CIELab色空間示意如圖2所示。

圖2 CIELab色空間示意圖

1.3 組件色差檢測

針對(duì)光伏組件和玻璃的表面色差檢測問題，目前暫無在線檢測色差的相關(guān)設(shè)備，主要采用的仍是人工檢測或離線設(shè)備檢測。對(duì)于光伏組件的表面色差檢測，由于組件組成中有電池片、背板，在觀察組件面板玻璃色差時(shí)較為直觀，然而在面板玻璃單獨(dú)檢測色差時(shí)，由于是減反射高透玻璃，對(duì)于色差的檢測難度更大，只有在特定光線及角度下才能夠觀察到一定的色差問題。

目前光伏組件端的色差檢測有兩種方式，一是儀器檢測，二是人工檢測。儀器檢測是采用便攜式分光測色儀，通過所測組件玻璃表面a、b值是否在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)，從而判斷表面色差是否合格。人工檢測基本采用人工肉眼辨別的方式，具體方法為：將層壓后的組件橫向放置，微傾斜（傾斜角度與水平方向約70°），組件上方設(shè)置一組光源，用于照射組件表面，光照強(qiáng)度為800 Lux，檢測人員站在組件前方1.5 m左右位置觀察組件表面色差情況，通過表面反射光線判斷組件表面色差，檢測方式簡單、直觀。成品光伏組件具有整體性，組件層壓后，玻璃通過EVA與電池片及黑背板緊密貼合，內(nèi)部電池片和背板呈現(xiàn)黑色背景，黑色背景與待檢玻璃緊密貼合后可減少光線的反射、折射以及外界光環(huán)境影響，肉眼觀察時(shí)較容易分辨表面色差問題。

1.4 玻璃色差檢測

采用儀器對(duì)鍍膜玻璃進(jìn)行色差檢測時(shí)需要將玻璃放置于下方透明平臺(tái)上，測量玻璃表面5個(gè)位置點(diǎn)，根據(jù)CIELab均勻色度空間色差公式計(jì)算色差［2］，由于檢測位置的固定，對(duì)色差的判斷具有一定局限性，且過程較為繁瑣。采用人工肉眼檢測時(shí)，由于檢測環(huán)境的光線影響以及雙層減反射鍍膜玻璃的高透、低色差性能，對(duì)于色差的分辨極為困難。對(duì)于存在色差缺陷但又不明顯的情況，色差問題難以判定，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品流入客戶端制成光伏組件，由于組件結(jié)構(gòu)特性，組件端的色差現(xiàn)象被放大，被客戶投訴，也造成損失。

2 低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃的色差檢測

2.1 光照強(qiáng)度對(duì)色差觀察的影響分析

對(duì)于低色差鍍膜玻璃色差檢測進(jìn)行試驗(yàn)研究。首先分析光照強(qiáng)度對(duì)色差檢測的影響。選取一片具有一定色差的鍍膜玻璃，使用照度儀測量不同環(huán)境下的光照強(qiáng)度，判斷不同環(huán)境、不同光照強(qiáng)度下的色差觀察效果。根據(jù)室內(nèi)、室外不同的光照強(qiáng)度對(duì)色差觀察的效果進(jìn)行對(duì)比，得出最佳光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)（表1）。由于室外光照強(qiáng)度不可控，所以最佳方案是對(duì)室內(nèi)光線穩(wěn)定控制后進(jìn)行色差檢測，室內(nèi)有效光照強(qiáng)度約為2000 Lux。

表1 室內(nèi)外光照強(qiáng)度對(duì)色差觀察的影響

2.2 檢測背景對(duì)色差觀察的影響分析

玻璃的色差檢測通過采用模擬組件色差檢測時(shí)的玻璃狀態(tài)進(jìn)行。將黑色絨布平鋪于室內(nèi)的平臺(tái)上，絨布用水潤濕，將待檢玻璃壓花面放置于濕潤的黑絨布上，玻璃鍍膜面朝上，上方設(shè)置有燈組照射玻璃表面。此方式在室內(nèi)穩(wěn)定光源下進(jìn)行，采用濕潤的黑絨布目的是為了使玻璃與黑色背景貼合更緊密，減少縫隙內(nèi)光線干擾和折射現(xiàn)象的影響。黑色絨布可有效減少反射光線的影響，使得肉眼所見的反射光線大都來自于玻璃鍍膜面的反射光線，使鍍膜面的色差現(xiàn)象更加明顯，更有利于鍍膜玻璃表面的色差檢測。

2.3 色差觀察裝置的設(shè)計(jì)制作

根據(jù)低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃的特點(diǎn)和影響色差檢測的條件，設(shè)計(jì)制作了一種簡單的色差觀察裝置如圖3所示。

圖3 色差檢測架結(jié)構(gòu)

定向輪和萬向輪配合可將色差檢測架移動(dòng)至不同的場地對(duì)玻璃進(jìn)行色差觀察，一般在室內(nèi)穩(wěn)定光源環(huán)境下進(jìn)行色差檢測。平臺(tái)高度調(diào)節(jié)裝置處水平方向高度可調(diào)，可調(diào)整平臺(tái)不同觀察角度以達(dá)到最佳色差觀察效果。將黑色絨布平鋪于放置玻璃的平臺(tái)上，將待檢玻璃放置于平臺(tái)的絨布上進(jìn)行色差觀察。操作流程為：①將色差檢測架移動(dòng)至穩(wěn)定光源下，鎖緊萬向輪固定位置；②將濕潤的黑絨布均勻平鋪于平臺(tái)上；③將待檢玻璃抬至黑絨布上壓緊，鍍膜面向上；④調(diào)整平臺(tái)角度至合適位置，便于工作人員檢測。此裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可有效用于低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃表面色差檢測。

2.4 色差檢測的效果對(duì)比

挑選一片質(zhì)檢檢測不合格的低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃，放置于普通的檢測架上進(jìn)行人工檢測，通過反復(fù)觀察，不明顯的色差問題和顏色差異的位置難以確認(rèn)。將待檢玻璃放置于專用的色差檢測架上，通過調(diào)節(jié)平臺(tái)的水平角度，可以較明顯地觀察到玻璃存在的色差問題，并且可準(zhǔn)確判斷顏色差異的位置點(diǎn)。采用便攜式色差檢測儀（柯尼卡）對(duì)鍍膜玻璃人工檢測到的色差問題進(jìn)行驗(yàn)證，在待檢的鍍膜玻璃上圈出6個(gè)區(qū)域，如圖4所示，其中⑥號(hào)位置為觀察到的色差較明顯位置，⑤號(hào)位置處于玻璃中部。使用便攜式色差檢測儀分別測出①～⑥號(hào)位置的a、b、L值，根據(jù)CIELab均勻色度空間色差公式［2］DEab=［（DL）2+ （Da）2+ （Db）2］1/2計(jì)算出Da、Db、DL、DE的對(duì)應(yīng)值，測試數(shù)據(jù)見表2。其中Da1、Db1、DL1、DE1分別為①、②、③、④四處位置與⑤號(hào)參考位置的對(duì)比值；Da2、Db2、DL2、DE2分別為①、②、③、④四處位置與⑥號(hào)參考位置的對(duì)比值。根據(jù)計(jì)算得出的色差值DE可以看出，DE2明顯大于DE1，由此得出結(jié)論：⑥號(hào)參考位置的色差高于⑤號(hào)參考位置色差，使用專業(yè)的色差檢測儀器測試的位置色差情況與使用專用色差檢測架人工觀察到的玻璃色差情況一致。

3 鍍膜玻璃色差檢測方向

鍍膜玻璃的色差是個(gè)非常敏感的光學(xué)參數(shù)，尤其是雙層鍍膜高透低色差光伏玻璃，檢測環(huán)境對(duì)色差問題的判斷影響較大。隨著各大組件客戶對(duì)產(chǎn)品表面色差問題逐漸重視，色差的檢測與降低色差變得尤為重要。在后期的工作中，穩(wěn)定控制檢測環(huán)境以及色差缺陷的在線監(jiān)測將成為一大發(fā)展趨勢(shì)。以穩(wěn)定的檢測環(huán)境為基礎(chǔ)，采用色差檢測設(shè)備在線對(duì)輥道上移動(dòng)的玻璃進(jìn)行色差監(jiān)測，可根據(jù)玻璃移動(dòng)速度、尺寸以及檢測設(shè)備的位置，提取玻璃表面5～9個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分析計(jì)算出單片玻璃的色差。系統(tǒng)后臺(tái)記錄每片玻璃測量數(shù)據(jù)，通過對(duì)比判斷同一批玻璃片與片之間的表面色差情況。通過對(duì)單片玻璃和多片玻璃表面色差的監(jiān)測分析，及時(shí)改善調(diào)整鍍膜的工藝參數(shù)，最終完成從產(chǎn)品檢測到質(zhì)量控制的技術(shù)要求。

4 結(jié)語

由于低色差（美學(xué)）鍍膜玻璃納米級(jí)膜層厚度輥涂鍍膜工藝的局限性，其表面色差缺陷無法完全消除。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、避免不良品流入客戶端，在不影響生產(chǎn)效率、不增加生產(chǎn)成本的前提下，將出庫產(chǎn)品色差控制在組件端肉眼難以分辨的程度為宜。色差的檢測與剔除是目前最有效地防止不良品流入客戶端的手段，針對(duì)色差檢測，檢測環(huán)境的控制及檢測背景的選擇尤為重要，直接影響檢測的效率和準(zhǔn)確性。穩(wěn)定檢測環(huán)境中其它光源以及減少背景反射光線的干擾是有效進(jìn)行色差檢測的重要條件。