摘要：由于太阳能光伏组件在露天环境下使用，工作条件相当恶劣，要经受日光曝晒、酸雨、冷热冲击、沙尘、冰雹、海洋气候等自然环境的影响，在进行清洗、维修等正常维护时也可能受到机械损伤，这些都会对玻璃结构造成损伤，从而导致玻璃的太阳光透过率降低、光伏发电接收性能下降而影响发电效率。尤其是镀膜玻璃，镀膜层的损伤会导致太阳光有效透射比下降。因此，开展对太阳能组件用光伏玻璃耐久性能的研究显得尤为重要，能推动太阳能光伏玻璃行业的科技进步，提升生产企业的产品质量和竞争力，增强太阳能光伏玻璃的国际竞争力。
关键词：太阳能光伏用镀膜玻璃；耐久性能；检测方法；
光伏发电是全球可再生能源利用的重要组成部分，光伏玻璃是太阳能电池的关键部件，由于其在露天环境下使用，工作环境相当恶劣。目前现有的太阳能光伏用玻璃耐久性能要求及检测方法不够全面，只对单项指标进行考核，没有针对其实际经受的高温、高湿、盐雾环境、紫外辐射等组合环境情况进行综合评价。通过对太阳能光伏用镀膜玻璃的部分耐久性能指标（湿热-盐雾组合性能、湿热-紫外组合性能、湿冻-盐雾组合性能、湿冻-紫外组合性能、耐磨性能）的研究及探索，完善耐久性能要求及检测方法，并对不同的使用地区、环境分别规定相应的要求，为企业产品的工艺设计、质量改进和标准制定打下基础。
一、湿热-盐雾组合试验
1.试验目的。由于太阳能光伏组件要经受湿热-盐雾的循环考验，因此对镀膜玻璃经受湿热试验后再进行盐雾试验以考核其太阳光有效透射比及外观的变化。本项目采用2种试验方案进行。
2.方案1。试验方法及试验结果分析。测试试验前镀膜玻璃的太阳光有效透射比τ1，将样品经1000 h的湿热试验（温度85℃、相对湿度85%），再进行96 h中性盐雾试验（温度35℃、5%NaCl溶液），测试试验后太阳光有效透射比τ2，镀膜玻璃经湿热-盐雾组合（96 h）试验后，样品的太阳光有效透射比有较大衰减，并且有国产A和进口B两种样品的镀层出现了明显脱落、剥离现象。主要原因是：长期的湿热环境下破坏了镀膜层和玻璃的结合，使膜层损坏并引起玻璃自身的钠析出，生成氢氧化钠损伤膜层；加上后续盐雾导致镀膜层发生应力腐蚀，从而使膜层的硅氧硅键与玻璃表面的硅氧硅键断裂，损伤镀膜层，造成膜层开裂、脱落，导致太阳光有效透射比衰减。
3.方案2。试验方法及试验结果分析。测试试验前镀膜玻璃的太阳光有效透射比τ1，将样品经1000 h的湿热试验（温度85℃、相对湿度85%），再进行500 h中性盐雾试验（温度35℃、5%NaCl溶液），测试试验后太阳光有效透射比τ2，镀膜玻璃经湿热-盐雾组合（500 h）试验后，试样的太阳光有效透射比衰减明显比湿热-盐雾组合（96 h）大，并且四种样品的镀层均出现了明显脱落、剥离现象，主要原因是：长时间盐雾试验使镀膜层应力腐蚀严重，造成膜层严重开裂、脱落，导致太阳光有效透射比大幅下降。
二、湿热-紫外组合试验
1.试验目的。由于太阳能光伏组件要经受湿热-紫外的循环考验，因此方案1将镀膜玻璃经受湿热试验后再进行紫外试验；方案2将镀膜玻璃在湿热环境下同时进行紫外试验，分别考核其太阳光有效透射比及外观的变化。
2.方案1试验方法及试验结果。测试试验前样品的太阳光有效透射比τ1，经1000 h的湿热试验（温度85℃、相对湿度85%）后，再经受波长为280～385nm的紫外辐射15 kW•h/m2（其中波长为280～320 nm的紫外辐射≥5 kW•h/m2，试验温度60℃），测试试验后的太阳光有效透射比τ2，试样经湿热-紫外组合试验后，太阳光有效透射比有一定程度的衰减，有3种样品镀层出现了明显的剥离、斑纹现象。主要原因是：长期的湿热环境下破坏了镀膜层和玻璃的结合，并引起玻璃自身的钠析出，生成氢氧化钠损伤膜层；加上湿热试验后的紫外光辐照会导致镀膜层有机物氧化、分解，破坏膜层结构，导致太阳光有效透射比衰减。
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3.方案2试验方法及试验结果分析。测量试验前样品的太阳光有效透射比τ1，在湿热环境下（温度85℃、相对湿度85%），经受波长为280～385 nm的紫外辐射15 kW•h/m2（其中波长为280～320 nm的紫外辐射≥5kW•h/m2，试验温度60℃），测量样品试验后的太阳光有效透射比τ2，方案2（湿热和紫外试验同时进行）的太阳光有效透射比衰减值明显比方案1（先进行湿热试验后再进行紫外试验）大，并且四种样品镀层均出现了明显的剥离、斑纹现象。主要原因是：在高温、高湿下玻璃会水解，生成的氢氧化钠腐蚀镀膜层，生成的硅酸凝胶附在玻璃表面，同时紫外线对镀膜中物质的部分离子键有较大的破坏，影响镀膜层和玻璃的结合力，且紫外辐照又会导致镀膜层有机物氧化、分解，使膜层损坏，两种因素同时作用加剧了膜层的损伤，导致太阳光有效透射比衰减值增大。
三、湿冻-盐雾组合试验
由于太阳能光伏组件要经受湿冻-盐雾的循环考验，因此将镀膜玻璃通过湿冻试验后再进行盐雾试验考核其太阳光有效透射比及外观的变化。测试试验前样品的太阳光有效透射比τ1，经10次湿冻试验（温度85℃、相对湿度85%、保持20 h，然后将温度降至-40℃、保持0.5h），再进行96h中性盐雾试验（温度35℃、5%NaCl溶液），测试样品的太阳光有效透射比τ2，镀膜玻璃经湿冻-盐雾组合试验后，样品的太阳光有效透射比有较大的衰减，并且四种样品镀层均出现了不同程度的损伤，其中两种样品出现了明显脱落、剥离现象，主要原因是：在高温、高湿环境下，水分子会透过镀膜层到达膜层与玻璃的结合面，在低温下结冰破坏膜层结构，并在高温下膨胀损坏镀膜层分子结构。
四、湿冻-紫外组合试验
由于太阳能光伏组件要经受湿冻-紫外的循环考验，因此对镀膜玻璃经受湿冻试验后再进行紫外试验，考核其太阳光有效透射比及外观的变化。测试试验前样品的太阳光有效透射比τ1，经10次湿冻试验（温度85℃、相对湿度85%、历时20 h，然后将温度降至-40℃、历时0.5h），再经受波长为280～385nm的紫外辐射15 kW•h/m2（其中波长为280～320 nm的紫外辐射≥5 kW•h/m2，试验温度60℃），测试样品的太阳光有效透射比τ2，镀膜玻璃经湿冻-紫外组合试验后，太阳光有效透射比均有了一定程度的衰减，并且有两种样品镀层出现了明显剥离、起皱现象。
五、耐磨试验
由于太阳能光伏玻璃在其生产、运输、组件安装调试过程中会受到摩擦，以及在高风沙环境使用时受到的沙尘破坏；但由于耐砂尘试验相当复杂，因此采用简易的耐磨试验考核其太阳光有效透射比及外观的变化。测试试验前样品的太阳光有效透射比τ1，用硬度为HS56±2的塑料橡皮，制成表面光洁、尺寸为10 mm×10 mm的方形磨头，受检玻璃所受的压强为0.196 N/mm 2（配重后磨头总质量为2000 g），试验行程≥50 mm。试验步骤为：磨头在受检玻璃测试面（镀膜面）运动，来回1次为1个循环，共25个循环；取出受检样品，分别用去离子水和无水乙醇冲洗干净，并放置于100℃烘箱中0.5 h，冷却至室温后测试磨耗区域的太阳光有效透射比τ2，镀膜玻璃经耐磨试验后，太阳光有效透射比均有了一定程度的衰减，并且四种样品的镀层均出现一条明显的摩擦痕迹。主要原因是：镀膜层的结构比较疏松，膜层中SiO 2纳米球间、膜层与玻璃基体间的结合较差，造成的主要因素与镀膜液的配方有关。
通过对太阳能光伏组件用镀膜玻璃耐久性能项目（包括：湿热一盐雾性能、湿热一紫外性能、湿冻一盐雾性能、湿冻一紫外性能、耐磨性能）的试验和分析，初步找到了其长期使用和维护过程中产品的质量考核指标。经过研究分析，上述耐久性能项目是太阳能光伏组件用镀膜玻璃在实际使用中应该加以控制的，相关的试验方法是可行的，能及时发现产品设计、生产中的缺陷，提高生产企业在产品设计、工艺配方、生产制造、质量控制中的技术水平，避免太阳能光伏组件用镀膜玻璃使用一段时间后太阳光有效透射比下降而影响光伏发电效率。
参考文献：
[1]张霞，减反射镀膜光伏玻璃的可靠性及失效研究.2017.
[2]吕宏宇.浅谈太阳能光伏用玻璃耐久性能检测技术的研究.2017.
论文作者:唐高山
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/8
标签：太阳光论文; 玻璃论文; 湿热论文; 组合论文; 样品论文; 光伏论文; 太阳能论文; 《基层建设》2019年第18期论文;