2021-4-9 | 光伏技術論文
能源是人們賴以生存發展的重要物質基礎,關系著世界經濟和人類社會的發展。隨著世界經濟的高速發展,能源消耗也急劇增加,傳統的石油、煤炭等不可再生能源日漸緊缺。能源危機與由此引發的社會環境問題使世界各國開始大力開發包括太陽能在內的可再生能源,并積極提高其在能源結構中的比重,以期實現社會經濟的可持續發展。太陽能是目前已知的可再生能源中最巨大最重要的基本能源,而太陽能光伏發電技術作為最具意義的太陽能利用技術,成為各國研究應用的熱點。建筑能耗在能源消耗中占很大比重,建筑節能是各國節能工作的重點之一。在盡可能降低建筑能耗的大環境下,建筑界提出由建筑物本身產生能源的節能新概念,即“21世紀建筑”,光伏建筑一體化(BuildingInte盯atedphotovoltaie,BlpV)也于1991年應運而生。光伏建筑一體化技術是將太陽能光伏發電產品集成到建筑上的技術,使其不但具有外圍護的功能,保證建筑安全防護要求,同時又能產生電能供建筑中電器使用ll]。它具有不污染環境、不占用土地、節省能源的優點。建筑能耗也是我國三大“耗能大戶”之一,我國現有建筑的99%以上屬高能耗建筑,單位建筑面積采暖能耗為發達國家的3倍以上[2]。我國近年來積極發展光伏產業,加速光伏建筑一體化應用,以促進我國太陽能利用與建筑節能技術的發展。國務院在2006年發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006一2020年)》中也將“太陽光伏電池及利用技術”、“太陽能建筑一體化技術”列為能源領域優先發展的主題。
光伏玻璃是光伏組件不可或缺的組成材料之一。隨著光伏產業及光伏建筑一體化的加速發展,光伏玻璃在光伏組件中的使用量也大幅度增長,光伏玻璃行業也逐漸發展壯大。而光伏玻璃不同于普通的平板玻璃和建筑玻璃,除了要滿足一般玻璃的物理性能和安全性能外,還必須具備高透性、耐久性、電氣安全性等特殊的要求。在對國內外有關建筑用光伏玻璃標準研究的基礎上,結合我國光伏玻璃的發展及檢測現狀,探討我國建筑用光伏玻璃檢測技術和質量控制要求。
1光伏玻璃的種類
狹義上的光伏玻璃是指應用于光伏組件的玻璃,通常以單片形式作為晶體硅組件的蓋板或薄膜電池組件的基板,如超白壓花玻璃、透明導電氧化物鍍膜玻璃等;從廣義上講,應用于光伏建筑一體化的BIPV光伏夾層玻璃組件與光伏中空玻璃組件也可定義為光伏玻璃,因為它們同時是建筑上的安全玻璃構件。
1.1單片光伏玻璃
單片光伏玻璃按照光伏組件中對玻璃的不同性能要求和所起的作用,可分為兩類。一類為封裝蓋板玻璃,在光伏組件中起到封裝保護、固定支撐和透光散射作用的玻璃,主要包括超白壓花玻璃和超白浮法玻璃。另一類為透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃),除了有第一類玻璃的作用外,同時還具有傳輸電流的作用。此類玻璃是在平板玻璃表面通過物理或者化學鍍膜的方法均勻鍍上一層透明的導電氧化物薄膜,主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料。
1.2BIPv光伏玻璃組件
典型的BIPV光伏玻璃組件結構有夾層結構和中空結構兩種,簡稱為光伏夾層玻璃和光伏中空玻璃。夾層結構即將晶體硅電池片置于兩塊玻璃中間,用膠片將三者粘結為一整體;或將非晶體硅電池片(如薄膜電池片)與玻璃用膠片粘結為一整體,電池片置于結構外側,如圖1、2所示。中空結構分為外置式和內置式兩種。外置式是指將上述夾層結構作為中空結構的一塊玻璃,與另一塊玻璃合成中空結構;內置式是指將晶體硅或非晶體硅電池片置于中空玻璃中間空氣層內,如圖3、4所示。
2光伏玻璃檢測技術和標準現狀
2.1單片光伏玻璃
在單片光伏玻璃中,封裝蓋板玻璃的性能要求與檢測方法沒有相應的國際標準可參照,國內僅有行業標準JC理200卜2009《太陽電池用玻璃》對其作出了質量要求和檢測方法的規定。針對透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃),國內外均無相應的產品標準。行業內對單片光伏玻璃的安全性能及光學性能較為關注。光伏玻璃對組件起封裝保護、固定支撐的作用,且光伏建筑一體化的快速發展,需要光伏玻璃具備安全玻璃的性能。目前對單片光伏玻璃安全性能的檢測方法通常參考建筑用鋼化玻璃。單片光伏玻璃的光學性能主要是指透射比,是行業內最關注的性能。由于透射比的優劣直接影響光伏組件的光電轉換效率,故行業內也將其作為光伏玻璃產品質量最重要的表征。目前,通常用建筑玻璃行業內的可見光透射比來定義光伏玻璃的透射比。但這種檢測方法存在缺陷,會出現檢測結果一致的光伏玻璃使用在相同配置的光伏組件上,光電轉換率結果不同的情況。原因是光伏電池的光譜響應波長范圍為4O0nm一1200nm,而可見光透射比的波長范圍為380nm一78Onm,若直接以可見光透射比的值來代替光伏玻璃的透射比,忽略響應波長范圍中近紅外波段的透射比,則會引起透射比與實際光電轉換率對應關系出錯。雖然《太陽電池用玻璃》行業標準中除了可見光透射比外,還引進了太陽光直接透射比來表征玻璃的高透性,但波長范圍的不一致降低了透射比表征產品質量優劣的準確性,這是目前對光伏玻璃透射比檢測技術的不足之處。另外,對于透明導電氧化物鍍膜玻璃(TCO玻璃),除了安全性能和光學性能外,還需考慮其導電性能以及鍍膜層的耐久性。此兩項性能中,行業內較為關注導電性能,目前通常用方塊電阻來表示,但尚無統一的技術指標;而對于鍍膜層的耐久性則較為忽略,對其性能指標及檢測方法均未有針對性的考慮。
2.2BIPV光伏玻璃組件
在光伏建筑一體化的應用中,BIPV光伏玻璃組件可用于建筑物幕墻、門窗、屋頂及遮陽系統等多個部位。目前,國內對BIPV光伏玻璃組件的檢測側重于建筑物完成后的整體性能的檢測,如光伏玻璃幕墻與門窗的發電效率、氣密性、水密性、抗風壓性能,光伏遮陽系統的遮陽性能、隔熱性能等。而對于BIPV光伏玻璃組件作為光伏發電組件的耐久性及作為建筑玻璃構件的安全性的技術指標及檢測方法均未有針對性的考慮與設計。目前,行業內對BIPV光伏玻璃組件的耐久性能與安全性能的評價及檢測,直接參考建筑用夾層玻璃和中空玻璃的國家標準。例如,對光伏中空玻璃組件的耐紫外線輻照、高溫高濕、氣候循環等耐久性能進行檢測時,按照建筑用中空玻璃標準使試樣暴露在的規定的環境條件內,而后以測試露點的方式判斷中空玻璃是否失效,若未失效則表示檢測通過;對光伏夾層玻璃的安全性能(如抗沖擊性能、霞彈袋沖擊性能等)進行檢測時,若試樣產生破壞,但膠層未被穿透或撕裂的程度在允許范圍內,則安全性能檢測通過。這種參考的檢測方法和評價標準只能考察BIPV光伏玻璃組件作為建筑玻璃構件的性能,而忽略了BIPV光伏玻璃組件在經受環境暴露和沖擊測試后,電池片是否還能正常工作、組件會否產生漏電等電氣安全性能。目前的檢測方法完全未考慮到BIPV光伏玻璃組件作為光伏發電組件的使用性能,存在較多缺陷。