能源是人们赖以生存发展的重要物质基础，关系着世界经济和人类社会的发展。随着世界经济的高速发展，能源消耗也急剧增加，传统的石油、煤炭等不可再生能源日渐紧缺。能源危机与由此引发的社会环境问题使世界各国开始大力开发包括太阳能在内的可再生能源，并积极提高其在能源结构中的比重，以期实现社会经济的可持续发展。太阳能是目前已知的可再生能源中最巨大最重要的基本能源，而太阳能光伏发电技术作为最具意义的太阳能利用技术，成为各国研究应用的热点。建筑能耗在能源消耗中占很大比重，建筑节能是各国节能工作的重点之一。在尽可能降低建筑能耗的大环境下，建筑界提出由建筑物本身产生能源的节能新概念，即“21世纪建筑”，光伏建筑一体化(BuildingInte盯atedphotovoltaie，BlpV)也于1991年应运而生。光伏建筑一体化技术是将太阳能光伏发电产品集成到建筑上的技术，使其不但具有护的功能，保证建筑安全防护要求，同时又能产生电能供建筑中电器使用ll]。它具有不污染环境、不占用土地、节省能源的优点。建筑能耗也是我国三大“耗能大户”之一，我国现有建筑的99%以上属高能耗建筑，单位建筑面积采暖能耗为发达国家的3倍以上[2]。我国近年来积极发展光伏产业，加速光伏建筑一体化应用，以促进我国太阳能利用与建筑节能技术的发展。国务院在2006年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006一2020年)》中也将“太阳光伏电池及利用技术”、“太阳能建筑一体化技术”列为能源领域优先发展的主题。 光伏玻璃是光伏组件不可或缺的组成材料之一。随着光伏产业及光伏建筑一体化的加速发展，光伏玻璃在光伏组件中的使用量也大幅度增长，光伏玻璃行业也逐渐发展壮大。而光伏玻璃不同于普通的平板玻璃和建筑玻璃，除了要满足一般玻璃的物理性能和安全性能外，还必须具备高透性、耐久性、电气安全性等特殊的要求。在对国内外有关建筑用光伏玻璃标准研究的基础上，结合我国光伏玻璃的发展及检测现状，探讨我国建筑用光伏玻璃检测技术和质量控制要求。 1光伏玻璃的种类 狭义上的光伏玻璃是指应用于光伏组件的玻璃，通常以单片形式作为晶体硅组件的盖板或薄膜电池组件的基板，如超白压花玻璃、透明导电氧化物镀膜玻璃等;从广义上讲，应用于光伏建筑一体化的BIPV光伏夹层玻璃组件与光伏中空玻璃组件也可定义为光伏玻璃，因为它们同时是建筑上的安全玻璃构件。 1.1单片光伏玻璃 单片光伏玻璃按照光伏组件中对玻璃的不同性能要求和所起的作用，可分为两类。一类为封装盖板玻璃，在光伏组件中起到封装保护、固定支撑和透光散射作用的玻璃，主要包括超白压花玻璃和超白浮法玻璃。另一类为透明导电氧化物镀膜玻璃(TCO玻璃)，除了有第一类玻璃的作用外，同时还具有传输电流的作用。此类玻璃是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。 1.2BIPv光伏玻璃组件 典型的BIPV光伏玻璃组件结构有夹层结构和中空结构两种，简称为光伏夹层玻璃和光伏中空玻璃。夹层结构即将晶体硅电池片置于两块玻璃中间，用胶片将三者粘结为一整体;或将非晶体硅电池片(如薄膜电池片)与玻璃用胶片粘结为一整体，电池片置于结构外侧，如图1、2所示。中空结构分为外置式和内置式两种。外置式是指将上述夹层结构作为中空结构的一块玻璃，与另一块玻璃合成中空结构;内置式是指将晶体硅或非晶体硅电池片置于中空玻璃中间空气层内，如图3、4所示。 2光伏玻璃检测技术和标准现状 2.1单片光伏玻璃 在单片光伏玻璃中，封装盖板玻璃的性能要求与检测方法没有相应的国际标准可参照，国内仅有行业标准JC理200卜2009《太阳电池用玻璃》对其作出了质量要求和检测方法的规定。针对透明导电氧化物镀膜玻璃(TCO玻璃)，国内外均无相应的产品标准。行业内对单片光伏玻璃的安全性能及光学性能较为关注。光伏玻璃对组件起封装保护、固定支撑的作用，且光伏建筑一体化的快速发展，需要光伏玻璃具备安全玻璃的性能。目前对单片光伏玻璃安全性能的检测方法通常参考建筑用钢化玻璃。单片光伏玻璃的光学性能主要是指透射比，是行业内最关注的性能。由于透射比的优劣直接影响光伏组件的光电转换效率，故行业内也将其作为光伏玻璃产品质量最重要的表征。目前，通常用建筑玻璃行业内的可见光透射比来定义光伏玻璃的透射比。但这种检测方法存在缺陷，会出现检测结果一致的光伏玻璃使用在相同配置的光伏组件上，光电转换率结果不同的情况。原因是光伏电池的光谱响应波长范围为4O0nm一1200nm，而可见光透射比的波长范围为380nm一78Onm，若直接以可见光透射比的值来代替光伏玻璃的透射比，忽略响应波长范围中近红外波段的透射比，则会引起透射比与实际光电转换率对应关系出错。虽然《太阳电池用玻璃》行业标准中除了可见光透射比外，还引进了太阳光直接透射比来表征玻璃的高透性，但波长范围的不一致降低了透射比表征产品质量优劣的准确性，这是目前对光伏玻璃透射比检测技术的不足之处。另外，对于透明导电氧化物镀膜玻璃(TCO玻璃)，除了安全性能和光学性能外，还需考虑其导电性能以及镀膜层的耐久性。此两项性能中，行业内较为关注导电性能，目前通常用方块电阻来表示，但尚无统一的技术指标;而对于镀膜层的耐久性则较为忽略，对其性能指标及检测方法均未有针对性的考虑。 2.2BIPV光伏玻璃组件 在光伏建筑一体化的应用中，BIPV光伏玻璃组件可用于建筑物幕墙、门窗、屋顶及遮阳系统等多个部位。目前，国内对BIPV光伏玻璃组件的检测侧重于建筑物完成后的整体性能的检测，如光伏玻璃幕墙与门窗的发电效率、气密性、水密性、抗风压性能，光伏遮阳系统的遮阳性能、隔热性能等。而对于BIPV光伏玻璃组件作为光伏发电组件的耐久性及作为建筑玻璃构件的安全性的技术指标及检测方法均未有针对性的考虑与设计。目前，行业内对BIPV光伏玻璃组件的耐久性能与安全性能的评价及检测，直接参考建筑用夹层玻璃和中空玻璃的国家标准。例如，对光伏中空玻璃组件的耐紫外线辐照、高温高湿、气候循环等耐久性能进行检测时，按照建筑用中空玻璃标准使试样暴露在的规定的环境条件内，而后以测试露点的方式判断中空玻璃是否失效，若未失效则表示检测通过;对光伏夹层玻璃的安全性能(如抗冲击性能、霞弹袋冲击性能等)进行检测时，若试样产生破坏，但胶层未被穿透或撕裂的程度在允许范围内，则安全性能检测通过。这种参考的检测方法和评价标准只能考察BIPV光伏玻璃组件作为建筑玻璃构件的性能，而忽略了BIPV光伏玻璃组件在经受环境暴露和冲击测试后，电池片是否还能正常工作、组件会否产生漏电等电气安全性能。目前的检测方法完全未考虑到BIPV光伏玻璃组件作为光伏发电组件的使用性能，存在较多缺陷。#p#分页标题#e# 3光伏玻璃主要性能及检测方法 鉴于光伏玻璃的使用越来越多，而其评价指标和检测技术尚存在不足，无法保证产品质量评价的全面性，制约了光伏玻璃生产与应用技术的发展。因此，光伏玻璃的性能评价技术指标及检测技术的研究显得极为迫切和重要。通过多年检测和研究工作经验，总结了国外检测技术之后，针对各类光伏玻璃组件的特性及使用情况，提出以下产品的技术要求和检测建议，以期对今后标准体系的完善提供帮助与参考。 3.1单片光伏玻璃主要性能及检测方法 单片光伏玻璃的主要性能包括光学性能、安全性能、耐久性能等，详见表1。其中，安全性能只用于评价钢化光伏玻璃。 3.1.1光学性能 单片形式光伏玻璃的光学性能应考虑有效波长透射比、雾度及铁含量二项指标。有效波长透射比不同于建筑玻璃的可见光透射比或太阳光直接透射比，是指光伏玻璃在光伏电池光谱响应波长范围(4O0nm一1200nm)的透射比，透射比的波长范围与响应波长范围一致才能正确表征光伏组件的光电转换率。对此性能进行检测时，可用分光光度计测得光伏玻璃的光谱透过率，而后参照国际标准1509050一2003《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》中的太阳光辐射相对光谱分布，对40Onm一1200nm波长范围的透过率进行计算，从而得到光伏玻璃的有效波长透射比。雾度与铁含量是从散射光与元素分析的角度表征光伏玻璃的光学性能。雾度是指透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。雾度表征光伏玻璃对透射光散射能力的性能参数，雾度值增大，可增加光伏电池吸收光的能力，从而提高光伏电池的光电转换效率。其检测方法可参考GB理2410一2008《透明塑料透光率和雾度的测定》。玻璃中的铁元素主要以Fe20:的形式存在，在玻璃生产过程中可通过玻璃原材料或生产设备中引人。FeZO:的存在能使玻璃着色，加大吸热率，从而降低玻璃的透射比。因此，光伏玻璃都为超白低铁玻璃，其铁含量一般在0.008%一0.02%之间，检测方法可依据GB厅1347一2008《钠钙硅玻璃化学分析方法》的规定进行。 3.1.2材料安全性能 参考我国建筑钢化玻璃国家标准GB157632一2005健筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》，分别从光伏玻璃在平面使用、立面使用、玻璃破碎以及遇高温的情况下，对光伏玻璃的安全性能进行考察。抗冲击性能是在光伏组件平面使用时，模拟高空坠物冲击，考察光伏玻璃是否能抵抗高空坠物冲击力，起到保护电池组件的作用。霞弹袋冲击性能是考察光伏组件以立面状态使用时，光伏玻璃抵抗撞击的能力。此项性能是摆锤式的撞击，模拟人体的肘关节或膝关节对玻璃产生突然撞击时的状态。碎片状态是光伏玻璃安全性能的另一项重要指标，用于评价光伏玻璃在破坏时的状态是否安全。光伏玻璃在破坏时碎片应成均匀的钝角小颗粒，不易对人体造成伤害。碎片状态性能的好坏可用破碎后任何50mmx50mm面积内的最小碎片数以及是否有长条形碎片存在来表征。耐热冲击性能是表征光伏玻璃热稳定性的参数，经过钢化后的光伏玻璃应可承受200摄氏度的温差，可用玻璃经200度温差变化后是否发生破裂来判断热稳定性的优劣。建筑用钢化玻璃的安全性能技术指标及检测技术已十分成熟，以上四项单片钢化光伏玻璃的安全性能可参考建筑用钢化玻璃的相关内容。由于光伏玻璃的厚度较建筑用玻璃的厚度薄，若相应的光伏组件不用于建筑物，则可依据光伏玻璃的特性降低其两项冲击性能的冲击力要求。 3.1.3导电性能及耐久性 TCO作为导电镀膜玻璃，其导电性能和耐久性是表征TCO玻璃质量的指标。导电性能是TCO玻璃的特性，是TCO玻璃作为薄膜电池基板应具备的最基本性能，而镀膜层的耐久性直接关系到薄膜电池组件的寿命。导电性能可用方块电阻值表征，电阻值越低，导电性能越好。耐久性主要包括耐磨性、耐酸性、耐碱性三项，检验方法可部分参照建筑行业镀膜玻璃的国家标准GB理18915.1一189152一2002《镀膜玻璃》。TCO玻璃表面是导电镀膜层，经过人工磨损、浸酸、浸碱等耐久考验后，应最后考察其导电性能有否受损。而建筑镀膜玻璃表面是光学镀膜层，耐久考验后考察的是其光学性能的降低率。 3.2BIPV光伏玻璃组件主要性能及检测方法 BIPV光伏玻璃组件的主要性能应包括安全性能、耐久性能、电气安全性能及防火性能，详见表2。 3.2.1材料安全性能 BIPV光伏玻璃组件首先应满足作为建筑安全玻璃构件的安全性能要求，建议通过抗冲击性能、霞弹袋冲击性能以及耐静荷载性能进行表征。抗冲击性能和霞弹袋冲击性能主要考察光伏夹层玻璃，两项性能的冲击力及冲击程序可直接参照GB15763.3一2009《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》标准进行。但是由于光伏夹层玻璃中间层有用于发电的光伏电池，检测方法及评价标准若只满足建筑玻璃要求，不考虑电池片受冲击后使用性能有否破坏，则在实际使用中也会引起严重的电气安全问题。因此，建议在冲击性能检测前先对BIPv光伏玻璃组件进行最大输出功率及绝缘性的测试。在每个冲击高度冲击完毕后再对此两项性能进行测试，以BIPv光伏玻璃组件不发生破坏、外观质量保持良好，且最大输出功率及绝缘性的衰减在要求范围内的最大冲击高度，对试件抗冲击性能和霞弹袋冲击性能进行性能分级。最大输出功率及绝缘性的相关内容详见本文3.2.3。耐静载荷性能是用于确定BIPV光伏玻璃组件经受雪、覆冰等静态载荷的能力，可采用在组件的前表面和背表面均匀施加静态荷载的方式模拟实际使用情况，组件在加压的全过程及加压后不产生外观缺陷、漏电、最大输出功率及绝缘性严重衰减等现象。 3.2.2耐久性能 太阳能光伏模块的使用寿命一般至少是20年至30年，因此耐久性能是表征BIPV光伏玻璃组件质量优劣的重要指标，且应从建筑玻璃构件及光伏组件两方面进行综合考虑。耐热性和耐湿性是考察光伏夹层玻璃在高温高湿工作环境下是否能满足使用要求，高温高湿耐久性和气候循环耐久性是考察光伏中空玻璃在高温高湿环境下是否能满足使用要求及长时间室外工作的寿命，而耐紫外辐照性试验是为了确定BIPv光伏玻璃组件承受太阳光中紫外线辐照的能力。对此五项性能的检测均为实验室检测技术，其检测技术及评价标准可参考GB15763.3一2009《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》及GB厅11944一2002《中空玻璃》标准。但在测试前后需增加对BIPv光伏玻璃组件最大输出功率及绝缘性的测试及比较，以防在实际高温高湿工作环境中BIPV光伏玻璃组件产生漏电等电气安全隐患。室外曝露试验可初步评价光伏玻璃经受室外条件曝晒的能力，揭示实验室试验中可能测不出来的综合衰减效应，是对实验室耐久性检测的补充。建议此项性能的检测可在GB厅4797.1一2005《电工电子产品自然环境条件温度和湿度》标准所规定的一般室外气候条件下，将BIPV光伏玻璃组件曝露在室外，使之受到一定的总辐射量，通过曝露试验后有否产生严重的外观缺陷、其绝缘电阻及最大输出功率的衰减是否满足相应要求来表征性能的优劣。#p#分页标题#e# 3.2.3电气安全性能 电气安全性能是BIPv光伏玻璃组件作为光伏发电组件的必备性能，建议通过最大输出功率、绝缘性、湿漏电流性能及引出端受力性能来表征。最大输出功率是光伏组件在标准试验条件下的电流—电压特性，此项性能的测定是为了确定BIPV光伏玻璃组件在各种安全性及耐久性试验前后的电性能变化。绝缘性的检测是为了确定光伏玻璃中的载流部分与玻璃边框或外部之间的绝缘是否良好，确保组件使用过程中不产生漏电现象。湿漏电流性能用于评估光伏玻璃在潮湿的工作条件下的绝缘性能，验证雨、雾、露水或融雪的湿气不能进人光伏玻璃内部电路的工作部分，如果湿气进人可能会引起腐蚀、漏电等安全事故。引出端受力性能用于确定引出端及其与BIPV光伏玻璃组件的附着是否能承受正常安装和操作过程中所受的力。电气安全性能评价指标及检测技术可直接参考现有地面用晶体硅光伏组件或地面用薄膜光伏组件标准: 3.2.4防火性能 预防火灾是安全工作的重中之重。对BIPv光伏玻璃组件进行防火性能测试，除了直接对光伏玻璃的耐火性能进行评估外，还应对旁路二极管耐热性能及热斑耐久性能进行评价，以降低BIPV光伏玻璃组件在使用过程中因过热而引起火灾发生的机率。耐火性能测试是为了对BIPV光伏玻璃组件的点燃性、火焰传播性及燃烧穿透性进行评估，其检测方法建议参考UL1703一31<Firetest>标准。旁路二极管耐热性能是评价旁路二极管的热设计及防止对光伏玻璃有害的热斑效应性能相对长期的可靠性。热斑耐久性的测试是为了确定光伏玻璃承受热斑加热效应的能力。热斑效应是指:当光伏玻璃中的一个电池或一组电池被遮光或损坏时，工作电流超过了该电池或电池组降低了的短路电流，在光伏玻璃中会发生热斑加热，此时受影响的电池或电池组被置于反向偏置状态，消耗功率，从而引起过热。旁路二极管耐热性能及热斑耐久性的评价指标及检测技术可参考现有地面用晶体硅光伏组件或地面用薄膜光伏组件标准。 4总结与思考 即将出台的《“十二五”太阳能光伏产业发展规划》中提出我国太阳能发电装机目标为到20巧年达10GW，折算到每年为ZGW，且政府将集中支持骨干光伏企业，提供资金、贷款等方面的扶持。相信未来几年我国光伏行业市场将大规模启动，光伏行业将迎来广阔的发展前景。《规划》也将光伏建筑一体化BIPV组件的生产技术列为十二五产业发展的重点，大力推广扩大光伏建筑一体化的应用。这也将带来光伏玻璃行业新的发展机遇。 目前，无论是各类光伏玻璃的产品标准，还是光伏玻璃主要性能的检测方法标准，都存在缺失。光伏玻璃的性能要求与检测方法也没有相应专业的国际标准可作参考。光伏玻璃行业尚缺乏完整的检测规范和质量检测体系，无法保证太阳能光伏产业的技术水平和产品质量，从而使产品的规范化和系列化的发展受到很大影响，这制约了太阳能光伏技术成果转化和工程化的进展ls]o针对目前光伏玻璃标准体系现状，应正确认识并合理把握对光伏玻璃主要性能，如光学性能、材料安全性能、耐久性能、电气安全性能及防火性能等的评价及检测技术，根据光伏玻璃产品的生产技术发展及实际使用性能要求，研究光伏玻璃特别是BIPv光伏玻璃组件，其符合光伏发电组件及建筑玻璃构件双重身份的技术要求、试验方法、检测规则及包装、运输、安装等一系列内容，编制符合我国国情的技术标准规范，并在此基础上争取上升为国际标准以填辛卜该领域的空白。
