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                                  光伏玻璃抗冲击性能的影响因素

                                   2020-07-28    125  

                                  1 研究背景

                                  光伏玻璃作为光伏组件的重要组成部分,通过乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)和电池片及背板连接,起到对电池片的保护作用。随着光伏行业的发展和竞争加剧,对组件的要求越来越高,在关注光伏玻璃透光率的同时,抗冲击性能测试也被越来越多的组件厂家重视。

                                  2 冲击性能测试的追溯及标准现状

                                  冲击测试破坏原理,根据ANSYS软件的模拟分析,在冲击过程的开始阶段,冲击点中心主要发生剪切破坏,随着冲击的进行,由压缩波反射形成的拉伸波,使着弹点附近的失效区域不断扩大,导致破坏向周围延伸。当破坏的力量足够,就发生了整体的破碎。当试样较大时,如果在冲击时冲击点周围没有适当的支撑,如果在冲击瞬间中心点变形越大,发生剪切的概率越高,就更加容易被破坏。

                                  从h 高度自由落体,重力势能是动能的1/2,从而可以获得冲击前的末速度。

                                  用物理学中动量的计算公式:

                                  P=mv (1)

                                  式中:P —动量;

                                  m —质量;

                                  v —末速度。

                                  在国际电工委员会(IEC)针对光伏组件颁布的《IEC 6121—2005 地面用晶体硅光伏组件(PV):设计鉴定和定型》,第10.17条款“冰雹试验”通过规定重量和速度的冰雹来模拟自然条件下的冲击,表1测试条件中:最低的测试条件直径为12.5 mm,质量为0.94 g,以16 m/s的试验速度冲击组件表面,该种测试条件下根据公式(1)计算,动量为0.015 kg·m/s;最高的测试条件直径为75 mm,质量为203 g的冰球,以39.5 m/s的试验速度冲击组件表面,该种测试条件下根据公式(1)计算,动量为8.019 kg·m/s,范围较大。

                                  然而限于光伏玻璃生产企业的条件,显然不便于使用“冰雹”来进行快捷、方便的测量,使用一定质量的钢球来替代冰雹对光伏玻璃进行冲击性能测试,不啻为一种更为便捷、有效、可行的替代性测试方法。冲击性能作为一种破坏性测试,无法做到百分之百的检验,通常采取抽检,其测试方法标准的发展经历一定过程。


                                  注:1. 在《GB 15763.2—2005建筑用安全玻璃 第2部分:钢化玻璃》,此标准是针对浮法玻璃,实验要求中并未指明冲击面;

                                  2. 《GB/T 30984.1—2015 太阳能用玻璃 第1部分:超白压花玻璃》在国家标准中将抗冲击性能测试规定为“型式检验项目”,不要求作为出厂检验的项目。

                                  在欧洲标准《EN12150-1:2015 建筑玻璃-热钢化钠钙安全玻璃-第1部分:定义和描述》没有对抗冲击性能的测试要求。大部分国外的光伏企业对玻璃的冲击性能没有要求,国内客户落球质量既有选择1 040 g也有选择227 g。国内外对钢化玻璃表面应力要求存在差异,国外(EN12150)的标准中对于表面应力的要求为≥69 MPa,而在国标(GB/T15763.2)的表面应力≥90 MPa。

                                  目前对冲击性能测试要求莫衷一是,主要争议点为:

                                  (1)落球质量,选用227 g或是1 040 g;

                                  (2)试样尺寸,选用全尺寸,或是制样610 mm×610 mm;

                                  (3)判断规则,选用以6片为1组,或是仅抽取1片作为整批代表。

                                  根据公式(1),两种不同质量钢球从1 000 mm高度下落的动量分别为:

                                  P1040g=4.604 kg·m/s

                                  P227g=1.005 kg·m/s

                                  如果要达到冲量≥1 kg·m/s,在《IEC 6121-2005 地面用晶体硅光伏组件(PV):设计鉴定和定型》中查到应满足冰球直径45 mm质量为43.9 g,以30.7 m/s的冲击速度冲击。在复杂的自然状况下,影响冰雹冲击相关因素有很多,不论落球质量是227 g还是1 040 g都是作为模拟冰雹测试,无法替代自然界复杂的状况,具有一定的局限性。

                                  3 冲击测试的相关因素

                                  3.1 不同尺寸的试样及冲击框和玻璃的冲击情况

                                  国标和行标中都有对试样的尺寸规定,然而在实际操作中差异较大,有的按国标中规定尺寸,也有按照实际供货尺寸。进行如下测试:试样选取同原片线同等钢化条件下的钢化玻璃,使用质量为1 040 g的钢球,从1 000 mm的高度冲击试样中间,试样规格和冲击框变化及测试结果见表2。


                                  当冲击试样和冲击框同为国标规定的610 mm×610 mm时,试样最不易破碎;当冲击试样和冲击框同尺寸且较大时,破碎的概率最高。

                                  3.2 冲击面、花纹深度和冲击强度之间的关系

                                  在光伏玻璃的国标和行标中对冲击面要求“冲击面为实际使用中朝向阳光一侧”。现使用质量为1 040 g的钢球,从1 000 mm的高度冲击试样的中间。选取测试条件和测试结果见表3。


                                  结果表明,同等条件下,落球冲击光伏玻璃的布纹面更不易破碎。

                                  进一步研究花纹深度和抗冲击试验的关系,选取不同花纹深度的试样,用质量为1 040 g钢球进行冲击,以5 cm为间隔不断提升落球冲击高度,花纹深度和落球冲击高度对应点状图如图1所示。


                                  图1 落球高度和花纹深度的散点图

                                  通过上述对比可以看出,在合理的范围内,花纹深度越深,可以承受落球的冲击高度越高。

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