光伏玻璃抗衝擊性能的影響因素

發表於：2018-03-09 14:52:07     作者：田密 王波

來源：玻璃雜誌

1　研究背景

光伏玻璃作為光伏組件的重要組成部分，通過乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)和電池片及背板連接，起到對電池片的保護作用。隨著光伏行業的發展和競爭加劇，對組件的要求越來越高，在關注光伏玻璃透光率的同時，抗衝擊性能測試也被越來越多的組件廠家重視。

2　衝擊性能測試的追溯及標準現狀

衝擊測試破壞原理，根據ANSYS軟體的模擬分析，在衝擊過程的開始階段，衝擊點中心主要發生剪切破壞，隨著衝擊的進行，由壓縮波反射形成的拉伸波，使著彈點附近的失效區域不斷擴大，導致破壞向周圍延伸。當破壞的力量足夠，就發生了整體的破碎。當試樣較大時，如果在衝擊時衝擊點周圍沒有適當的支撐，如果在衝擊瞬間中心點變形越大，發生剪切的概率越高，就更加容易被破壞。

從h 高度自由落體，重力勢能是動能的1/2，從而可以獲得衝擊前的末速度。

用物理學中動量的計算公式：

P=mv (1)

式中：P —動量;

m —質量;

v —末速度。

在國際電工委員會(IEC)針對光伏組件頒布的《IEC 6121—2005 地面用晶體矽光伏組件(PV)：設計鑑定和定型》，第10.17條款「冰雹試驗」通過規定重量和速度的冰雹來模擬自然條件下的衝擊，表1測試條件中：最低的測試條件直徑為12.5 mm，質量為0.94 g，以16 m/s的試驗速度衝擊組件表面，該種測試條件下根據公式(1)計算，動量為0.015 kg·m/s;最高的測試條件直徑為75 mm，質量為203 g的冰球，以39.5 m/s的試驗速度衝擊組件表面，該種測試條件下根據公式(1)計算，動量為8.019 kg·m/s，範圍較大。

然而限於光伏玻璃生產企業的條件，顯然不便於使用「冰雹」來進行快捷、方便的測量，使用一定質量的鋼球來替代冰雹對光伏玻璃進行衝擊性能測試，不啻為一種更為便捷、有效、可行的替代性測試方法。衝擊性能作為一種破壞性測試，無法做到百分之百的檢驗，通常採取抽檢，其測試方法標準的發展經歷一定過程。

註：1. 在《GB 15763.2—2005建築用安全玻璃 第2部分：鋼化玻璃》，此標準是針對浮法玻璃，實驗要求中並未指明衝擊面;

2. 《GB/T 30984.1—2015 太陽能用玻璃 第1部分：超白壓花玻璃》在國家標準中將抗衝擊性能測試規定為「型式檢驗項目」，不要求作為出廠檢驗的項目。

在歐洲標準《EN12150-1：2015 建築玻璃-熱鋼化鈉鈣安全玻璃-第1部分：定義和描述》沒有對抗衝擊性能的測試要求。大部分國外的光伏企業對玻璃的衝擊性能沒有要求，國內客戶落球質量既有選擇1 040 g也有選擇227 g。國內外對鋼化玻璃表面應力要求存在差異，國外(EN12150)的標準中對於表面應力的要求為≥69 MPa，而在國標(GB/T15763.2)的表面應力≥90 MPa。

目前對衝擊性能測試要求莫衷一是，主要爭議點為：

(1)落球質量，選用227 g或是1 040 g;

(2)試樣尺寸，選用全尺寸，或是制樣610 mm×610 mm;

(3)判斷規則，選用以6片為1組，或是僅抽取1片作為整批代表。

根據公式(1)，兩種不同質量鋼球從1 000 mm高度下落的動量分別為：

P1040g=4.604 kg·m/s

P227g=1.005 kg·m/s

如果要達到衝量≥1 kg·m/s，在《IEC 6121-2005 地面用晶體矽光伏組件(PV)：設計鑑定和定型》中查到應滿足冰球直徑45 mm質量為43.9 g，以30.7 m/s的衝擊速度衝擊。在複雜的自然狀況下，影響冰雹衝擊相關因素有很多，不論落球質量是227 g還是1 040 g都是作為模擬冰雹測試，無法替代自然界複雜的狀況，具有一定的局限性。

3 衝擊測試的相關因素

3.1　不同尺寸的試樣及衝擊框和玻璃的衝擊情況

國標和行標中都有對試樣的尺寸規定，然而在實際操作中差異較大，有的按國標中規定尺寸，也有按照實際供貨尺寸。進行如下測試：試樣選取同原片線同等鋼化條件下的鋼化玻璃，使用質量為1 040 g的鋼球，從1 000 mm的高度衝擊試樣中間，試樣規格和衝擊框變化及測試結果見表2。

當衝擊試樣和衝擊框同為國標規定的610 mm×610 mm時，試樣最不易破碎;當衝擊試樣和衝擊框同尺寸且較大時，破碎的概率最高。

3.2　衝擊面、花紋深度和衝擊強度之間的關係

在光伏玻璃的國標和行標中對衝擊面要求「衝擊面為實際使用中朝向陽光一側」。現使用質量為1 040 g的鋼球，從1 000 mm的高度衝擊試樣的中間。選取測試條件和測試結果見表3。

結果表明，同等條件下，落球衝擊光伏玻璃的布紋面更不易破碎。

進一步研究花紋深度和抗衝擊試驗的關係，選取不同花紋深度的試樣，用質量為1 040 g鋼球進行衝擊，以5 cm為間隔不斷提升落球衝擊高度，花紋深度和落球衝擊高度對應點狀圖如圖1所示。

圖1　落球高度和花紋深度的散點圖

通過上述對比可以看出，在合理的範圍內，花紋深度越深，可以承受落球的衝擊高度越高。

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