光伏玻璃抗冲击性能的影响因素

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。