光伏组件封装材料总结之钢化玻璃

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  钢化玻璃又称强化玻璃。它是用物理的或化学的方法,在玻璃表面上形成一个压应力层,玻璃本身具有较高的抗压强度,不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时,这个压力层可将部分拉应力抵消,避免玻璃的碎裂,虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态,但玻璃的内部无缺陷存在,不会造成破坏,从而达到提高玻璃强度的目的。

  在光伏组件生产过程中,钢化玻璃是一种重要的辅料。组件的工作环境非常恶劣,如遇到冰雹等恶劣天气,对组件的辅料提出严厉的挑战。钢化玻璃作为组件的正面,能有效保护组件免受各种物体的撞击,起到保护组件的作用。


一、功能

  如前所述,钢化玻璃最重要的一个功能是保护组件免受伤害,除此之外,还具有封装、透光等作用。

  1.1、封装

  组件是这样生产出来的:将一定数量的电池片按一定的工艺排列、串联起来,然后用两层EVA将其上铺下盖包起来,再用玻璃和背板将EVA及电池片保护起来,然后通过层压机,利用EVA的热熔性将以上原辅料压合在一起,形成组件。所以钢化玻璃的第一个功能是作为封装材料将电池片封装起来。为了提高钢化玻璃与EVA的粘结强度,对其进行了压花设计,增大与EVA的接触面接,提高粘结强度。

  1.2、保护

  组件被生产出来之后,需要连续工作25年以上,又因为组件的工作环境比较恶劣:有些组件要工作的常年有大风的地方,风将石子等物体吹到组件上,会对组件造成伤害,还有可能遭遇恶劣天气如冰雹。钢化玻璃有较强的抗机械冲击能力,可以有效的保护组件内脆弱的电池片,使之不被破坏。

  另外,组件的绝缘性能有钢化玻璃的一份贡献,使组件免遭闪电击穿之险。

  1.3、透光

  未经层压的钢化玻璃透光不透明,对光线的透射率比较低,但是一旦经过层压,和熔融后的EVA粘合在一起,他的透光率就能超过91%以上,使电池片能够有效地吸收光线产生电能。同时,充份利用绒面和压花花型的漫反射原理,大大降低光线的反射率,使其具有在各种角度入射条件下,都有极高的太阳光透光率。


二、分类

  钢化玻璃有多种分类。

  按形状分为平面钢化玻璃和曲面钢化玻璃。平面钢化玻璃厚度有4、5、6、8、10、12、15、19mm八种;曲面钢化玻璃厚度有5、6、8mm三种。

  钢化玻璃按其外观质量分为:优等品、合格品两类。

  钢化玻璃按碎片状态分为: I类、Ⅱ类和Ⅲ类。

  光伏行业的钢化玻璃主要有超白压花钢化玻璃、热反射镀膜钢化玻璃。

  2.1、超白压花钢化玻璃

  超白压花玻璃是压花玻璃的一个新类别。超白压花是采用含铁量极低的矿石原料替代普通的玻璃矿石,采用和普通压花玻璃大致相同的工艺生产出来的透光率高、反射率低的压花玻璃。目前的超白压花玻璃主要应用于太阳能工业。 目前的主流产品也称为低铁钢化压花玻璃(一说称之为钢化绒面玻璃),厚度为3.2mm,在太阳能电池光谱响应的波长范围内(320~1100nm),透光率可达91%以上,对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。 压花玻璃有两个优点:首先,压花处理的玻璃与EVA的粘结强度大大增强,延长了组件的使用寿命;其次,压花设计充份利用压花花型的漫反射原理,大大降低光线的反射率,使其具有在各种角度入射条件下,都有极高的太阳光透光率。

  2.2、镀膜钢化玻璃

  镀膜玻璃(Reflective glass)也称反射玻璃。镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜,以改变玻璃的光学性能,满足某种特定要求。镀膜玻璃按产品的不同特性,可分为以下几类:热反射玻璃、低辐射玻璃、Low-E、导电膜玻璃等。 光伏行业常用的镀膜玻璃一般为热反射镀膜钢化玻璃。热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜,使产品呈丰富的色彩,对于可见光有相当的透射率,对红外线有较高的反射率,对紫外线有 较高吸收率,因此,也称为阳光控制玻璃。 镀膜玻璃的生产方法很多,主要有真空磁控溅射法、真空蒸发法、化学气相沉积法以及溶胶—凝胶法等。磁控溅射镀膜玻璃利用磁控溅射技术可以设计制造多层复杂膜系,可在白色的玻璃基片上镀出多种颜色,膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好,是目前生产和使用最多的产品之一。真空蒸发镀膜玻璃的品种和质量与磁控溅射镀膜玻璃相比均存在一定差距,已逐步被真空溅射法取代。化学气相沉积法是在浮法玻璃生产线上通入反应气体在灼热的玻璃表面分解,均匀地沉积在玻璃表面形成镀膜玻璃。该方法的特点是设备投入少、易调控,产品成本低、化学稳定性好,可进行热加工,是目前最有发展前途的生产方法之一。溶胶—凝胶法生产镀膜玻璃工艺简单,稳定性也好,不足之处是产品光透射比太高,装饰性较差。


三、生产工艺

  钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品,钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。

  物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度(600℃)时,通过自身的形变消除内部应力,然后将玻璃移出加热炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面,使其迅速且均匀地冷却至室温,即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态,一旦局部发生破损,便会发生应力释放,玻璃被破碎成无数小块,这些小的碎片没有尖锐棱角,不易伤人。在钢化玻璃的生产过程中,对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。而对产量影响最大的则是如何防止炸裂和变形。

  不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时,由于内外层降温速度的不同,表层急剧冷却收缩,而内层降温收缩迟缓。结果内层因被压缩受压应力,表层受张应力。随着玻璃的继续冷却,表层已经硬化停止收缩,而内层仍在降温收缩,直至到达室温。这样表层因受内层的压缩形成压应力,内层则形成张应力,并被永久的保留在钢化玻璃中。由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料,当超过抗张强度时玻璃即行破碎,所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。

  另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时,不论是加热不均,还是冷却不均,只要在同一块玻璃上有温差,就会有不同的收缩量。在降至室温时,温度越高的地方降温越多,收缩量越大,玻璃也就越短。相反温度越低的地方降温少,收缩量也小,玻璃也就长。一块玻璃如各处长短不一则势必发生板面翘曲。这样我们就不难理解玻璃为什么会变形以及怎样防止变形。


四、特点

  4. 1、安全

  钢化玻璃的承载能力增大,改善了其易碎性质,即使钢化玻璃被破坏也呈无锐角的小碎片,对人体的伤害极大地降低了。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有2~3倍的提高,一般可承受200摄氏度以上的温差变化,对防止热炸裂有明显的效果。

  4.2、高强度

  钢化玻璃的强度较之普通玻璃提高数倍:抗弯强度是普通玻璃的3~5倍,抗冲击强度是普通玻璃5~10倍,提高强度的同时亦提高了安全性。

  抗冲击试验是这样进行的:取玻璃试样610mm*610mm,用直径约为63.5mm(质量1040±10g)表面光滑的钢球放在距离试样1000mm高度,使其自由落下。冲击点应落在距中心25mm的范围内,对于每块试样的冲击仅进行一次。

  4.3、热稳定性

  钢化玻璃具有良好的热稳定性,能承受的温差是普通玻璃的3倍,可承受200℃的温差变化。对于工作在昼夜温差大的地区的组件,对于钢化玻璃的要求比较高,一般适合用热反射镀膜钢化玻璃。

  4.4、自爆

  钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆。自爆是钢化玻璃固有的特性之一。

  钢化玻璃在热处理完成以后及使用过程中,存在无直接外力的作用下发生自行爆裂的现象。据国外研究统计,自爆率一般为0.1%~0.3%。

  产生自爆的原因很多,简单地归纳以下几种:

  ①玻璃质量缺陷的影响

  A.玻璃中有结石、杂质:玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点,也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。

  结石存在于玻璃中,与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃,结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。

  B.玻璃中含有硫化镍结晶物

  硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在,直径在0.1—2㎜。外表呈金属状,这些杂夹物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07。只有NI1—XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。

  已知理论上的NIS在379℃时有一相变过程,从高温状态的a—NIS六方晶系转变为低温状态B—NI三方晶系过程中,伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现a—B态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部,则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在a—NIS,经过数年、数月也会慢慢转变到B态,在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。

  C.玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷,易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆

  ②钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。

  ③钢化程度的影响,实验证明,当钢化程度提高到1级/㎝时自爆数达20—25%。由此可见应力越大钢化程度越高,自爆量也越大。

  虽然正常使用是大家觉得钢化玻璃一般不会自曝,但是其实钢化玻璃的自曝率高达0.3%。当然了,出现了上述问题找厂家索赔还是要的

  解决自爆的对策主要有:控制钢化应力,均质处理(HST)等。其中对玻璃进行均质处理是最有效且根本的办法。均质处理的有效性取决于均质炉的性能及均质工艺,必须重视炉内玻璃放置方式、均质温度制度、炉内气流走向以及对均质自爆机理及影响因素等。均质处理(HST)是公认的彻底解决自爆问题的有效方法。将钢化玻璃再次加热到290℃左右并保温一定时间,使硫化镍在玻璃出厂前完成晶相转变,让今后可能自爆的玻璃在工厂内提前破碎。这种钢化后再次热处理的方法,国外称作“HeatSoakTest”,简称HST。我国通常将其译成“均质处理”,也俗称“引爆处理”。

  4使用不当。钢化玻璃最容易受力自爆的地方为边角部位,尤其是四个角。如果受到外力撞击,非常容易造成自爆。


五、玻璃清洗

  5.1、准备工作

  1、检查设备内的水有无杂质或异物。

  2、检查设备运转是否正常。

  5.2、作业流程

  1、在清洗机的两个水箱分别注水,水位略低于箱壁上的指示位置。

  2、将玻璃清洗机的主电源打到“ON”状态下,打开清洗机主电源。

  3、将玻璃清洗机的控制面板(如图1)上的“急停”按钮拔出,开关指示灯亮起。

  4、将温度显示器下方的温度“测量、设定”按钮拨到“设定”状态。旋转“温度设定”旋钮到135°,然后再把温度“测量、设定”按钮拨到“测量”状态。打开玻璃清洗机的“风机”,此时玻璃清洗机后方加热装置开始加热升温。

  5、待温度升至设定值时,分别按下“毛刷”(如下图)的绿色开关,使毛刷转动,按下“水泵”的绿色按钮使清洗机内的循环水循环,按下“传动”的绿色按钮,传动装置转动。

  

  6、将待清洗的玻璃用叉车拉至待清洗区,检查好玻璃是否符合生产要求,两人合力抬玻璃时,两手心向上横放在传送辊的中间(如下图),玻璃绒面朝上,连续进料时,玻璃间距约为1胶辊大小,出料时,两人合力抬下玻璃,放置在玻璃周转车上。

  

  7、将清洗完的玻璃放到玻璃周转车上(如下图),一侧放15块,一车放30块玻璃,将周转车推到排版区,供排版使用,使用完毕后推回待周转区。

  

  8、清洗结束后,分别按下“传动” “毛刷” “水泵” “风机”的红色按钮,然后按下急停开关,待指示灯灭后,最后把玻璃清洗机的主电源拨至“OFF”关闭主电源。

  5.3、操作注意事项

  1、检查玻璃的清洗是否符合生产要求,发现问题,应立即告知质检员,并做相应处理。

  2、检查玻璃清洗机的水位及水的质量、检查清洗后的玻璃质量。

  3、工作时必须着装整齐,戴手套。

  4、搬运玻璃时必须护好玻璃的四个角。

  5、不同指令单的合格与不合格品分别放置。

  6、将玻璃纸放置到放玻璃的纸箱内,禁止乱放。


六、注意事项

  6.1、包装与运输

  产品应用集装箱或木箱包装。每块玻璃应用塑料袋或纸包装,玻璃与包装箱之间用不易引起玻璃划伤等外观缺陷的轻软材料填实。具体要求应符合国家有关标准。 包装标志应符合国家有关标准的规定,每个包装箱应标明"朝上、轻搬正放、小心破碎、玻璃厚度、等级、厂名或商标"等字样。 产品所用各种类型的运输车辆、搬运规则等应符合国家有关规定。运输时,木箱不得平放或斜放,长度方向应与输送车辆运动方向相同,应有防雨等措施。 产品应垂直贮存在干燥、阴凉、通风的环境。

  6.2、使用

  1.钢化玻璃的四个角是最脆弱的地方,一旦受力过大,就会引起整块玻璃爆碎。抬玻璃的时候一定要注意,着力点尽量离开四个角。

  2.钢化玻璃分绒面和光滑面,绒面一定要更加认真的清洗,绒面要和EVA接触,所以使用的时候一定要戴手套。

  3.玻璃清洗要严格按照工艺要求进行,清洗完毕后,每块玻璃之间要错开放在周转车上。

  4.镀膜玻璃不可裸片叠放,避免膜层擦伤,影响使用效果。

  5.镀膜玻璃在装配时要配戴干燥、清洁手套,避免手直接接触膜面而产生指印。

  6.镀膜玻璃在使用过程中不小心产生污迹时,请使用无尘布沾取无水乙醇进行擦除。

  7.严禁使用硬度较强物质(美工刀、钢丝清洁球等)物品刮擦镀膜玻璃膜层,从而导致破坏膜层,影响使用效果。


附录

  镀膜玻璃使用说明

  搬运

  正确做法是戴干燥、清洁的无纺布手套,并接触玻璃边部。禁止用手接触膜面,由于手上有呢油脂,会导致玻璃表面留下指印。如不小心留下指印,请及时使用沾有无水乙醇的无尘布擦除。

  层压

  在层压固化时请用玻璃厂家的玻璃隔纸把高温布和镀膜玻璃隔离,这样能有效避免高温布上EVA在高温层压时残留在玻璃上,增加高温布使用寿命。

  标识

  请不要把流程卡用胶带沾到镀膜面上,因为撕下胶带后,会在膜面上留下印迹。

  装框

  装框时,保持台面清洁,避免膜面与台面直接接触,因为台面上可能存在的硅胶或灰尘会污染膜面。可以采取如图所示玻璃面朝上的状况方式,有效避免玻璃面受污染。

  装接线盒

  装接线盒时保持台面清洁,避免台上的灰尘等污染镀膜面。可以参见如图所示做法,膜面镂空,有效避免膜面受到可能的污染。

  清洁

  在最后清洁镀膜面时时,如发现膜面上有异物,请将酒精喷在镀膜面上,用干净的无防布轻轻擦拭玻璃表面。