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【光伏組件系列總結】最全面總結:鋼化玻璃
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鋼化玻璃

緒論

鋼化玻璃又稱強化玻璃。它是用物理的或化學的方法,在玻璃表面上形成一個壓應力層,玻璃本身具有較高的抗壓強度,不會造成破壞。當玻璃受到外力作用時,這個壓力層可將部分拉應力抵消,避免玻璃的碎裂,雖然鋼化玻璃內部處于較大的拉應力狀態,但玻璃的內部無缺陷存在,不會造成破壞,從而達到提高玻璃強度的目的。

在光伏組件生產過程中,鋼化玻璃是一種重要的輔料。組件的工作環境非常惡劣,如遇到冰雹等惡劣天氣,對組件的輔料提出嚴厲的挑戰。鋼化玻璃作為組件的正面,能有效保護組件免受各種物體的撞擊,起到保護組件的作用。

一、功能

如前所述,鋼化玻璃最重要的一個功能是保護組件免受傷害,除此之外,還具有封裝、透光等作用。

1.1、封裝

組件是這樣生產出來的:將一定數量的電池片按一定的工藝排列、串聯起來,然后用兩層EVA將其上鋪下蓋包起來,再用玻璃和背板將EVA及電池片保護起來,然后通過層壓機,利用EVA的熱熔性將以上原輔料壓合在一起,形成組件。所以鋼化玻璃的第一個功能是作為封裝材料將電池片封裝起來。為了提高鋼化玻璃與EVA的粘結強度,對其進行了壓花設計,增大與EVA的接觸面接,提高粘結強度。

1.2、保護

組件被生產出來之后,需要連續工作25年以上,又因為組件的工作環境比較惡劣:有些組件要工作的常年有大風的地方,風將石子等物體吹到組件上,會對組件造成傷害,還有可能遭遇惡劣天氣如冰雹。鋼化玻璃有較強的抗機械沖擊能力,可以有效的保護組件內脆弱的電池片,使之不被破壞。

另外,組件的絕緣性能有鋼化玻璃的一份貢獻,使組件免遭閃電擊穿之險。

1.3、透光

未經層壓的鋼化玻璃透光不透明,但是一旦經過層壓,和熔融后的EVA粘合在一起,他的透光率能超過91%以上,使電池片能夠有效地吸收光線產生電能。同時,充份利用絨面和壓花花型的漫反射原理,大大降低光線的反射率,使其具有在各種角度入射條件下,都有極高的太陽光透光率。

二、分類

鋼化玻璃有多種分類。

按形狀分為平面鋼化玻璃和曲面鋼化玻璃。平面鋼化玻璃厚度有4、5、6、8、10、12、15、19mm八種;曲面鋼化玻璃厚度有5、6、8mm三種。

鋼化玻璃按其外觀質量分為:優等品、合格品兩類。

鋼化玻璃按碎片狀態分為: I類、Ⅱ類和Ⅲ類。

光伏行業的鋼化玻璃主要有超白壓花鋼化玻璃、熱反射鍍膜鋼化玻璃。

2.1、超白壓花鋼化玻璃

超白壓花玻璃是壓花玻璃的一個新類別。超白壓花是采用含鐵量極低的礦石原料替代普通的玻璃礦石,采用和普通壓花玻璃大致相同的工藝生產出來的透光率高、反射率低的壓花玻璃。目前的超白壓花玻璃主要應用于太陽能工業。 目前的主流產品也稱為低鐵鋼化壓花玻璃(一說稱之為鋼化絨面玻璃),厚度為3.2mm,在太陽能電池光譜響應的波長范圍內(320~1100nm),透光率可達91%以上,對于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。 壓花玻璃有兩個優點:首先,壓花處理的玻璃與EVA的粘結強度大大增強,延長了組件的使用壽命;其次,壓花設計充份利用壓花花型的漫反射原理,大大降低光線的反射率,使其具有在各種角度入射條件下,都有極高的太陽光透光率。

2.2、鍍膜鋼化玻璃

鍍膜玻璃(Reflective glass)也稱減反射玻璃。鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜,以改變玻璃的光學性能,滿足某種特定要求。鍍膜玻璃按產品的不同特性,可分為以下幾類:熱反射玻璃、低輻射玻璃、Low-E、導電膜玻璃等。

光伏行業常用的鍍膜玻璃一般為熱反射鍍膜鋼化玻璃。熱反射玻璃一般是在玻璃表面鍍一層或多層諸如鉻、鈦或不銹鋼等金屬或其化合物組成的薄膜,使產品呈豐富的色彩,對于可見光有相當的透射率,對紅外線有較高的反射率,對紫外線有較高吸收率,因此,也稱為陽光控制玻璃。

鍍膜玻璃的生產方法很多,主要有真空磁控濺射法、真空蒸發法、化學氣相沉積法以及溶膠—凝膠法等。磁控濺射鍍膜玻璃利用磁控濺射技術可以設計制造多層復雜膜系,可在白色的玻璃基片上鍍出多種顏色,膜層的耐腐蝕和耐磨性能較好,是目前生產和使用最多的產品之一。真空蒸發鍍膜玻璃的品種和質量與磁控濺射鍍膜玻璃相比均存在一定差距,已逐步被真空濺射法取代?;瘜W氣相沉積法是在浮法玻璃生產線上通入反應氣體在灼熱的玻璃表面分解,均勻地沉積在玻璃表面形成鍍膜玻璃。該方法的特點是設備投入少、易調控,產品成本低、化學穩定性好,可進行熱加工,是目前最有發展前途的生產方法之一。溶膠—凝膠法生產鍍膜玻璃工藝簡單,穩定性也好,不足之處是產品光透射比太高,裝飾性較差。

三、生產工藝

鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產品,鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學鋼化法。

物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它是將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度(600℃)時,通過自身的形變消除內部應力,然后將玻璃移出加熱爐,再用多頭噴嘴將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面,使其迅速且均勻地冷卻至室溫,即可制得鋼化玻璃。這種玻璃處于內部受拉而外部受壓的應力狀態,一旦局部發生破損,便會發生應力釋放,玻璃被破碎成無數小塊,這些小的碎片沒有尖銳棱角,不易傷人。 在鋼化玻璃的生產過程中,對產品質量影響最大的當是如何使玻璃形成較大而均勻的內應力。而對產量影響最大的則是如何防止炸裂和變形。

不論是上述哪個影響因素都與玻璃的加熱和冷卻條件密切相關。當玻璃均勻加熱到鋼化溫度后驟然冷卻時,由于內外層降溫速度的不同,表層急劇冷卻收縮,而內層降溫收縮遲緩。結果內層因被壓縮受壓應力,表層受張應力。隨著玻璃的繼續冷卻,表層已經硬化停止收縮,而內層仍在降溫收縮,直至到達室溫。這樣表層因受內層的壓縮形成壓應力,內層則形成張應力,并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強而抗拉弱的脆性材料,當超過抗張強度時玻璃即行破碎,所以內應力的大小及其分布形式是影響玻璃強度及炸裂的主要原因。

另一種情況是玻璃在可塑狀態下冷卻時,不論是加熱不均,還是冷卻不均,只要在同一塊玻璃上有溫差,就會有不同的收縮量。在降至室溫時,溫度越高的地方降溫越多,收縮量越大,玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少,收縮量也小,玻璃也就長。一塊玻璃如各處長短不一則勢必發生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會變形以及怎樣防止變形。

四、特點

4. 1、安全

鋼化玻璃的承載能力增大,改善了其易碎性質,即使鋼化玻璃被破壞也呈無銳角的小碎片,對人體的傷害極大地降低了。鋼化玻璃的耐急冷急熱性質較之普通玻璃有2~3倍的提高,一般可承受200攝氏度以上的溫差變化,對防止熱炸裂有明顯的效果。

4.2、高強度

鋼化玻璃的強度較之普通玻璃提高數倍:抗彎強度是普通玻璃的3~5倍,抗沖擊強度是普通玻璃5~10倍,提高強度的同時亦提高了安全性。

抗沖擊試驗是這樣進行的:取玻璃試樣610mm*610mm,用直徑約為63.5mm(質量1040±10g)表面光滑的鋼球放在距離試樣1000mm高度,使其自由落下。沖擊點應落在距中心25mm的范圍內,對于每塊試樣的沖擊僅進行一次。

4.3、熱穩定性

鋼化玻璃具有良好的熱穩定性,能承受的溫差是普通玻璃的3倍,可承受200℃的溫差變化。對于工作在晝夜溫差大的地區的組件,對于鋼化玻璃的要求比較高,一般適合用熱反射鍍膜鋼化玻璃。

4.4、自爆

鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發生的自動性炸裂叫做鋼化玻璃的自爆。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一。

鋼化玻璃在熱處理完成以后及使用過程中,存在無直接外力的作用下發生自行爆裂的現象。據國外研究統計,自爆率一般為0.1%~0.3%。

產生自爆的原因很多,簡單地歸納以下幾種:

①玻璃質量缺陷的影響

A.玻璃中有結石、雜質:玻璃中有雜質是鋼化玻璃的薄弱點,也是應力集中處。特別是結石若處在鋼化玻璃的張應力區是導致炸裂的重要因素。

結石存在于玻璃中,與玻璃體有著不同的膨脹系數。玻璃鋼化后結石周圍裂紋區域的應力集中成倍地增加。當結石膨脹系數小于玻璃,結石周圍的切向應力處于受拉狀態。伴隨結石而存在的裂紋擴展極易發生。

B.玻璃中含有硫化鎳結晶物

硫化鎳夾雜物一般以結晶的小球體存在,直徑在0.1—2㎜。外表呈金屬狀,這些雜夾物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07。只有NI1—XS相是造成鋼化玻璃自發炸碎的主要原因。

已知理論上的NIS在379℃時有一相變過程,從高溫狀態的a—NIS六方晶系轉變為低溫狀態B—NI三方晶系過程中,伴隨出現2.38%的體積膨脹。這一結構在室溫時保存下來。如果以后玻璃受熱就可能迅速出現a—B態轉變。如果這些雜物在鋼化玻璃受張應力的內部,則體積膨脹會引起自發炸裂。如果室溫時存在a—NIS,經過數年、數月也會慢慢轉變到B態,在這一相變過程中體積緩慢增大未必造成內部破裂。

C.玻璃表面因加工過程或操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷,易造成應力集中或導致鋼化玻璃自爆。

②鋼化玻璃中應力分布不均勻、偏移

玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產生的溫度梯度不均勻、不對稱。使鋼化制品有自爆的趨向,有的在激冷時就產生“風爆”。如果張應力區偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成自爆。

③鋼化程度的影響,實驗證明,當鋼化程度提高到1級/㎝時自爆數達20—25%。由此可見應力越大鋼化程度越高,自爆量也越大。

雖然正常使用是大家覺得鋼化玻璃一般不會自曝,但是其實鋼化玻璃的自曝率高達0.3%。當然了,出現了上述問題找廠家索賠還是要的

解決自爆的對策主要有:控制鋼化應力,均質處理(HST)等。其中對玻璃進行均質處理是最有效且根本的辦法。均質處理的有效性取決于均質爐的性能及均質工藝,必須重視爐內玻璃放置方式、均質溫度制度、爐內氣流走向以及對均質自爆機理及影響因素等。均質處理(HST)是公認的徹底解決自爆問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時間,使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉變,讓今后可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。這種鋼化后再次熱處理的方法,國外稱作“HeatSoakTest”,簡稱HST。我國通常將其譯成“均質處理”,也俗稱“引爆處理”。

4使用不當。鋼化玻璃最容易受力自爆的地方為邊角部位,尤其是四個角。如果受到外力撞擊,非常容易造成自爆。

五、玻璃清洗

目前行業內鋼化玻璃一般為免清洗玻璃,尤其是鍍膜玻璃。個別公司設有玻璃清洗機進行線上清洗,本文暫不詳述,如有需要可聯系索取相關內容。

六、注意事項

6.1、包裝與運輸

產品應用集裝箱或木箱包裝。每塊玻璃應用塑料袋或紙包裝,玻璃與包裝箱之間用不易引起玻璃劃傷等外觀缺陷的輕軟材料填實。具體要求應符合國家有關標準。 包裝標志應符合國家有關標準的規定,每個包裝箱應標明"朝上、輕搬正放、小心破碎、玻璃厚度、等級、廠名或商標"等字樣。 產品所用各種類型的運輸車輛、搬運規則等應符合國家有關規定。運輸時,木箱不得平放或斜放,長度方向應與輸送車輛運動方向相同,應有防雨等措施。 產品應垂直貯存在干燥、陰涼、通風的環境。

6.2、使用

1.鋼化玻璃的四個角是最脆弱的地方,一旦受力過大,就會引起整塊玻璃爆碎。抬玻璃的時候一定要注意,著力點盡量離開四個角。

2.鋼化玻璃分絨面和光滑面,絨面一定要更加認真的清洗,絨面要和EVA接觸,所以使用的時候一定要戴手套。

3.玻璃清洗要嚴格按照工藝要求進行,清洗完畢后,每塊玻璃之間要錯開放在周轉車上。

4.鍍膜玻璃不可裸片疊放,避免膜層擦傷,影響使用效果。

5.鍍膜玻璃在裝配時要配戴干燥、清潔手套,避免手直接接觸膜面而產生指印。

6.鍍膜玻璃在使用過程中不小心產生污跡時,請使用無塵布沾取無水乙醇進行擦除。

7.嚴禁使用硬度較強物質(美工刀、鋼絲清潔球等)物品刮擦鍍膜玻璃膜層,從而導致破壞膜層,影響使用效果。

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