光伏建筑一體化色差和透光率測試標準解讀

賈永鵬 匡猛 樊陽波 李淳偉 朱瑾 王益群

關鍵詞：光伏建筑一體化，色差，透光率，測試標準

0 引言

光伏建筑一體化（ B u i l d i n g I n t e g r a t e dPhotovoltaic， BIPV）是一種將太陽能光伏產品集成到建筑物上的技術，具有不額外占用土地和實現建筑節能的優點，在全球范圍內被廣泛推廣[1-3]。據國家統計局公布的數據，2021年我國新增房屋竣工面積40.83億平；按中國建研院的計算模式，以BIPV平均成本4.09元/W測算，2021年我國新增建筑光伏的市場規模約為1503億人民幣。另外，相關機構預測，全球BIPV市場規模在2024年將達到500億美元，并以20.5%的年復合增長率持續增加。光伏組件是BIPV的重要組成部分，其光電轉換效率與BIPV的發電效率密切相關[4]。色差和透光率是光伏組件的關鍵控制性指標，會直接影響光伏組件的吸光效率和穩定性等。通過測試色差和透光率可以幫助制造商和銷售商確保光伏組件的質量和一致性，從而提高使用者滿意度和產品競爭力。標準化在促進技術創新、優化生產工藝、提升產品質量和加強國際貿易方面具有重要的領航作用；標準化工作可以產生可觀的經濟效益，促進國民經濟增長[5]。本文基于GB/T 39135-2020和GB/T 40415-2021兩項國家標準，對光伏組件色差和透光率的測試方法進行分析、解讀；最后，對BIPV領域標準化研究的可能發展方向及標準化助力BIPV產業發展的前景進行了展望。

1 色差標準解讀

光伏組件的顏色差異，主要取決于封裝在組件內的電池片，因此電池片顏色的統一性決定了光伏組件的色差大小[6]。然而，電池片主要由人工分選，不免出現錯漏，為進一步確保建筑物外觀的協調一致性，在光伏組件安裝前應對其進行色差的檢測。GB/T 39135-2020從范圍、規范性引用文件、術語和定義、測試要求、測試方法、數據處理和測試報告等方面，對色差的檢測方法進行規范。

2.1 范圍

GB/T 39135-2020適用于平面建筑光伏玻璃組件的色差測試，規定了建筑光伏玻璃組件色差檢測方法的測試要求、測試方法、數據處理和測試報告。

2.2 規范性引用文件

規范性引用文件是在標準中列出的其他文件，被認為是標準的一部分，因此在標準的實施和應用過程中必須遵守。本標準的規范性引用文件分別是GB/T 7921-2008、GB/T 11942-1989、JC/T 2001-2009以及IEC 61215-2： 2016。

2.3 術語和定義

為方便理解與應用， 此章節給出了6 條術語和定義。其中“封裝材料”引自IEC61730-1：2016，3.2.3，“色差”源自GB/T 5698-2001， 4.62，其他自命名術語包括“光伏玻璃組件、光伏玻璃組件色差、批量色差、片內色差”。術語和定義概念清晰明確，不產生歧義，確保標準的嚴謹性。

2.4 測試要求

為規范對樣品的選擇以及測試設備的一致性，待測樣品要符合IEC 61215-2：2016中MQT 01的外觀要求。測試設備，即光譜光度計符合GB/T 11942-1989中4.2的規定，具體包括：（1）波長400～700nm；（2）波長半寬度在20nm以內；（3）測試精度在測光范圍內滿刻度的0.5以內；（4）儀器的標稱波長與實際波長的偏離值不大于0.5 nm。

2.5 測試方法和數據處理

測試方法包括抽樣方法、選點方法和色差測試方法。（1）抽樣方法：抽樣準則根據JC/T 2001-2009中7.2.1的抽樣表進行抽樣；產品批量大于1000片時，以1000片為一批再分批抽取試樣，如采用特殊的抽樣方法，抽樣原則需在報告中詳細說明。（2）選點方法：a）測量樣品組件的面積；b）在組件每平米中至少選取5個測試區域，不足1m2的也選取5個區域，這些測試區域均勻分布在組件有效發電區域內；c）在每個測試區域隨機選取一個測試點；d）含主柵線的光伏玻璃組件，測試點處是否包含主柵線應保持一致。（3）色差測試方法：a）按使用說明預熱儀器，分別用標準黑板和標準白板校準儀器；b）對肉眼可分辨的明顯色差，可省去測試步驟直接在報告中記錄色差分布，肉眼可見但色差不明顯的用儀器測試；c）根據5.2描述的方法選點，分別將測試點置于儀器光斑，測試所有試樣點的明度值L、紅綠彩度值a和黃藍彩度值b，以L、a或b的最大值或最小值的試樣點作為標準點；d）對于選取L、a或b的最大值或最小值，前后的選取原則應保持一致；e）其余試樣值均與標準點的L、a或b進行比較，分別計算色差。數據處理，根據GB/T 7921-2008中5.1.3的色差公式，計算出試樣的色差，數據處理結果精確至小數點后一位。

2.6 測試報告

測試報告應至少包括下列信息：（1）題目；（2）實驗室名稱、地址和完成測試的地點；（3）需要時，有客戶的名稱和地址；（4）試樣的名稱、標識、樣品尺寸等；（5）儀器的名稱及型號；（6）每個試樣點L、a和b值，樣品ΔEb或ΔEs及其他必要的顏色信息；（7）樣品測試點的位置或樣片選點圖片；（8）需要時標注收到測試樣品的日期和測試日期；（9）如采用特殊的抽樣方式，應在報告中加以說明；（10）報告格式可參考附錄B的表B.1～表B.4。

3 透光率標準解讀

透光率是評價光伏組件光電轉換性能的重要指標，直接影響組件的發電效率和穩定性[7]。光伏玻璃是目前可大面積安裝的組件產品，透光率的高低直接影響室內照明的能耗和人員的視覺效果。然而，光伏玻璃結構復雜，一般包括前片玻璃、后片玻璃、電池、膠片和引線等。傳統的透光率測試方法，不適用于結構復雜的光伏玻璃，因此制定適用于光伏玻璃透光率的測試標準十分必要。GB/T 40415-2021從范圍、規范性引用文件、術語和定義、分類、測試環境及儀器要求、試樣、組件基礎透光率測試方法、組件透光率測試方法、測試報告，這9個方面對光伏玻璃透光率測試方法進行規范。

3.1 范圍

GB/T 40415-2021給出了建筑用光伏玻璃組件的分類，規定了透光率測試的環境及儀器要求、試樣、基礎透光率測試方法、透光率測試方法和測試報告。適用于有采光要求的建筑用非中空平面型光伏玻璃組件透光率的測試。

3.2 規范性引用文件和術語定義

本標準的規范性引用文件是GB/T 2680。在術語和定義部分，本標準給出了“光伏玻璃組件、組件基礎透光率、透光區域面積比、組件透光率”4條術語和定義。術語和定義清晰明確，具有簡明性和準確性，在標準實施過程中盡可能避免歧義和誤解。

3.3 分類

根據組件實現透光方式的不同，本標準將組件分為以下3類。

（1）間距型組件

晶硅或薄膜電池間相互聯結并封裝在玻璃內部形成的組件，電池間存在相當間距使組件可以透光。

（2）刻蝕型組件

利用激光或機械的方式，在不透光的薄膜電池垂直于互聯線的方向，將部分區域的薄膜電池刻蝕掉后再封裝在玻璃中形成的組件。沉積電池所用基板玻璃作為下蓋板時，該組件稱為底襯式刻蝕型組件。沉積電池所用基板玻璃作為上蓋板時，該組件稱為頂襯式刻蝕型組件。由于部分薄膜電池被刻蝕，組件可以透光。

（3）自透型組件

薄膜光伏玻璃組件生產過程中，采用很薄的基體材料如：碲化鎘、銅銦鎵硒、非晶硅等，形成的前后電極均可透光的薄膜光伏玻璃組件。

3.4 測試環境及儀器要求

3.4.1 儀器要求

測試儀器具體要求如下：（1）穩定的光源系統；（2）單色器；（3）能夠產生波長和強度相同平行光的系統；（4）擁有光電探測器和入射口的積分球，宜采用直徑不小于250 mm或相當精度的積分球，當選用其他尺寸積分球時，所有積分球開口的面積之和應小于積分球內表面積的4%；（5）長度測量工具。

3.4.2 光源

光源要求如下：（1）波長范圍380～780 nm；（2）波長間距10 nm；（3）波長準確度±0.5 nm；（4）光度測量準確度不超過1%，精確度不超過0.5%。

3.4.3 照明和探測的幾何條件

光譜透射比測定過程中，照明光束的光軸與試驗表面法線的夾角不超過10°，照明光束中任意光線與光軸的夾角不超過3°。

3.4.4 環境溫度和濕度

測試時，環境溫度維持在（23±2） ℃，環境濕度保持在25%～55%的相對濕度范圍內。

3.4.5 其他要求

在使用單光束一起測量透射比并要求達到較高精確度時，宜使用雙光束儀器校準過的標準液。

3.5 試樣

3.5.1 試樣的一般要求

（1）試樣表面無灰塵、油污等污染物；

（2）試樣不應有影響材料性能的缺陷，也不應有對研究造成偏差的缺陷；

（3）基礎透光率測試用試樣：a）對于間距型建筑用光伏玻璃組件，基礎透光率測試用試樣采用同材質的蓋板和背板（如組件中含鋼化玻璃，則鋼化玻璃用同材質和同工藝生產的未鋼化玻璃代替）進行層壓封裝后切割形成，試樣不包含電池、匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區域；b）對于刻蝕型建筑用光伏玻璃組件，基礎透光率測試用試樣和刻蝕型建筑用光伏玻璃組件工藝一樣，如刻蝕型建筑用光伏玻璃組件含鋼化玻璃，則在基礎透光測試用試樣中采用同材質和同工藝生產的未鋼化玻璃來代替鋼化玻璃，試樣不包含匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區域，試樣中薄膜電池用刻蝕工藝全部刻蝕掉；c）對于自透型建筑用光伏玻璃組件，基礎透光率測試用試樣和自透型建筑用光伏玻璃組件工藝一樣，如自透型建筑用光伏玻璃組件含鋼化玻璃，則在基礎透光測試用試樣中采用同材質和同工藝生產的未鋼化玻璃來代替鋼化玻璃，基礎透光率測試用試樣不包含匯流條、接線盒和組件邊緣封裝區域。自透型建筑用光伏玻璃組件薄膜電池區域外，如邊緣封裝區域也為透光區域，則這些區域也要相應制樣。

3.5.2 試樣形狀和尺寸

組件基礎透光率測試用試樣，其試樣尺寸應大到可以遮蓋住積分球的入口窗，建議試樣為100 mm× 100 mm的方塊。

3.5.3 試樣數量

無其他特殊要求下，每組3個試樣。

3.5.4 標樣要求

采用空氣層作為參比標樣。

3.6 組件基礎透光率測試方法

組件基礎透光率按GB/T 2680提供的方法測定。針對待測試樣，測量無試樣時入射光通量和有試樣時的總透射光通量，分別記為τ1 （ λ ） 和τ2（λ），根據標準提供的公式計算獲得被測試樣的可見光光譜透射比T（λ）。通過繪制曲線，得到被測試樣可見光光譜透射比函數曲線。組件的基礎透光率取3個樣品的基礎透光率加權平均值。

3.7 組件透光率測試

對于光伏玻璃這種不均一的產品，測試透光率時應先測試透光區域的透光率（基礎透光率T0）；然后，測量透過區域面積占整體組件全部面積的比例，及組件透光區域面積比η；最后將基礎透光率T0和組件透光區域面積比η相乘計算得組件透光率T。

3.8 測試報告

測試報告應包含以下內容：（1）本文件編號；（2）試樣名稱；（3）試樣來源；（4）試樣尺寸、厚度；（5）測試儀器；（6）測試人員；（7）測試日期；（8）其他必要說明。

4 結語

BIPV組件是光伏產品和建筑的結合，對于實現“雙碳”戰略意義重大。本文基于GB/T 39135-2020和GB/T 40415-2021兩項國家標準，從標準范圍、規范性引用文件、術語和定義、測試要求、分類、數據處理和測試報告等方面，對光伏玻璃組件色差和透光率的測試方法進行規范。這兩項標準是光伏玻璃組件評價標準體系的重要組成，是中國光伏玻璃組件分級評價的重要評價和采信依據。本文對標準中涉及的主要內容和制定原則進行了說明，以便于標準的推廣和使用。