廖航

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0 引言

在“雙碳”目標(biāo)的背景下，光伏領(lǐng)域相關(guān)政策不斷出臺(tái)助力，光伏行業(yè)迎來(lái)了蓬勃發(fā)展。光伏建筑一體化（BIPV）以可有效減少傳統(tǒng)建筑在生產(chǎn)、使用過(guò)程中的能耗，同時(shí)降低碳排放等優(yōu)點(diǎn)成為了光伏行業(yè)的新熱點(diǎn)。不同于以發(fā)電效率為首要考量的地面電站，BIPV用戶最先關(guān)注到光伏組件能否與建筑屋頂和立面契合，組件顏色是否均勻一致、柔和美觀，即行業(yè)內(nèi)所稱的美學(xué)（或全黑、深邃）組件。組件端通過(guò)選用黑色的背板、匯流條和邊框?qū)M件進(jìn)行一體化純黑設(shè)計(jì)。組件色度和色差主要與電池片和光伏玻璃的色度和色差相關(guān)，上游的光伏玻璃廠商針對(duì)性開(kāi)發(fā)了低色差鍍膜玻璃和無(wú)色鍍膜玻璃產(chǎn)品，無(wú)色鍍膜玻璃以工藝窗口寬、成品率高的優(yōu)勢(shì)在美學(xué)組件方案中占有一席之地。低色差玻璃則以高透光率、色彩柔和，并且可與電池片色度匹配的優(yōu)勢(shì)成為了美學(xué)組件用面板玻璃的首選。但由于低色差鍍膜技術(shù)門檻較高，在生產(chǎn)過(guò)程中還存在一系列的問(wèn)題，會(huì)有約20%的非低色差產(chǎn)品伴生，成為低色差產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)用的障礙。這就需要光伏玻璃廠商對(duì)低色差鍍膜技術(shù)的外觀設(shè)計(jì)原理進(jìn)行深度分析、對(duì)鍍膜工藝進(jìn)行針對(duì)改進(jìn)、對(duì)檢測(cè)手段進(jìn)行有效優(yōu)化。

1 低色差鍍膜的外觀設(shè)計(jì)

1.1 低色差鍍膜技術(shù)原理分析

人眼所感知的顏色有透射色和反射色，這取決于玻璃表面對(duì)入射光產(chǎn)生的選擇性透射或者反射的結(jié)果。由于光伏蓋板玻璃的壓花面與組件結(jié)合封裝，人們觀察的即是玻璃鍍膜面的反射色，即380～780 nm可見(jiàn)光波段反射光。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）1976年公布了Lab色彩模式，明度通道L、顏色通道a（色彩：綠→灰→紅）、顏色通道b（色彩：黃→灰→藍(lán)），根據(jù)大多數(shù)人對(duì)顏色敏感度，顏色通道對(duì)應(yīng)的肉眼感知程度如圖1所示。

圖1 色度肉眼視覺(jué)圖

光伏蓋板玻璃原片本無(wú)色，因涂覆減反射薄膜而產(chǎn)生了顏色，由于減反射膜厚薄不均而產(chǎn)生色差。單層鍍膜玻璃、雙層鍍膜玻璃因各波段反射光強(qiáng)不一，玻璃表面均存在不同的反射顏色以及不同程度的色差。

顏色設(shè)計(jì)原理：光伏蓋板玻璃經(jīng)過(guò)涂覆單層減反射膜可使某個(gè)特定波長(zhǎng)l的光反射為0，相近波長(zhǎng)的反射光有不同程度減弱。膜層需設(shè)計(jì)反射曲線波谷（即透射曲線波峰）在550～650 nm范圍來(lái)與電池片EQE曲線匹配，膜層折射率1.34，玻璃基體折射率1.54，根據(jù)菲涅爾定律計(jì)算此時(shí)膜層厚度應(yīng)為101～119 nm，結(jié)合折射率計(jì)算光路反推得出兩束藍(lán)光波段反射光處于干涉加強(qiáng)相位，減反射膜面呈深藍(lán)色。

低色差鍍膜則是建立在雙層鍍膜的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)n1＝1.34，n2＝1.44，ng＝1.54，通過(guò)控制雙層膜厚，調(diào)整各界面反射光的路徑，在不影響反射光譜與電池片光譜的匹配性的前提下調(diào)節(jié)藍(lán)光波段反射光rb與rc的相位角，使之經(jīng)相位疊加后不與ra形成干涉加強(qiáng)，從而達(dá)到削弱反射藍(lán)光的目的，如圖2所示。

圖2 低色差鍍膜入射光路徑

雙層膜厚薄調(diào)整，反射光譜會(huì)紅藍(lán)移。底層膜與a值成負(fù)相關(guān)，底層膜由薄到厚，a值由正值向負(fù)值移動(dòng)，反之同理；表層膜與b值成負(fù)相關(guān)，即表層由薄到厚，b值的負(fù)值不斷減小。當(dāng)然a、b值并非單一受底層或表層影響，還與底層和表層相對(duì)厚度有關(guān)。反射光譜的移動(dòng)同時(shí)伴隨曲線的變化，在通過(guò)調(diào)節(jié)底層和表層膜厚控制色度的同時(shí)控制反射曲線更為平緩，因鍍膜不均帶來(lái)的色差影響就越小，這就為鍍膜工藝的改進(jìn)提供了有利條件，如圖3所示。

圖3 鍍膜產(chǎn)品反射曲線

表1將色度空間與大體對(duì)應(yīng)的反射光波段進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，可更直觀地反映肉眼觀察不同產(chǎn)品的色度與各波段反射率的關(guān)系和區(qū)別。

表1 色度值與波段反射率對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2 低色差鍍膜技術(shù)的原理驗(yàn)證

低色差鍍膜玻璃的色度可與電池片調(diào)節(jié)地更契合，同時(shí)具備顏色均勻性明顯高于常規(guī)單層和雙層鍍膜的潛力。2019年公司與某一線組件商合作率先開(kāi)展了美學(xué)組件的研發(fā)，對(duì)低色差鍍膜玻璃進(jìn)行了大量攻關(guān)工作，產(chǎn)品均勻性、工藝穩(wěn)定性得到大幅提升。雙方進(jìn)行了一系列的玻璃與電池片的色度匹配實(shí)驗(yàn)。通過(guò)制作不同b值的玻璃樣品與各色度電池片制成組件后放置于室外，在不同天氣、不同角度下進(jìn)行觀察，確定了低色差玻璃最佳的色度區(qū)間，成為該組件商的主力產(chǎn)品之一，受到歐美客戶一致好評(píng)。不同組件商的電池片顏色不盡相同，都可以根據(jù)電池片色度對(duì)玻璃的色度進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，如純黑電池片，玻璃b值控制在-1以內(nèi)；輕微藍(lán)色電池片，玻璃b值控制在-2以內(nèi)；淡藍(lán)電池片，玻璃b值控制在-2.8以內(nèi)；甚至對(duì)于有藍(lán)邊色差的電池片，玻璃b值控制在-3左右，可以起到很好的遮蓋效果。

2 低色差鍍膜工藝改進(jìn)

不同于常規(guī)單層鍍膜或雙層鍍膜產(chǎn)品僅以透光率增益高低作為優(yōu)劣指標(biāo)，低色差鍍膜產(chǎn)品同時(shí)要對(duì)b值范圍嚴(yán)格控制，對(duì)色差標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求。通過(guò)顏色設(shè)計(jì)減弱了鍍膜玻璃的藍(lán)紫色反射光，即將b值調(diào)整至接近0的區(qū)間，使得玻璃與電池片和建筑外觀更為契合，同時(shí)也在一定程度上將反射曲線調(diào)整地更為平整，降低了因膜厚波動(dòng)帶來(lái)的顏色變化。但目前的鍍膜工藝仍難達(dá)到BIPV用戶對(duì)外觀均勻性的要求，即目前的輥涂鍍膜工藝的涂覆均勻性、穩(wěn)定性都難以達(dá)到低色差產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，主要體現(xiàn)為組件內(nèi)板面兩邊藍(lán)中間紅。

同批次組件間的色差大問(wèn)題，主要由玻璃單片色差和片間色差水平低造成，分析原因主要有兩個(gè)方面：①生產(chǎn)方面：鍍膜液濃度波動(dòng)使得工藝穩(wěn)定性不佳，需要頻繁調(diào)整；鍍膜輥、定量輥上的鍍膜液濃度分布不均，以致板面膜厚中間薄兩邊厚。②檢測(cè)方面：沒(méi)有有效和及時(shí)的檢測(cè)手段，用肉眼辨別低色差鍍膜的色差難度較大，用色差測(cè)試設(shè)備測(cè)試發(fā)現(xiàn)不合格后再通知工藝調(diào)整的方式時(shí)效性差，且不一定準(zhǔn)確。在深究低色差鍍膜的光學(xué)原理后，還需進(jìn)一步改進(jìn)鍍膜工藝。

2.1 單片色差的工藝改進(jìn)

（1）降低鍍膜膠輥上藥液的橫向濃度差

低色差鍍膜產(chǎn)品的鍍膜液使用異丙醇作為溶劑，在特定的鍍膜環(huán)境下鍍膜液通過(guò)蠕動(dòng)泵從藥液桶向鍍膜輥和定量輥上供液，由于鍍膜液鋪展面積大，異丙醇揮發(fā)速度快，鍍膜輥和定量輥使用傳統(tǒng)的中間供液方式會(huì)形成中部鍍膜液濃度低，兩端鍍膜液濃度高，從而造成板面鍍膜不均。通過(guò)改進(jìn)為從鍍膜輥和定量輥對(duì)立的兩端進(jìn)行對(duì)沖式供液，可抵消異丙醇揮發(fā)帶來(lái)的鍍膜液濃度差。

（2）改進(jìn)鍍膜后的濕膜流平方式

玻璃在經(jīng)鍍膜后固化前需要使用風(fēng)扇在表面吹風(fēng)以加速濕膜流平，以往鍍膜時(shí)單側(cè)風(fēng)扇吹風(fēng)的方式會(huì)將玻璃上的鍍膜液吹往一側(cè)，使得板面膜層一側(cè)薄一側(cè)厚從而形成色差。通過(guò)單側(cè)風(fēng)扇吹風(fēng)改為在皮帶上架設(shè)風(fēng)幕機(jī)均勻吹風(fēng)，可有效解決由此帶來(lái)的色差問(wèn)題。

（3）提高原片的平整度

鍍膜液通過(guò)膠輥與玻璃擠壓刮擦轉(zhuǎn)移到玻璃絨面，當(dāng)玻璃本身平整度不佳會(huì)使得擠壓時(shí)壓力不均，從而造成鍍膜厚度不均，原片平整度的提升需要對(duì)原片的成形退火工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 片間色差的工藝改進(jìn)

光伏玻璃深加工產(chǎn)線一般為三條鍍膜線配一臺(tái)鋼化爐，同產(chǎn)線的各鍍膜線的片間色差與鍍膜液濃度差異關(guān)系最大，造成鍍膜液濃度差異的主要原因在于鍍膜液在各自的鍍膜系統(tǒng)中的揮發(fā)速率不一致。雖然鍍膜機(jī)處于同一環(huán)境中，但仍有如氣流不同、經(jīng)預(yù)熱后的玻璃溫度不同等因素造成鍍膜藥液揮發(fā)速率差異，從而出現(xiàn)同產(chǎn)線的鍍膜線間的產(chǎn)品色差。另一方面，即便是同條鍍膜線，在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)中受環(huán)境溫濕度及玻璃溫度不斷波動(dòng)、氣流變化等各種因素影響，異丙醇的揮發(fā)與補(bǔ)給、藥液的帶走與補(bǔ)充難以維持平衡，從而造成鍍膜液濃度隨時(shí)間不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致同條鍍膜線的產(chǎn)品膜厚也在隨之發(fā)生變化。

改進(jìn)方案：目前產(chǎn)線各鍍膜線采用分開(kāi)供液方式，供液桶藥液量較少（一般為10 kg）。當(dāng)生產(chǎn)中受到各種因素的影響造成藥液供給失衡時(shí)，供液桶內(nèi)藥液濃度迅速發(fā)生變化。通過(guò)更換大供液桶集中向各條鍍膜線集中供液，在提升集中供液藥液量、減緩藥液濃度波動(dòng)的同時(shí)，消除了鍍膜線間鍍膜液的濃度差異。另一方面，由以往的使用蠕動(dòng)泵分別對(duì)各鍍膜線供液改為使用隔膜泵集中向三條鍍膜線供液，并增加穩(wěn)壓器保證鍍膜液持續(xù)穩(wěn)定供給。

2.3 調(diào)整超白壓延玻璃原片的色度值

國(guó)標(biāo)要求超白壓延玻璃原片鐵含量≤150×10-6，鐵離子含量會(huì)影響原片的透光率，價(jià)態(tài)會(huì)影響原片的成色，二價(jià)鐵占比多的原片呈淡青色至淡藍(lán)色，三價(jià)鐵占比多的原片呈白色至淡黃色。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，青藍(lán)色的原片經(jīng)低色差鍍膜后一體性更高，白至淡黃色原片經(jīng)低色差鍍膜則有一種膜層浮于表面的割裂感，觀感不及前者?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)退火工段的氧化還原氣氛來(lái)調(diào)節(jié)鐵離子價(jià)態(tài)的占比，從而生產(chǎn)出目標(biāo)色度的原片。

2.4 其它工藝調(diào)整

低色差鍍膜技術(shù)建立在常規(guī)雙層鍍膜技術(shù)之上。兩者產(chǎn)品的膜層結(jié)構(gòu)雖僅有幾十納米的厚度差，但工藝要求的不同使得低色差鍍膜玻璃在生產(chǎn)中存在一系列問(wèn)題，如表2所示。

表2 低色差鍍膜VS常規(guī)雙層鍍膜工藝差異

雙層鍍膜工藝需要在完成底層鍍膜進(jìn)入表層鍍膜前將底層膜烘干并冷卻至適合鍍膜的溫度（＜35 ℃），否則不但會(huì)因?yàn)殡p層粘連造成成品玻璃板面色差大，還會(huì)影響表層液性能，造成鍍膜房的環(huán)境溫度難以控制。由于低色差鍍膜的底層膜厚較厚，需提高烘干溫度以將膜層烘干，玻璃的出爐溫度高出常規(guī)雙層鍍膜工藝10 ℃以上，加大了進(jìn)行表層鍍膜前完成冷卻的難度。可通過(guò)適當(dāng)加長(zhǎng)底層與表層鍍膜房之間冷卻段距離、在冷卻段加裝風(fēng)扇或水冷設(shè)備等方式對(duì)玻璃進(jìn)行加速降溫，同時(shí)需要防止膜層吸潮。

2.5 工藝改進(jìn)后的效果

通過(guò)對(duì)光學(xué)原理的深度分析并運(yùn)用、對(duì)鍍膜工藝的一系列改進(jìn)，公司低色差鍍膜產(chǎn)品的外觀質(zhì)量有了極大改善，成品率也得到了明顯提升。針對(duì)電池片色度制作的不同色度低色差鍍膜玻璃樣品與某一線組件商合作制成美學(xué)組件后，其反饋組件外觀極佳。

然而不同于在樣品制作過(guò)程中可慢慢仔細(xì)觀察對(duì)比，大規(guī)模、快節(jié)奏的生產(chǎn)需要有快速有效的檢測(cè)手段?，F(xiàn)今還沒(méi)有一套適用于低色差鍍膜玻璃外觀檢測(cè)的方法，在質(zhì)檢檢測(cè)時(shí)存在準(zhǔn)確性差、效率低的問(wèn)題。

3 低色差鍍膜產(chǎn)品的檢測(cè)優(yōu)化

低色差鍍膜玻璃色度值的檢測(cè)即是使用色差儀測(cè)試玻璃絨面反射光。其中色度值L（明暗程度）與透光率負(fù)相關(guān)，由于透光率為使用奧博泰光譜透射比測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)，且數(shù)據(jù)控制穩(wěn)定，故低色差鍍膜玻璃的檢測(cè)一般不對(duì)L值作要求。低色差鍍膜玻璃色度值a（紅綠程度）在即便膜厚波動(dòng)較大時(shí)，基本在（-0.5，+0.5）的肉眼幾乎不可感知的范圍內(nèi)波動(dòng)，故而此項(xiàng)也一般不作要求，可針對(duì)個(gè)別對(duì)顏色極為敏感的客戶提供產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行測(cè)試。

單層鍍膜玻璃的色度值b（黃藍(lán)程度）為-5左右，雙層鍍膜的b值為-4左右，低色差鍍膜玻璃的b值為（-3，0），橫跨了明顯可見(jiàn)至不可見(jiàn)整個(gè)范圍，b值主要受膜厚波動(dòng)影響，是低色差鍍膜玻璃的主要檢測(cè)項(xiàng)。

參考建筑幕墻玻璃色差測(cè)試方法：以中心測(cè)量點(diǎn)為基準(zhǔn)，其余4點(diǎn)與該點(diǎn)進(jìn)行反射色的比較測(cè)量，測(cè)得4個(gè)色差值（DEab*），其中的最大值即為該片試樣的色差，建議低色差玻璃色差采用7點(diǎn)測(cè)試，同時(shí)記錄這7個(gè)點(diǎn)的b值，且對(duì)測(cè)試位置需要嚴(yán)格要求（圖4、圖5）。不同于常規(guī)的尺寸、顆粒度等測(cè)試項(xiàng)目，色度和色差的測(cè)試還需要玻璃端與組件端對(duì)雙方的色差測(cè)試系統(tǒng)包括色差儀、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試人員等進(jìn)行對(duì)標(biāo)。

圖4 建筑幕墻玻璃色差測(cè)試位置

圖5 低色差玻璃色度測(cè)試位置

然而即便雙方對(duì)玻璃和電池片進(jìn)行了色度匹配試驗(yàn)，即已確定所需玻璃色度b值范圍，由于b值受玻璃表面溫度影響且二者呈現(xiàn)的不是線性關(guān)系，玻璃端進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要將產(chǎn)品冷卻至固定溫度，檢測(cè)效率低。玻璃端可設(shè)計(jì)一些更為直觀、快速的檢測(cè)方法，如入水檢測(cè)或刷漆檢測(cè)。入水檢測(cè)方法：使用一個(gè)盛有適量水的大水槽，水槽鋪有黑色絨布，將玻璃絨面朝上放置于絨布上，使用一定光強(qiáng)的日光燈觀察外觀表現(xiàn)；刷漆檢測(cè)方法：將黑色油漆刷于玻璃壓花面，放置于室外光線下觀察外觀表現(xiàn)。

低色差鍍膜玻璃較為繁瑣的檢測(cè)手段給生產(chǎn)帶來(lái)了不能及時(shí)有效判定的問(wèn)題，目前人工檢測(cè)頻率高、效率低，也給質(zhì)檢員帶來(lái)了較大的工作強(qiáng)度。在成品下片時(shí)由于不能及時(shí)判定，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)色度或色差不合格的產(chǎn)品時(shí)，不得不將整包成品判為非低色差產(chǎn)品，進(jìn)一步降低了低色差產(chǎn)品的成品率。這就需要光伏玻璃廠商改進(jìn)生產(chǎn)工藝、降低膜厚波動(dòng)，將b值全部穩(wěn)定在低色差標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，或進(jìn)一步開(kāi)發(fā)快速有效的色度和色差在線檢測(cè)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

在光伏全產(chǎn)業(yè)鏈陷入嚴(yán)重內(nèi)卷、同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，用于BIPV的低色差（全黑、深邃）組件給光伏行業(yè)帶來(lái)的新的發(fā)展方向，使光伏行業(yè)開(kāi)始從一味追求發(fā)電效率的大型地面電站走進(jìn)同時(shí)追求顏值的千家萬(wàn)戶。低色差鍍膜玻璃作為具有高附加值的新產(chǎn)品給光伏玻璃廠商注入了新的活力，同時(shí)也給傳統(tǒng)的輥涂鍍膜工藝帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，光伏玻璃廠商經(jīng)歷了普鋼玻璃、單鍍玻璃、雙鍍玻璃的發(fā)展歷程，每一次都是重大技術(shù)變更。隨著低色差鍍膜玻璃的出現(xiàn)，光伏玻璃廠商開(kāi)始設(shè)計(jì)鍍膜外觀，精細(xì)化控制輥涂工藝，拓展新的檢測(cè)方式思路，做到鍍膜技術(shù)各環(huán)節(jié)的全面提高，產(chǎn)品日益優(yōu)而美，為助力建筑光伏一體化，早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)添磚加瓦。這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)也同樣可應(yīng)用于其它常規(guī)鍍膜產(chǎn)品，使光伏玻璃行業(yè)的產(chǎn)品外觀品質(zhì)均得到提升。