建筑用光伏构件检测

建筑用光伏构件检测（重点：检测项目）

建筑用光伏构件（BIPV/BAPV），是指将光伏发电功能与建筑围护结构（如屋顶、幕墙、采光顶、遮阳构件、墙面等）相结合的光伏组件或系统。其特殊性在于，它不仅是发电单元，更是建筑的一部分，必须同时满足发电性能和安全可靠、长期耐候的建筑功能要求。因此，对其检测的要求远高于常规地面光伏电站组件，需要一套综合性的评价体系。核心检测项目可归纳为以下几大类：

一、 电气安全性能检测（避免电击、火灾风险）

1. 绝缘电阻测试：

   • 目的： 评估光伏构件内部带电部分（电池串、汇流条、接线盒）与外部可接触表面（如金属边框、建筑固定件）或导电性背板之间的绝缘性能。
   • 关键点： 需在干燥状态和高湿状态（温湿度预处理后）下分别测试，确保在恶劣天气下仍能维持有效绝缘，防止漏电、短路或电击事故。尤其关注边框、接地连接点及安装孔周围的绝缘性能。

2. 耐压测试：

   • 目的： 验证绝缘系统在更高电压（远高于系统工作电压）下的耐受能力，模拟潜在的过电压情况（如雷击感应、电网波动）。
   • 关键点： 测试电压远高于常规组件，持续时间更长，覆盖所有可能的绝缘路径（如组件内部电路对边框、组件对地）。确保绝缘材料无击穿或闪络现象。

3. 泄漏电流测试：

   • 目的： 在正常工作电压下，测量流过绝缘系统的微小电流。过大的泄漏电流不仅造成能量损失，更可能存在安全隐患。
   • 关键点： 评估在标准测试条件和湿热、淋雨等模拟恶劣环境条件下的泄漏电流值，确保其远低于安全限值。

4. 湿漏电流测试：

   • 目的： 模拟雨水浸泡或高湿凝露时，评估水分渗透对绝缘性能的影响，检测是否存在危险的漏电通道。
   • 关键点： 将光伏构件浸入水中或模拟淋雨状态一定时间后，立即在其内部电路与外部水体或金属框架之间施加工作电压，精确测量漏电流值。这是建筑集成应用的关键安全测试。

5. 接地连续性测试：

   • 目的： 验证金属边框、支撑导轨、接线盒外壳等所有需要接地的部件，其接地连接是否牢固可靠，接地电阻是否符合安全要求。
   • 关键点： 确保在故障发生时，电流能迅速导入大地，保护人身和设备安全。需测试所有预设的接地端子与金属框架各点之间的电阻。

6. 防火等级测试：

   • 目的： 评估光伏构件（包括其封装材料、背板、接线盒等）在火焰作用下的燃烧性能及阻燃能力，防止火势沿建筑表面蔓延。
   • 关键点： 这是建筑材料的强制性要求。测试需符合建筑防火规范中对不同应用部位（如屋顶、墙面）的防火等级要求（如不燃性、难燃性等级评定），包括表面燃烧特性、热释放速率、烟气毒性等。

二、 机械性能与结构安全检测（抵抗风、雪、冲击、变形）

1. 机械载荷测试：

   • 目的： 模拟建筑构件在实际使用中承受的风压（正压、负压）、雪压或施工维护荷载。评估其结构强度、刚度及在长期载荷下的疲劳耐久性。
   • 关键点：
     • 静态载荷： 施加规定大小的均布正压、负压（模拟强风吸力），持续一段时间，检查构件变形、裂纹、电气连通性是否失效。
     • 动态载荷/疲劳测试： 模拟风振效应，反复施加一定次数的循环载荷（正负压交替），评估其抵抗长期风致疲劳的能力。
     • 集中载荷： 模拟施工或维护人员踩踏等局部受力情况。
     • 载荷要求： 载荷值需根据建筑所在地区的气象条件及安装高度、角度确定，通常远高于地面电站要求（如5400Pa甚至更高）。

2. 冰雹冲击测试：

   • 目的： 评估光伏构件抵抗冰雹撞击的能力，防止玻璃破碎、电池片隐裂导致的性能下降或安全隐患。
   • 关键点：
     • 使用规定直径、质量和速度的钢球冲击构件表面不同位置（尤其边缘和角落）。
     • 冲击后检查玻璃是否破裂、电池片及焊带是否有破损或隐裂（需结合电致发光EL检测），评估功率衰减程度。

3. 抗风揭测试：

   • 目的： 专门针对屋顶集成光伏系统，测试其与屋面基层（或支撑结构）的连接系统抵抗风吸力的能力，防止组件被强风掀翻。
   • 关键点： 模拟实际安装方式，在专用试验台上对组件-固定系统整体施加递增的负压，直至破坏或达到规定安全系数。评估固定点强度、间距合理性及整体抗掀性能。

4. 剪切强度与粘结性能测试（针对粘结式安装或无框组件）：

   • 目的： 若采用结构胶粘接固定，需评估粘结剂与组件背板、与建筑基材之间的粘结强度（拉伸、剪切）及长期耐久性（湿热老化、冷热循环后测试）。
   • 关键点： 确保粘结强度足以抵抗设计风荷载，且在使用寿命内保持性能稳定。

5. 弯曲变形与刚度测试（针对柔性或大面积构件）：

   • 目的： 评估构件在自重、风力或温度作用下抵抗弯曲变形的能力，以及对边框、接线盒等附属部件的影响。
   • 关键点： 测量加载下的挠度，确保不影响功能且外观满足要求。对于曲面构件，需特别关注安装应力。

三、 发电性能与环境适应性检测（保障长期有效发电）

1. 标准测试条件性能：

   • 目的： 在标准实验室条件下测量关键参数：最大功率、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率。这是标定组件额定性能和进行比对的基础。
   • 关键点： 使用符合国家标准的太阳能模拟器进行精确测量。

2. 低辐照度性能：

   • 目的： 评估光伏构件在早晨、傍晚、阴天等弱光条件下的发电能力，这对建筑立面等辐照度常较低的应用场景尤为重要。
   • 关键点： 测量在200W/m²或更低辐照度下的功率输出及效率变化。

3. 功率温度系数测试：

   • 目的： 测量光伏构件的最大功率、开路电压、短路电流随温度变化的速率（%/°C）。
   • 关键点： 建筑构件的工作温度常高于地面组件（散热条件差、夏季高温），准确掌握温度系数对评估实际发电量和系统设计至关重要。

4. 热斑耐久测试：

   • 目的： 模拟组件局部被遮挡（如鸟粪、落叶、建筑阴影）导致电池片反向偏置发热的情况，评估其承受热斑效应的能力和旁路二极管的保护有效性。
   • 关键点： 长时间施加遮挡并通电，测试后检查组件外观损伤、功率衰减及旁路二极管功能。

5. 紫外预处理试验：

   • 目的： 评估封装材料（EVA, POE等）、背板、接线盒塑料等在强紫外线照射下的老化耐受性，防止黄变、龟裂、脱层导致性能下降或失效。
   • 关键点： 在紫外老化箱中模拟长时间（如15-60kWh/m²）的紫外线辐照，测试前后对比外观、颜色、透光率（对透光构件）、绝缘性能及功率输出稳定性。

6. 湿热老化试验：

   • 目的： 评估高温高湿环境下，湿气渗透对组件内部材料（封装胶、电池片、焊带、背板）的侵蚀作用，防止脱层、腐蚀、绝缘失效和功率衰减。
   • 关键点： 持续时间长（如1000小时以上），温湿度恒定（如85°C/85%RH），测试前后对比外观、绝缘电阻、湿漏电流、最大功率等。

7. 冷热循环试验：

   • 目的： 模拟昼夜及季节温差引起的热胀冷缩应力，评估不同材料间（玻璃、电池、焊带、封装材料、背板、边框）的热失配耐受能力，防止开裂、脱层、焊点断裂、连接器失效。
   • 关键点： 在高低温间进行多次（如200次）快速循环，温度范围大（如-40°C 到 +85°C），测试前后对比外观、EL图像（检查隐裂）、绝缘、功率等。

8. PID（电势诱导衰减）测试：

   • 目的： 评估光伏构件在高电压（系统工作电压）和特定环境（高温高湿）下，因电池片与边框或其他接地部件间存在电势差而导致的严重功率衰减现象。
   • 关键点： 对组件施加负偏压（针对N型电池）或正偏压（针对P型电池），在高温高湿条件下保持一定时间，测试最大功率衰减率。建筑系统电压可能较高，此测试尤为重要。

9. 耐盐雾腐蚀试验（针对沿海或化冰盐环境）：

   • 目的： 评估金属部件（边框、支架、接线端子）、导电涂层（如某些背板）在盐雾环境下的抗腐蚀能力。
   • 关键点： 模拟沿海或道路除冰环境喷雾，试验后检查腐蚀情况、外观及电气连接可靠性。

四、 建筑物理性能与功能检测（满足建筑围护要求）

1. 光学性能（针对透光构件）：

   • 目的： 测量可见光透射率、反射率、颜色参数等，满足建筑采光、遮阳和立面美学设计要求。
   • 关键点： 使用光谱光度计，测试不同波长下的透射反射特性。

2. 热工性能：

   • 目的： 测量构件整体的传热系数（U值）、遮阳系数（SC）等，评估其对建筑保温隔热性能的影响。
   • 关键点： 在专用热箱设备中测试，这对评估建筑能耗至关重要。

3. 气密性与水密性：

   • 目的： 作为建筑外围护结构的一部分，需具备良好的防水、防尘密封性能（尤其幕墙、采光顶）。
   • 关键点： 测试构件本身及其与建筑主体结构连接处的气密性和水密性，模拟风雨联合作用下的渗漏情况（例如幕墙气密、水密、抗风压、平面变形“四性”测试中的相关项目）。

4. 隔声性能（需要时）：

   • 目的： 评估构件对空气声和撞击声的隔绝能力，满足建筑声学要求。
   • 关键点： 在混响室-消声室中测量构件的计权隔声量。

五、 长期可靠性与耐久性评估（预测使用寿命）

上述许多环境适应性测试（湿热、冷热循环、紫外等）本身也用于评估长期可靠性。此外，常结合：

• 加速老化测试序列： 将多个单项环境应力测试（如UV+湿热+冷热循环）按一定顺序组合进行，更严苛地模拟实际环境综合作用。
• 户外实证测试： 在典型气候区域安装样品，进行长期（数年）的户外性能监测（功率、绝缘、外观），获取实际运行数据，验证实验室加速老化模型的有效性，并发现实验室难以模拟的问题（如污垢沉积影响）。
• 电致发光（EL）成像检测： 贯穿于老化试验前后及现场检测中。通过施加电流使电池片发出红外光，拍摄图像可清晰识别电池片裂纹（隐裂）、碎片、断栅、焊接缺陷、PID区域等问题，是评估内部机械损伤和电气性能失效的关键无损检测手段。

总结：

建筑用光伏构件的检测是一个系统、全面且要求苛刻的过程。它不仅关注基本的发电效率和初始安全性能，更着重于评估其在复杂严苛的建筑环境中（承受多重物理应力、化学侵蚀、极端气候）长期服役的可靠性与耐久性，以及作为建筑构件所必须满足的防火、防水、结构安全、热工、光学等功能性要求。唯有通过科学、严格的检测体系，才能确保建筑光伏产品在其漫长的生命周期内安全、稳定、高效地运行，真正实现光伏与建筑的完美融合。因此，相关检测项目需覆盖电气安全、机械结构、发电性能、环境适应性、建筑物理性能和长期可靠性等核心维度，形成一个完整的质量保障闭环。