综述：先进的阻燃策略与防火性能评估，为建筑中的光伏系统带来更安全保障：两部分综述

《Advanced Functional Materials》：Advanced Flame Retardant Strategies and Fire Performance Assessment for Safer Photovoltaics in Buildings: A Two-Part Review

建筑光伏一体化（BIPV）的火灾风险及阻燃技术综述。全球减碳加速光伏部署，但BIPV作为建筑材料面临严格的防火标准。研究指出封装材料（如EVA、POE）的火灾隐患及五大阻燃剂类型（卤代、磷氮基、无机、膨胀型、纳米复合材料），分析其作用机制与局限性。提出模块级火性能评估方法（热值测试、垂直/水平锥形量热仪、SBI测试），强调需平衡阻燃效果与光学/机械性能，并探讨环保型阻燃剂及模块回收的可持续发展路径。

　　随着全球碳中和目标的推进，太阳能光伏（PV）技术的广泛应用成为必然趋势。然而，随着光伏组件在建筑中的集成，其面临的土地使用冲突也日益突出。如何在不占用额外土地资源的情况下实现光伏发电，同时确保其在建筑环境中的安全性，成为当前研究的重点。光伏组件在建筑中的应用，例如建筑一体化光伏（BIPV）和光伏建筑一体化（BAPV），不仅能够实现就地发电，还能有效减少对传统土地资源的依赖。然而，这些技术在实际应用中也带来了新的挑战，特别是与火安全性相关的风险。光伏组件中的封装材料，作为其关键组成部分，因其可燃性而成为火灾隐患的主要来源之一。

为了应对这些挑战，本文系统地探讨了减少光伏系统火灾风险的各种策略。首先，介绍了三种主要的解决方案：系统工程方法、使用低可燃性材料以及添加阻燃剂。其中，阻燃剂因其在材料层面的可操作性和成本效益，被认为是最有前景的解决方案之一。尽管阻燃剂在其他领域的应用已有广泛研究，但在光伏封装材料中的应用却相对较少，尤其在透明封装材料如聚烯烃弹性体（POE）中，相关研究更是有限。因此，本文详细分析了五种主要的阻燃剂类型，包括卤素类、类氮磷化合物、无机材料、膨胀型阻燃剂以及纳米复合材料，并探讨了它们在阻燃性能、应用优势以及潜在缺点方面的表现。

卤素类阻燃剂因其在气体相中高效地捕获自由基而被广泛用于传统材料。然而，由于其高毒性和对环境的潜在危害，近年来受到越来越多的关注。相比之下，类氮磷化合物阻燃剂因其较低的毒性，被认为是更环保的选择。然而，它们在单独使用时效果有限，通常需要与其他阻燃剂协同使用以增强其阻燃性能。无机阻燃剂则主要通过吸热反应和释放惰性气体来降低燃烧速度，但其高添加量可能会对材料的物理性能产生较大影响。膨胀型阻燃剂则通过在高温下形成膨胀的碳层来隔绝热量和可燃气体，从而延缓火势蔓延。这类阻燃剂虽然效果显著，但其在高温下的分解限制了其在某些材料中的应用。纳米复合材料则因其在低添加量下即可实现良好的阻燃效果，成为一种具有潜力的新技术，尤其适用于对光学性能有要求的封装材料。

尽管阻燃剂在其他领域已有大量研究，但在光伏封装材料中的应用仍处于初级阶段。现有的研究主要集中在外部组件如玻璃和背板的阻燃性能，而对于封装材料本身的阻燃研究则相对较少。例如，EVA和POE作为光伏封装材料的主流，其燃烧热值较高，容易引发火灾。因此，开发具有优异阻燃性能的封装材料成为当前研究的重要方向。通过在EVA和POE中添加阻燃剂，可以有效降低其可燃性，同时保持材料的透明性和粘附性。然而，阻燃剂的添加可能会影响材料的光学性能、粘附性和机械强度，因此需要进行系统的评估和优化。

为了全面评估光伏组件的火安全性，本文提出了一套系统的方法论框架。该框架包括从材料层面到产品层面的多个测试步骤，旨在提供一种科学、规范的评估方法。首先，材料层面的测试包括燃烧热值测试、可燃性测试以及锥形量热计测试。燃烧热值测试用于评估材料的热释放能力，而可燃性测试则用于快速筛选材料的阻燃性能。锥形量热计测试则能够提供更全面的燃烧数据，如点火时间、热释放速率、质量损失速率和烟雾产生等。此外，仿真工具如ConeTools也被引入，以预测材料在实际火灾中的表现。

在产品层面，单燃烧项（SBI）测试被定义为评估光伏组件火反应性能的最终步骤。该测试通过模拟火灾场景，评估组件在火灾中的表现，如火焰传播、热释放、烟雾生成和燃烧滴落物的产生。通过将SBI测试结果与仿真数据进行对比，可以更准确地预测组件在建筑环境中的火反应等级。然而，由于SBI测试涉及复杂的实验设置和高成本，其在实际应用中仍面临挑战。

综上所述，本文系统地探讨了光伏组件在建筑中的火安全性问题，并提出了相应的解决方案和评估方法。随着对可持续发展和健康安全问题的关注不断加深，未来阻燃剂的研发将更加注重环保性、低毒性和可回收性。这不仅有助于减少对环境的影响，还能够提升光伏组件在建筑中的整体安全性和应用前景。此外，进一步的研究和标准制定将有助于推动阻燃技术在光伏封装材料中的广泛应用，从而实现更安全、高效的光伏集成系统。