Dlaczego szkło paneli słonecznych jest teksturowane, a nie gładkie
Spis treści
Przyjrzyj się uważnie przodowi modułu słonecznego, a zobaczysz, że szkło nie jest gładką taflą, jaką znajdziesz w oknie. Pokryte jest nieregularnymi wgłębieniami. Większość ludzi zakłada, że to wada produkcyjna. To jedna z bardziej starannie zaprojektowanych powierzchni w całym module.
Materiały PV · Szkło modułu · autor: Jerry, Ooitech
1. Zaprojektowana powierzchnia, nie wada
Rys. 1: Przednie szkło modułu w świetle odbitym. Podświetlony obszar pokazuje nieregularne wgłębienia nadające powierzchni jej charakterystyczny wygląd. Wzór jest zamierzony i to on zamienia lustro w kolektor światła.
Struktura ma dwie powierzchnie o różnych specyfikacjach. Powierzchnia zewnętrzna, ta stykająca się z powietrzem, to teksturowana powierzchnia nieregularnych wgłębień o rozmiarach mikronowych. Powierzchnia wewnętrzna, ta połączona z enkapsulantem, ma regularny wytłoczony wzór. Razem sprawiają, że przód modułu wygląda na lekko zamglony, a nie szklisty, i obie istnieją z powodów optycznych.
2. Powód pierwszy: zmniejszenie strat na odbicie
Gładkie szkło zachowuje się jak częściowe lustro. Około 8 procent światła słonecznego docierającego do wypolerowanej powierzchni odbija się prosto w niebo i nigdy nie dociera do ogniwa. W module to 8 procent energii, za którą zapłaciłeś, aby ją wytworzyć, tracone na najbardziej zewnętrznej warstwie, zanim cokolwiek innego się wydarzy.
Teksturowana powierzchnia zewnętrzna to rozprasza. Wypukłości o rozmiarach mikronowych rozpraszają padającą wiązkę, tak że światło padające pod płytkim kątem jest przekierowywane, a nie odbijane, a jego część jest zakrzywiana do ogniwa, a nie od niego. Ten sam mechanizm wydłuża drogę optyczną wewnątrz modułu, co daje krzemowi więcej możliwości pochłonięcia tego, co już wniknęło.
Rys. 2: Zbliżenie powierzchni szkła. W tej skali wgłębienia układają się w gęsty, regularny mikrowzór. Zarówno rozpraszanie, jak i transmisja zależą od geometrii tych cech, dlatego wzór jest określany w specyfikacji, a nie pozostawiany przypadkowi.
3. Powód drugi: rozprowadzanie światła po ogniwie
Drugim zadaniem jest równomierność. Jeśli światło dociera nierównomiernie, niektóre obszary ogniwa pracują ciężej niż inne, a moduł działa poniżej sumy swoich części. Połączenie teksturowanej powierzchni zewnętrznej i wzorowanej powierzchni wewnętrznej rozprowadza padające światło bardziej równomiernie po powierzchni ogniwa, dzięki czemu oświetlony obszar jest wykorzystywany pełniej, a wydajność konwersji się poprawia.
Ma to większe znaczenie, niż się wydaje, w formatach multi-cut i shingled, gdzie ogniwa są podzielone na mniejsze kawałki. Nierównomierne oświetlenie współdziała ze sposobem wzajemnego połączenia tych kawałków, a powód, dla którego moduły multi-cut zachowują się inaczej w częściowym zacienieniu, omówiono w naszej analizie odporności na zacienienie modułów multi-cut.
4. Powód trzeci: światło padające pod kątem
Światło słoneczne jest prostopadłe do modułu tylko przez krótką część dnia. Rano, wieczorem i przez zimę światło pada pod wyraźnym kątem i właśnie wtedy wytłoczona powierzchnia wyróżnia się na tle płaskiej.
W miarę wzrostu kąta padania transmisja szkła wytłoczonego rośnie względem szkła gładkiego, zamiast spadać tak gwałtownie. W praktyce moduł odzyskuje wydajność w porach dnia i roku, w których płaska powierzchnia traciłaby ją. Ponieważ moduł spędza większość życia poza szczytowym napromieniowaniem prostopadłym, nie jest to efekt marginalny.
5. Jak faktycznie powstają wgłębienia
Dwa procesy tworzą dwie powierzchnie.
| Powierzchnia | Proces | Powstała struktura |
|---|---|---|
| Wewnętrzna (strona enkapsulantu) | Kalendrowanie, gdy szkło opuszcza piec: stopiona wstęga przechodzi między walcami, z których jeden ma precyzyjny wypukły wzór wciskany w półstopioną powierzchnię | Regularne układy określonych kształtów, powszechnie wzory piramid, ostrosłupów sześciokątnych i ostrosłupów czworokątnych |
| Zewnętrzna (strona powietrza) | Trawienie chemiczne w celu wytworzenia losowych wgłębień, a następnie nanoskopowa powłoka antyrefleksyjna — niektóre produkty antyrefleksyjne tworzą powierzchnię zewnętrzną przez kalendrowanie | Nieregularna tekstura o rozmiarach mikronowych pod porowatą warstwą antyrefleksyjną |
Wzór wewnętrzny jest deterministyczny: geometria walca jest przenoszona do szkła, więc kształt i rozstaw wgłębień są ustalane przez narzędzie, a nie przez przypadek. Powierzchnia zewnętrzna jest celowo losowa, ponieważ losowa tekstura rozprasza szeroko, zamiast ulegać dyfrakcji w określonych kierunkach. Na tej zewnętrznej teksturze znajduje się powłoka antyrefleksyjna, zazwyczaj na bazie porowatej krzemionki, która wykorzystuje kontrolowaną strukturę porów, aby jeszcze bardziej zmniejszyć odbicie i zwiększyć transmisję.
Rys. 3: Wytłoczony wzór na szkle w szczegółach. Ponieważ jest przenoszony z wzorowanego walca, geometria jest powtarzalna z arkusza na arkusz — co pozwala specyfikacji szkła określać wzór, a nie chropowatość.
6. Ten sam trik w innych miejscach modułu
Gdy już wiesz, czego szukać, ta sama zasada projektowa pojawia się w kilku miejscach.
- Tyły dwuszybowe. Tylne szkło modułu dwuszybowego ma porównywalną obróbkę powierzchni z tego samego powodu: światło docierające do tyłu modułu bifacjalnego musi być wpuszczone, a nie odbite.
- Moduły elastyczne i składane. Panele przenośne i składane stosują teksturowaną powierzchnię z wgłębieniami na przedniej szybie, aby uzyskać podobny efekt rozpraszania bez sztywnego szkła.
- Przednie szyby ETFE. Arkusze przednie z fluoropolimeru są dostarczane z matową powierzchnią, która pełni tę samą funkcję przeciwodblaskową w modułach lekkich.
- Folie pasywacyjne przednie. Funkcje optyczne i pasywacyjne są również łączone na poziomie ogniwa, jak w przypadku folii przedniej SiNx TOPCon, gdzie wybór folii przekłada się bezpośrednio na waty modułu.
7. Co sprawdzić, określając specyfikację szkła modułowego
Ponieważ korzyść optyczna wynika z powierzchni, a nie z masy szkła, specyfikacja szkła zawierająca jedynie grubość i hartowanie jest niekompletna. Pięć cech decyduje o wydajności.
| Cecha | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|
| Zawartość żelaza | Szkło niskożelazowe podnosi bazową transmisję. Zwykłe szkło float pochłania w zakresie widzialnym i powoduje straty mocy, zanim zastosuje się jakąkolwiek obróbkę powierzchni. |
| Tekstura zewnętrzna | Określa zachowanie odbicia i rozpraszania, a więc ile światła padającego dociera do ogniwa. |
| Wewnętrzny wzór wytłaczany | Wpływa na rozkład światła w ogniwie i zachowanie podczas laminowania. Geometria wzoru jest przenoszona z narzędzi, więc jest powtarzalna i powinna być określona w specyfikacji. |
| Powłoka przeciwodblaskowa | Zapewnia ostatni przyrost transmisji. Trwałość powłoki ma takie samo znaczenie jak jej początkowa wydajność, ponieważ jest narażona na warunki atmosferyczne przez 25 lat. |
| Jakość hartowania | Cecha konstrukcyjna, a nie optyczna, ale szkło, które ulegnie awarii mechanicznej, pociąga za sobą również wydajność optyczną. Zobacz jak rozpoznać, czy pęknięcie szkła półhartowanego to samoistne stłuczenie. |
Ooitech dostarcza szkło modułowe wraz z resztą listy materiałów, w tym foliach enkapsulacyjnych EVA, POE i EPE, taśmy, uszczelniacze i ramy, co oznacza, że szkło i enkapsulant można dopasować, zamiast pozyskiwać je niezależnie. Sama specyfikacja szkła jest przedstawiona na naszej stronie produktu szkła solarnego, a pełna lista materiałów jest rozbita w główne materiały modułów paneli słonecznych.
FAQ
Czy chropowata powierzchnia szkła panelu słonecznego to wada?
Nie. To zaprojektowana struktura optyczna. Powierzchnia zewnętrzna to teksturowana powierzchnia nieregularnych wgłębień w skali mikronowej, a powierzchnia wewnętrzna ma regularny wzór wytłaczany. Obie są zaprojektowane, aby zwiększyć ilość światła docierającego do ogniwa, zamiast być odbijanym.
Ile światła odbija gładkie szkło?
Wypolerowana powierzchnia szkła odbija około 8 procent padającego światła słonecznego. W module ta strata występuje w najbardziej zewnętrznej warstwie, zanim jakiekolwiek światło dotrze do ogniwa, dlatego tak wiele wysiłku inżynieryjnego poświęca się powierzchni, a nie masie szkła.
Jak wytwarzana jest wzorzysta powierzchnia wewnętrzna?
Poprzez walcowanie. Gdy wstęga szkła opuszcza piec, przechodzi między walcami, a jeden z nich ma precyzyjny wypukły wzór, który jest wciskany w wciąż półpłynną powierzchnię. Typowe geometrie to macierze piramid, ostrosłupów sześciokątnych i ostrosłupów czworokątnych. Ponieważ wzór pochodzi z walca, jest powtarzalny z arkusza na arkusz.
Z czego wykonana jest powłoka przeciwodblaskowa?
Zazwyczaj z porowatej warstwy na bazie krzemionki osadzanej po wytrawieniu powierzchni zewnętrznej. To struktura porów zmniejsza odbicie, więc zarówno materiał, jak i geometria porów mają znaczenie. Trwałość w warunkach UV, wilgoci i cykli termicznych jest tak samo ważna jak początkowy zysk transmisji.
Czy tekstura pomaga zimą i przy niskich kątach padania słońca?
Tak, i to jeden z jej mocniejszych argumentów. Przy dużych kątach padania szkło wytłaczane przepuszcza proporcjonalnie lepiej niż szkło gładkie, więc moduł lepiej sobie radzi rano, wieczorem i przez miesiące zimowe, gdy światło rzadko pada prostopadle do powierzchni.
Czy moduły bifacjalne i elastyczne stosują to samo podejście?
Tak. Moduły dwuszybowe stosują porównywalną obróbkę tylnej szyby, aby światło docierające do tyłu mogło wniknąć. Moduły elastyczne i składane stosują przednią teksturę z wgłębieniami, a arkusze przednie z ETFE są dostarczane z matową powierzchnią, która pełni tę samą funkcję przeciwodblaskową bez sztywnego szkła.
Końcowe przemyślenia
Wgłębiona powierzchnia szkła modułowego to dobre przypomnienie, że w produkcji modułów najtańsze zyski są często optyczne, a nie elektryczne. Odbijanie 8 procent padającego światła nic nie kosztuje do naprawienia na etapie specyfikacji szkła i nie można go odzyskać nigdzie dalej w procesie. Określając specyfikację szkła, podaj razem zawartość żelaza, teksturę zewnętrzną, wzór wewnętrzny, powłokę przeciwodblaskową i klasę hartowania, a enkapsulant dopasuj do tego, zamiast kupować oba niezależnie. Jeśli tworzysz listę materiałów dla nowej linii, prześlij nam format modułu i rozważane szkło, a powiemy, co powinna zawierać specyfikacja optyczna.
