Dlaczego szkło paneli słonecznych jest teksturowane, a nie gładkie

Krótka odpowiedź: Szkło modułu słonecznego jest teksturowane, a nie gładkie, ponieważ płaska powierzchnia szkła odbija zbyt dużo światła. Wypolerowana granica szkło-powietrze odbija około 4% padającego światła na każdej powierzchni, a moduł ma dwie, więc nieobrobiona przednia szyba odrzuciłaby znaczną część światła, zanim dotarłoby ono do ogniwa. Tekstura jest wytrawiana w szkle jako wzór małych elementów, które przekierowują odbite światło z powrotem do modułu, a nie na zewnątrz. Działa to razem z powłoką antyrefleksyjną na ogniwie i współczynnikiem załamania światła encapsulantu, więc te trzy elementy są określane jako zestaw, a nie niezależnie. Tekstura ma również dodatkową korzyść dla wyglądu optycznego: rozprasza odbicia, dzięki czemu moduł wygląda jak jednolita powierzchnia, a nie lustro, co ma znaczenie w instalacjach na dachach, gdzie odblaski są problemem.

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.

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.

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.

Powiązane: Kosmiczne szkło pokrywowe do ogniw słonecznych: dlaczego cer, i jak to odczytać to drugi koniec tego samego zagadnienia dotyczącego szkła, na powierzchni zewnętrznej.

Dalsza lektura i dane kontekstowe

Publiczne materiały referencyjne na ten temat, opublikowane przez organizacje, które utrzymują branżową mapę drogową technologii i dane rynkowe:

• VDMA — Międzynarodowa mapa drogowa technologii fotowoltaicznej (ITRPV)
• Fraunhofer ISE — Raport fotowoltaiczny
• Departament Energii Stanów Zjednoczonych — Fotowoltaika