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Warum Solarmodulglas strukturiert und nicht glatt ist
Inhaltsverzeichnis
Kurze Antwort: Solarmodulglas ist strukturiert und nicht glatt, weil eine flache Glasoberfläche zu viel Licht reflektiert. Eine polierte Glas-Luft-Grenzfläche reflektiert etwa 4 % des einfallenden Lichts an jeder Oberfläche, und ein Modul hat zwei, sodass eine unbehandelte Frontabdeckung einen erheblichen Anteil des Lichts zurückweisen würde, bevor es überhaupt eine Zelle erreicht. Die Struktur wird als Muster kleiner Merkmale in das Glas geätzt, das reflektiertes Licht zurück in das Modul lenkt, anstatt aus ihm heraus. Dies wirkt mit der Antireflexbeschichtung auf der Zelle und dem Brechungsindex des Verkapselungsmaterials zusammen, sodass die drei als Satz und nicht unabhängig voneinander spezifiziert werden. Die Struktur hat auch einen sekundären Nutzen für das optische Erscheinungsbild: Sie streut Reflexionen, sodass das Modul als gleichmäßige Oberfläche und nicht als Spiegel erscheint, was für Dachinstallationen wichtig ist, bei denen Blendung ein Beschwerdepunkt ist.
Schauen Sie genau auf die Vorderseite eines Solarmoduls, und das Glas ist nicht die glatte Scheibe, die Sie in einem Fenster finden. Es ist mit unregelmäßigen Vertiefungen bedeckt. Die meisten Menschen nehmen an, dass dies ein Herstellungsfehler ist. Es ist eine der sorgfältiger konstruierten Oberflächen im gesamten Modul.
PV-Materialien · Modulglas · von Jerry, Ooitech
1. Eine konstruierte Oberfläche, kein Defekt
Abb. 1: Das Frontglas eines Moduls unter reflektiertem Licht. Der hervorgehobene Bereich zeigt die unregelmäßige Grubenbildung, die der Oberfläche ihr charakteristisches Aussehen verleiht. Das Muster ist beabsichtigt, und es ist das, was einen Spiegel in einen Lichtsammler verwandelt.
Die Struktur hat zwei Flächen mit unterschiedlichen Spezifikationen. Die Außenfläche, die mit der Luft in Kontakt steht, ist eine texturierte Fläche aus unregelmäßigen Vertiefungen im Mikrometerbereich. Die Innenfläche, die mit dem Encapsulant verbunden ist, trägt ein regelmäßiges geprägtes Muster. Zusammen sind sie der Grund, warum eine Modulvorderseite leicht trüb statt glasig aussieht, und beide sind aus optischen Gründen vorhanden.
2. Grund eins: Den Reflexionsverlust reduzieren
Glattes Glas verhält sich wie ein teilweiser Spiegel. Etwa 8 Prozent des Sonnenlichts, das auf eine polierte Oberfläche trifft, wird direkt in den Himmel zurückreflektiert und erreicht die Zelle nie. Bei einem Modul sind das 8 Prozent der Energie, für deren Erzeugung Sie bezahlt haben, verloren in der äußersten Schicht, bevor überhaupt etwas anderes passiert.
Die texturierte Außenfläche bricht das auf. Erhebungen im Mikrometerbereich streuen den einfallenden Strahl, sodass Licht, das in einem flachen Winkel einfällt, umgeleitet statt weggeworfen wird, und ein Teil davon wird in die Zelle hineingelenkt statt von ihr weg. Derselbe Mechanismus verlängert den optischen Weg im Inneren des Moduls, was dem Silizium mehr Gelegenheit gibt, das bereits Eingedrungene zu absorbieren.
Abb. 2: Eine Nahansicht der Glasoberfläche. In diesem Maßstab löst sich die Grubenbildung in ein dichtes, regelmäßiges Mikromuster auf. Streuung und Transmission hängen beide von der Geometrie dieser Merkmale ab, weshalb das Muster spezifiziert wird und nicht dem Zufall überlassen bleibt.
3. Grund zwei: Licht über die Zelle verteilen
Eine zweite Aufgabe ist Gleichmäßigkeit. Wenn Licht ungleichmäßig einfällt, arbeiten einige Bereiche der Zelle stärker als andere, und das Modul arbeitet unter der Summe seiner Teile. Die Kombination aus einer texturierten Außenfläche und einer gemusterten Innenfläche verteilt das einfallende Licht gleichmäßiger über die Zelloberfläche, sodass die beleuchtete Fläche vollständiger genutzt wird und der Umwandlungswirkungsgrad steigt.
Dies ist wichtiger, als es klingt, bei Multi-Cut- und Shingled-Formaten, bei denen Zellen in kleinere Stücke unterteilt sind. Ungleichmäßige Beleuchtung interagiert damit, wie diese Stücke verschaltet sind, und der Grund, warum Multi-Cut-Module bei Teilverschattung anders reagieren, wird in unserer Analyse der Multi-Cut-Verschattungsresistenz.
behandelt.
4. Grund drei: Licht, das schräg einfällt
Sonnenlicht steht nur für einen kurzen Teil des Tages senkrecht auf einem Modul. Am Morgen, am Abend und im Winter fällt Licht in einem ausgeprägten Winkel ein, und genau dort hebt sich eine geprägte Oberfläche von einer flachen ab.
Mit zunehmendem Einfallswinkel steigt die Transmission von geprägtem Glas relativ zu glattem Glas, statt so stark abzufallen. In der Praxis gewinnt das Modul Leistung zu den Tages- und Jahreszeiten zurück, in denen eine flache Oberfläche sie verlieren würde. Da ein Modul den größten Teil seines Lebens außerhalb der senkrechten Spitzeneinstrahlung verbringt, ist dies kein marginaler Effekt.
5. Wie die Vertiefungen tatsächlich hergestellt werden
| Zwei Prozesse erzeugen die beiden Flächen. | Prozess | Fläche |
|---|---|---|
| Resultierende Struktur | Innen (Encapsulant-Seite) | Kalandrieren, während das Glas den Ofen verlässt: Das geschmolzene Band läuft zwischen Walzen hindurch, von denen eine ein präzises erhabenes Muster trägt, das in die halbgeschmolzene Oberfläche eingeprägt wird |
| Regelmäßige Anordnungen definierter Formen, üblicherweise Pyramiden-, hexagonaler Kegelstumpf- und viereckiger Kegelstumpf-Muster | Außen (Luftseite) | Chemisches Ätzen zur Erzeugung randomisierter Vertiefungen, gefolgt von einer nanoskaligen Antireflexbeschichtung — einige Blendschutzprodukte bilden die Außenfläche stattdessen durch Kalandrieren |
Unregelmäßige Textur im Mikrometerbereich unter einer porösen Antireflexschicht
Detail des geprägten Musters auf Solarmodulglas, das eine feine regelmäßige Gitterstruktur zeigt
Abb. 3: Das geprägte Muster auf dem Glas im Detail. Da es von einer gemusterten Walze übertragen wird, ist die Geometrie von Scheibe zu Scheibe wiederholbar — was es ermöglicht, in einer Glasspezifikation ein Muster statt einer Rauheit anzugeben.
6. Derselbe Trick anderswo im Modul
- Sobald Sie wissen, worauf Sie achten müssen, erscheint dasselbe Designprinzip an mehreren Stellen. Doppelglas-Rückseitenfolien.
- Das rückseitige Glas eines Doppelglasmoduls trägt eine vergleichbare Oberflächenbehandlung, aus demselben Grund: Licht, das die Rückseite eines bifazialen Moduls erreicht, muss hereingelassen werden, nicht reflektiert. Flexible und faltbare Module.
- Tragbare und faltbare Panels verwenden eine grubenartige Oberflächentextur auf ihrer Frontscheibe, um einen ähnlichen Streueffekt ohne starres Glas zu erzielen. Fluoropolymer-Frontfolien werden mit einer matten Oberfläche geliefert, die in Leichtbaumodulen dieselbe Antireflexfunktion erfüllt.
- Front-Passivierungsfolien. Optische und passivierende Funktionen werden auch auf Zellebene kombiniert, wie im Fall von TOPCon-Frontfilm-SiNx, wo die Wahl der Folie sich direkt in Modulwatt niederschlägt.
7. Was Sie prüfen sollten, wenn Sie Modulglas spezifizieren
Da der optische Nutzen von der Oberfläche und nicht vom Volumen kommt, ist eine Glasspezifikation, die nur Dicke und Vorspannung angibt, unvollständig. Fünf Merkmale tragen die Leistung.
| Merkmal | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Eisengehalt | Eisenarmes Glas erhöht die Basistransmission. Gewöhnliches Floatglas absorbiert im sichtbaren Bereich und kostet Sie Leistung, bevor überhaupt eine Oberflächenbehandlung aufgebracht wird. |
| Äußere Textur | Bestimmt das Reflexions- und Streuverhalten und damit, wie viel des einfallenden Lichts die Zelle erreicht. |
| Innere Prägestruktur | Beeinflusst die Lichtverteilung über die Zelle und das Laminierverhalten. Die Geometrie der Struktur wird vom Werkzeug übertragen, ist also reproduzierbar und sollte spezifiziert werden. |
| Antireflexbeschichtung | Liefert den letzten Zuwachs an Transmission. Die Haltbarkeit der Beschichtung ist ebenso wichtig wie ihre anfängliche Leistung, da sie 25 Jahre lang der Witterung ausgesetzt ist. |
| Vorspannungsqualität | Eher strukturell als optisch, aber ein Glas, das mechanisch versagt, nimmt die optische Leistung mit. Siehe wie man erkennt, ob Risse in halbvorgespanntem Glas spontaner Bruch sind. |
Ooitech liefert Modulglas zusammen mit dem restlichen Stücklistenmaterial, einschließlich EVA-, POE- und EPE-Verkapselungsfolien, Bändern, Dichtstoffen und Rahmen, was bedeutet, dass Glas und Einkapselungsmaterial aufeinander abgestimmt statt unabhängig beschafft werden können. Die Glasspezifikation selbst ist auf unserer Solarglas-Produktseitedargelegt, und die vollständige Stückliste ist in Hauptmaterialien von Solarmodulen.
FAQ
Ist die raue Oberfläche von Solarmodulglas ein Defekt?
Nein. Sie ist eine konstruierte optische Struktur. Die Außenseite ist eine texturierte Oberfläche aus unregelmäßigen Vertiefungen im Mikrometerbereich, und die Innenseite trägt eine regelmäßige Prägestruktur. Beide sind darauf ausgelegt, die Lichtmenge zu erhöhen, die die Zelle erreicht, statt reflektiert zu werden.
Wie viel Licht reflektiert glattes Glas?
Eine polierte Glasoberfläche reflektiert etwa 8 Prozent des einfallenden Sonnenlichts. Bei einem Modul tritt dieser Verlust in der äußersten Schicht auf, bevor Licht die Zelle erreicht, weshalb so viel Entwicklungsaufwand in die Oberfläche statt in das Volumen des Glases fließt.
Wie wird die strukturierte Innenfläche hergestellt?
Durch Kalandrieren. Wenn das Glasband den Ofen verlässt, läuft es zwischen Walzen hindurch, und eine davon trägt eine präzise erhabene Struktur, die in die noch halbgeschmolzene Oberfläche gepresst wird. Übliche Geometrien sind Pyramiden-, hexagonale Kegelstumpf- und viereckige Kegelstumpf-Arrays. Da die Struktur von der Walze stammt, ist sie von Scheibe zu Scheibe wiederholbar.
Woraus besteht die Antireflexbeschichtung?
Typischerweise aus einer porösen siliziumdioxidbasierten Schicht, die nach dem Ätzen der Außenfläche abgeschieden wird. Ihre Porenstruktur ist es, die die Reflexion verringert, daher sind sowohl das Material als auch die Porengeometrie wichtig. Die Haltbarkeit unter UV, Feuchtigkeit und Temperaturwechsel ist ebenso wichtig wie der anfängliche Transmissionsgewinn.
Hilft die Textur im Winter und bei niedrigen Sonnenständen?
Ja, und das ist eines ihrer stärkeren Argumente. Bei großen Einfallswinkeln transmittiert geprägtes Glas proportional besser als glattes Glas, sodass das Modul morgens, abends und in den Wintermonaten, wenn das Licht selten senkrecht auf die Oberfläche trifft, besser durchhält.
Verwenden bifaziale und flexible Module denselben Ansatz?
Ja. Doppelglasmodule wenden eine vergleichbare Behandlung auf das rückseitige Glas an, damit Licht, das die Rückseite erreicht, eintreten kann. Flexible und faltbare Module verwenden eine genarbte Fronttextur, und ETFE-Frontfolien werden mit einer matten Oberfläche geliefert, die denselben Antireflexzweck ohne starres Glas erfüllt.
Abschließende Gedanken
Die genarbte Oberfläche von Modulglas ist eine gute Erinnerung daran, dass in der Modulfertigung die billigsten Gewinne oft optisch statt elektrisch sind. 8 Prozent des einfallenden Lichts wegzureflektieren kostet nichts, wenn man es auf der Ebene der Glasspezifikation behebt, und kann stromabwärts nirgends wieder hereingeholt werden. Wenn Sie Glas spezifizieren, geben Sie den Eisengehalt, die äußere Textur, die innere Struktur, die Antireflexbeschichtung und die Vorspannungsklasse gemeinsam an und stimmen Sie das Einkapselungsmaterial darauf ab, statt die beiden unabhängig zu kaufen. Wenn Sie eine Stückliste für eine neue Linie aufstellen, senden Sie uns das Modulformat und das Glas, das Sie in Betracht ziehen, und wir sagen Ihnen, was die optische Spezifikation enthalten sollte.
Verwandt: Weltraum-Solarglasabdeckung: Warum Cer, und wie man sie liest ist das andere Ende derselben Glasfrage, auf der Außenfläche.
Weiterführende Literatur und Hintergrunddaten
Öffentlich zugängliches Referenzmaterial zu diesem Thema, veröffentlicht von den Organisationen, die die Technologie-Roadmap und die Marktdaten der Branche pflegen:
