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Perché il vetro dei pannelli solari è texturizzato, non liscio
Indice
Risposta rapida: Il vetro del modulo solare è texturizzato anziché liscio perché una superficie di vetro piana riflette troppa luce. Un'interfaccia vetro-aria levigata riflette circa il 4% della luce incidente su ciascuna superficie, e un modulo ne ha due, quindi un coperchio frontale non trattato respingerebbe una quota significativa della luce prima che raggiunga una cella. La texture è incisa nel vetro come un motivo di piccole caratteristiche che reindirizza la luce riflessa nuovamente all'interno del modulo invece che all'esterno. Questo funziona insieme al rivestimento antiriflesso sulla cella e all'indice di rifrazione dell'incapsulante, quindi i tre sono specificati come un insieme anziché indipendentemente. La texture ha anche un beneficio secondario sull'aspetto ottico: diffonde i riflessi in modo che il modulo appaia come una superficie uniforme anziché uno specchio, il che è importante per le installazioni su tetto dove il riflesso è motivo di lamentela.
Osservate da vicino la parte anteriore di un modulo solare e il vetro non è la lastra liscia che trovate in una finestra. È coperto di fossette irregolari. La maggior parte delle persone presume che si tratti di un difetto di fabbricazione. È una delle superfici più accuratamente progettate dell'intero modulo.
Materiali FV · Vetro del Modulo · di Jerry, Ooitech
1. Una superficie progettata, non un difetto
Fig. 1: Il vetro frontale di un modulo in luce riflessa. L'area evidenziata mostra la fossetta irregolare che conferisce alla superficie il suo aspetto caratteristico. Il motivo è deliberato ed è ciò che trasforma uno specchio in un collettore di luce.
La struttura ha due facce con specifiche diverse. La superficie esterna, quella a contatto con l'aria, è una faccia texturizzata con fossette irregolari su scala micron. La superficie interna, quella incollata all'incapsulante, presenta un motivo in rilievo regolare. Insieme sono la ragione per cui il fronte di un modulo appare leggermente velato anziché vitreo, ed entrambe sono presenti per ragioni ottiche.
2. Prima ragione: ridurre la perdita per riflessione
Il vetro liscio si comporta come uno specchio parziale. Circa l'8 percento della luce solare che arriva su una superficie lucidata viene riflessa direttamente verso il cielo e non raggiunge mai la cella. Su un modulo ciò rappresenta l'8 percento dell'energia che avete pagato per generare, persa nello strato più esterno prima che accada qualsiasi altra cosa.
La superficie esterna texturizzata spezza tutto ciò. Le asperità su scala micron diffondono il fascio in arrivo, così la luce che arriva con un angolo radente viene reindirizzata invece di essere respinta, e una parte viene deviata verso la cella anziché lontano da essa. Lo stesso meccanismo allunga il percorso ottico all'interno del modulo, il che offre al silicio maggiori opportunità di assorbire ciò che è già entrato.
Fig. 2: Una vista ravvicinata della superficie del vetro. A questa scala la fossetta si risolve in un micro-motivo denso e regolare. Sia la diffusione che la trasmissione dipendono dalla geometria di queste caratteristiche, ed è per questo che il motivo viene specificato anziché lasciato al caso.
3. Seconda ragione: distribuire la luce sulla cella
Una seconda funzione è l'uniformità. Se la luce arriva in modo non uniforme, alcune regioni della cella lavorano più di altre e il modulo opera al di sotto della somma delle sue parti. La combinazione di una faccia esterna texturizzata e di una faccia interna con motivo distribuisce la luce in arrivo in modo più uniforme sulla superficie della cella, così l'area illuminata viene utilizzata in modo più completo e l'efficienza di conversione migliora.
Questo conta più di quanto sembri nei formati multi-cut e shingled, dove le celle sono divise in pezzi più piccoli. L'illuminazione non uniforme interagisce con il modo in cui quei pezzi sono interconnessi, e la ragione per cui i moduli multi-cut si comportano diversamente in condizioni di ombreggiamento parziale è trattata nella nostra analisi della resistenza all'ombra dei multi-cut.
4. Terza ragione: la luce che arriva in diagonale
La luce solare è perpendicolare a un modulo solo per una breve parte della giornata. Al mattino, alla sera e durante l'inverno, la luce arriva con un angolo pronunciato, ed è qui che una superficie in rilievo si distingue da una piatta.
Man mano che l'angolo di incidenza aumenta, la trasmissione del vetro in rilievo cresce rispetto al vetro liscio invece di calare così bruscamente. In termini pratici il modulo recupera prestazioni nelle ore del giorno e dell'anno in cui una superficie piatta le perderebbe. Poiché un modulo trascorre la maggior parte della sua vita al di fuori dell'irraggiamento perpendicolare di picco, questo non è un effetto marginale.
5. Come vengono realmente realizzate le fossette
Due processi producono le due facce.
| Faccia | Processo | Struttura risultante |
|---|---|---|
| Interna (lato incapsulante) | Calandratura mentre il vetro esce dal forno: il nastro fuso passa tra rulli, uno dei quali porta un motivo in rilievo di precisione impresso nella superficie semifusa | Serie regolari di forme definite, comunemente motivi a piramide, tronco di piramide esagonale e tronco di piramide quadrangolare |
| Esterna (lato aria) | Attacco chimico per creare fossette randomizzate, seguito da un rivestimento antiriflesso su scala nanometrica — alcuni prodotti antiriflesso formano la faccia esterna mediante calandratura | Texture irregolare su scala micron sotto uno strato antiriflesso poroso |
Il motivo interno è deterministico: la geometria del rullo viene trasferita nel vetro, quindi la forma e la spaziatura delle fossette sono determinate dall'attrezzatura anziché dal caso. La superficie esterna è deliberatamente casuale, perché una texture randomizzata diffonde ampiamente invece di diffrangere in direzioni specifiche. Sopra quella texture esterna si trova un rivestimento antiriflesso, tipicamente a base di silice porosa, che utilizza una struttura controllata dei pori per ridurre ulteriormente la riflessione e aumentare la trasmissione.
Fig. 3: Il motivo in rilievo sul vetro in dettaglio. Poiché è trasferito da un rullo con motivo, la geometria è ripetibile da lastra a lastra — ed è ciò che consente a una specifica del vetro di indicare un motivo anziché una rugosità.
6. Lo stesso trucco altrove nel modulo
Una volta che sapete cosa cercare, lo stesso principio di progettazione appare in diversi punti.
- Backsheet in doppio vetro. Il vetro posteriore di un modulo a doppio vetro presenta un trattamento superficiale comparabile, per la stessa ragione: la luce che raggiunge il retro di un modulo bifacciale deve essere fatta entrare, non riflessa.
- Moduli flessibili e pieghevoli. I pannelli portatili e pieghevoli utilizzano una texture superficiale a fossette sul loro strato frontale per ottenere un effetto di diffusione simile senza vetro rigido.
- Stratti frontali in ETFE. I fogli frontali in fluoropolimero sono forniti con una superficie opaca che svolge lo stesso ruolo antiriflesso nei moduli leggeri.
- Film di passivazione frontale. Le funzioni ottiche e di passivazione vengono combinate anche a livello di cella, come nel caso di SiNx per film frontale TOPCon, dove la scelta del film si traduce direttamente nei watt del modulo.
7. Cosa verificare quando si specifica il vetro per moduli
Poiché il beneficio ottico deriva dalla superficie anziché dalla massa, una specifica del vetro che elenca solo spessore e tempra è incompleta. Cinque attributi determinano le prestazioni.
| Attributo | Perché è importante |
|---|---|
| Contenuto di ferro | Il vetro a basso contenuto di ferro aumenta la trasmissione di base. Il vetro float ordinario assorbe nella gamma visibile e costa potenza prima ancora che venga applicato qualsiasi trattamento superficiale. |
| Texture esterna | Determina il comportamento di riflessione e diffusione, e quindi quanta luce incidente raggiunge la cella. |
| Motivo in rilievo interno | Influenza la distribuzione della luce sulla cella e il comportamento in laminazione. La geometria del motivo viene trasferita dallo stampo, quindi è riproducibile e dovrebbe essere specificata. |
| Rivestimento antiriflesso | Fornisce l'ultimo incremento di trasmissione. La durabilità del rivestimento conta quanto le sue prestazioni iniziali, poiché affronta le intemperie per 25 anni. |
| Qualità della tempra | Strutturale più che ottica, ma un vetro che cede meccanicamente porta con sé anche le prestazioni ottiche. Vedi come riconoscere se la rottura del vetro semitemperato è una rottura spontanea. |
Ooitech fornisce il vetro per moduli insieme al resto della distinta base, inclusi EVA, POE ed EPE, nastri, sigillanti e telai, il che significa che vetro ed encapsulante possono essere abbinati anziché approvvigionati separatamente. La specifica del vetro stessa è illustrata nella nostra pagina prodotto del vetro solare, e la distinta base completa è dettagliata in materiali principali dei moduli fotovoltaici.
FAQ
La superficie ruvida del vetro dei pannelli solari è un difetto?
No. È una struttura ottica progettata. La faccia esterna è una superficie texturizzata con irregolari cavità su scala micron e la faccia interna presenta un motivo in rilievo regolare. Entrambe sono progettate per aumentare la quantità di luce che raggiunge la cella invece di essere riflessa via.
Quanta luce riflette il vetro liscio?
Una superficie di vetro lucidato riflette circa l'8 percento della luce solare incidente. Su un modulo quella perdita avviene nello strato più esterno, prima che qualsiasi luce raggiunga la cella, ed è per questo che tanto impegno ingegneristico è dedicato alla superficie anziché alla massa del vetro.
Come viene prodotta la superficie interna con motivo?
Mediante calandratura. Mentre il nastro di vetro esce dalla fornace, passa tra i rulli e uno di essi porta un motivo in rilievo di precisione che viene impresso nella superficie ancora semimolle. Le geometrie comuni sono array di piramidi, tronchi di piramide esagonali e tronchi di piramide quadrangolari. Poiché il motivo proviene dal rullo, è ripetibile da foglio a foglio.
Di cosa è fatto il rivestimento antiriflesso?
Tipicamente uno strato poroso a base di silice depositato dopo che la superficie esterna è stata incisa. È la sua struttura porosa a ridurre la riflessione, quindi contano sia il materiale sia la geometria dei pori. La durabilità sotto UV, umidità e cicli termici è importante quanto il guadagno di trasmissione iniziale.
La texture aiuta in inverno e con angoli solari bassi?
Sì, e questo è uno dei suoi argomenti più forti. Con angoli di incidenza elevati, il vetro in rilievo trasmette proporzionalmente meglio del vetro liscio, quindi il modulo tiene meglio al mattino, alla sera e nei mesi invernali, quando la luce raramente arriva perpendicolare alla superficie.
I moduli bifacciali e flessibili usano lo stesso approccio?
Sì. I moduli a doppio vetro applicano un trattamento comparabile al vetro posteriore affinché la luce che raggiunge il retro possa entrare. I moduli flessibili e pieghevoli usano una texture frontale con cavità, e i fogli frontali in ETFE sono forniti con una superficie opaca che svolge lo stesso scopo antiriflesso senza vetro rigido.
Considerazioni finali
La superficie con cavità del vetro per moduli è un buon promemoria del fatto che nella produzione di moduli i guadagni più economici sono spesso ottici anziché elettrici. Riflettere via l'8 percento della luce in ingresso non costa nulla da correggere in fase di specifica del vetro e non può essere recuperato in nessuna fase successiva. Quando specifichi il vetro, indica insieme il contenuto di ferro, la texture esterna, il motivo interno, il rivestimento antiriflesso e il grado di tempra, e abbina l'encapsulante ad esso anziché acquistare i due separatamente. Se stai predisponendo una distinta base per una nuova linea, inviaci il formato del modulo e il vetro che stai considerando, e ti diremo cosa dovrebbe includere la specifica ottica.
Correlato: Vetro di copertura solare per lo spazio: perché il cerio e come interpretarlo è l'altro capo della stessa questione del vetro, sulla superficie esterna.
Approfondimenti e dati di contesto
Materiale di riferimento pubblico su questo argomento, pubblicato dalle organizzazioni che mantengono la roadmap tecnologica e i dati di mercato del settore:
