لماذا زجاج الألواح الشمسية محبب وليس أملس
جدول المحتويات
انظر عن كثب إلى مقدمة الوحدة الشمسية وستجد أن الزجاج ليس الصفيحة الملساء التي تراها في النافذة. إنه مغطى بحفر غير منتظمة. يفترض معظم الناس أن هذا عيب تصنيعي. لكنه أحد أكثر الأسطح المصممة بعناية في الوحدة بأكملها.
مواد الطاقة الكهروضوئية · زجاج الوحدة · بقلم جيري، Ooitech
1. سطح مصمم، وليس عيباً
شكل 1: الزجاج الأمامي للوحدة تحت الضوء المنعكس. تُظهر المنطقة المميزة الحفر غير المنتظم الذي يمنح السطح مظهره المميز. النمط مقصود، وهو ما يحول المرآة إلى جامع للضوء.
يتكون الهيكل من وجهين بمواصفات مختلفة. ال سطح الخارجي, الذي يلامس الهواء، هو وجه محبب بحفر غير منتظمة بمقياس ميكروني. ال سطح الداخلي, المرتبط بمادة التغليف، يحمل نمطاً منقوشاً منتظماً. معاً هما السبب في أن مقدمة الوحدة تبدو ضبابية قليلاً بدلاً من أن تكون زجاجية، وكلاهما موجود لأسباب بصرية.
2. السبب الأول: قطع فقدان الانعكاس
يتصرف الزجاج الأملس كمرآة جزئية. ينعكس حوالي 8 بالمئة من ضوء الشمس الواصل إلى سطح مصقول مباشرة إلى السماء ولا يصل أبداً إلى الخلية. في الوحدة، هذا يعني 8 بالمئة من الطاقة التي دفعت لتوليدها، تُفقد في الطبقة الخارجية قبل حدوث أي شيء آخر.
السطح الخارجي المحبب يكسر ذلك. نتوءات بمقياس ميكروني تشتت الشعاع الوارد بحيث يُعاد توجيه الضوء الواصل بزاوية منخفضة بدلاً من ارتداده بعيداً، ويُنحنى جزء منه إلى الخلية بدلاً من بعيداً عنها. الآلية نفسها تطيل المسار البصري داخل الوحدة، مما يمنح السيليكون فرصة أكبر لامتصاص ما دخل بالفعل.
شكل 2: منظر قريب لسطح الزجاج. عند هذا المقياس تتحول الحفر إلى نمط ميكروي كثيف ومنتظم. يعتمد كل من التشتت والنفاذية على هندسة هذه الملامح، ولهذا يُحدد النمط بدلاً من تركه للصدفة.
3. السبب الثاني: نشر الضوء عبر الخلية
المهمة الثانية هي الانتظام. إذا وصل الضوء بشكل غير متساوٍ، تعمل بعض مناطق الخلية بجهد أكبر من غيرها وتعمل الوحدة بأقل من مجموع أجزائها. مزيج الوجه الخارجي المحبب والوجه الداخلي المنقوش ينشر الضوء الوارد بشكل أكثر انتظاماً عبر سطح الخلية، بحيث تُستخدم المنطقة المضاءة بشكل أكمل وتتحسن كفاءة التحويل.
هذا مهم أكثر مما يبدو في التنسيقات متعددة القطع والمتراكبة، حيث تُقسم الخلايا إلى قطع أصغر. يتفاعل الإضاءة غير المتساوية مع كيفية ترابط تلك القطع، والسبب في أن الوحدات متعددة القطع تتصرف بشكل مختلف تحت الظل الجزئي مشروح في تحليلنا لمقاومة الظل متعدد القطع.
4. السبب الثالث: الضوء الذي يصل بزاوية
يكون ضوء الشمس عمودياً على الوحدة لجزء قصير فقط من اليوم. في الصباح، وفي المساء، وطوال الشتاء، يصل الضوء بزاوية واضحة، وهنا يتميز السطح المنقوش عن السطح المستوي.
مع زيادة زاوية السقوط، ترتفع نفاذية الزجاج المنقوش مقارنة بالزجاج الأملس بدلاً من أن تنخفض بشكل حاد. عملياً، تستعيد الوحدة أداءها في أوقات اليوم والسنة التي كان فيها السطح المستوي سيفقدها. وبما أن الوحدة تقضي معظم عمرها خارج ذروة الإشعاع العمودي، فهذا ليس تأثيراً هامشياً.
5. كيف تُصنع الحفر فعلياً
عمليتان تنتجان الوجهين.
| الوجه | العملية | الهيكل الناتج |
|---|---|---|
| الداخلي (جانب مادة التغليف) | الكبس بالأسطوانات أثناء خروج الزجاج من الفرن: يمر الشريط المنصهر بين أسطوانات، إحداها تحمل نمطاً بارزاً دقيقاً يُضغط في السطح شبه المنصهر | مصفوفات منتظمة من أشكال محددة، عادة أنماط هرمية وسداسية مقطوعة ورباعية مقطوعة |
| الخارجي (جانب الهواء) | النقش الكيميائي لإنشاء حفر عشوائية، يليه طلاء مضاد للانعكاس بمقياس نانوي — بعض منتجات مضاد الوهج تشكل الوجه الخارجي بالكبس بدلاً من ذلك | نسيج ميكروني غير منتظم تحت طبقة مضادة للانعكاس مسامية |
النمط الداخلي حتمي: تُنقل هندسة الأسطوانة إلى الزجاج، بحيث يُحدد شكل الحفر وتباعدها بالأدوات بدلاً من الصدفة. السطح الخارجي عشوائي عمداً، لأن النسيج العشوائي يشتت على نطاق واسع بدلاً من أن ينحرف في اتجاهات محددة. وفوق ذلك النسيج الخارجي توجد طبقة مضادة للانعكاس، عادة قائمة على السيليكا المسامية، تستخدم بنية مسامية مضبوطة لتقليل الانعكاس أكثر ورفع النفاذية.
شكل 3: النمط المنقوش على الزجاج بالتفصيل. لأنه منقول من أسطوانة منقوشة، فإن الهندسة قابلة للتكرار من صفيحة إلى أخرى — وهذا ما يسمح لمواصفات الزجاج بتحديد نمط بدلاً من خشونة.
6. الحيلة نفسها في أماكن أخرى من الوحدة
بمجرد أن تعرف ما تبحث عنه، يظهر مبدأ التصميم نفسه في عدة أماكن.
- الطبقات الخلفية للزجاج المزدوج. يحمل الزجاج الخلفي للوحدة ذات الزجاج المزدوج معالجة سطحية مماثلة، للسبب نفسه: يجب إدخال الضوء الواصل إلى خلف الوحدة ثنائية الوجه، لا عكسه.
- الوحدات المرنة والقابلة للطي. تستخدم الألواح المحمولة والقابلة للطي نسيجاً سطحياً محفراً على صفيحتها الأمامية للحصول على تأثير تشتيت مماثل دون زجاج صلب.
- الصفائح الأمامية من ETFE. يتم توريد الألواح الأمامية من البوليمر الفلوري بسطح مطفي يؤدي نفس الدور المضاد للانعكاس في الوحدات خفيفة الوزن.
- أفلام التخميل الأمامية. يتم أيضًا الجمع بين الوظائف البصرية ووظائف التخميل على مستوى الخلية، كما في حالة فيلم SiNx الأمامي لتقنية TOPCon, حيث يترجم اختيار الفيلم مباشرة إلى واط الوحدة.
7. ما يجب فحصه عند تحديد زجاج الوحدة
نظرًا لأن الفائدة البصرية تأتي من السطح وليس من الكتلة، فإن مواصفات الزجاج التي تسرد السماكة والتقسية فقط تكون غير مكتملة. خمس سمات تحمل الأداء.
| السمة | لماذا يهم ذلك |
|---|---|
| محتوى الحديد | زجاج منخفض الحديد يرفع النفاذية الأساسية. الزجاج العائم العادي يمتص في النطاق المرئي ويكلفك طاقة قبل تطبيق أي معالجة سطحية. |
| الملمس الخارجي | يحدد سلوك الانعكاس والتشتت، وبالتالي مقدار الضوء الساقط الذي يصل إلى الخلية. |
| النمط البارز الداخلي | يؤثر على توزيع الضوء عبر الخلية وسلوك التصفيح. يتم نقل هندسة النمط من الأدوات، لذا فهي قابلة للتكرار ويجب تحديدها. |
| الطلاء المضاد للانعكاس | يوفر الزيادة الأخيرة في النفاذية. متانة الطلاء مهمة بقدر أدائه الأولي، لأنه يواجه الطقس لمدة 25 عامًا. |
| جودة التقسية | هيكلية وليست بصرية، لكن الزجاج الذي يفشل ميكانيكيًا يأخذ الأداء البصري معه. انظر كيف تعرف أن تشقق الزجاج نصف المقسى هو كسر تلقائي. |
توفر Ooitech زجاج الوحدة إلى جانب بقية قائمة المواد، بما في ذلك أفلام التغليف EVA وPOE وEPE, الأشرطة والمواد المانعة للتسرب والإطارات، مما يعني أنه يمكن مطابقة الزجاج والمادة التغليفية بدلاً من شرائهما بشكل مستقل. مواصفات الزجاج نفسها موضحة في صفحة منتج الزجاج الشمسي, وقائمة المواد الكاملة مفصلة في المواد الرئيسية لوحدات الألواح الشمسية.
الأسئلة الشائعة
هل السطح الخشن لزجاج الألواح الشمسية عيب؟
لا. إنه هيكل بصري مصمم. الوجه الخارجي سطح منقوش بحفر غير منتظمة بمقياس ميكرون والوجه الداخلي يحمل نمطًا بارزًا منتظمًا. تم تحديد كليهما لزيادة كمية الضوء التي تصل إلى الخلية بدلاً من انعكاسها بعيدًا.
كم من الضوء يعكس الزجاج الأملس؟
سطح الزجاج المصقول يعكس حوالي 8 بالمائة من ضوء الشمس الساقط. في الوحدة يحدث هذا الفقد في الطبقة الخارجية، قبل أن يصل أي ضوء إلى الخلية، ولهذا يُبذل الكثير من الجهد الهندسي على السطح بدلاً من كتلة الزجاج.
كيف يتم إنتاج السطح الداخلي المنقوش؟
عن طريق الكالندرة. عندما يغادر شريط الزجاج الفرن، يمر بين بكرات وإحداها تحمل نمطًا بارزًا دقيقًا يُضغط في السطح شبه المنصهر. الأشكال الهندسية الشائعة هي مصفوفات هرمية وسداسية الأوجه ومقطوعة رباعية الأوجه. نظرًا لأن النمط يأتي من البكرة، فهو قابل للتكرار من لوح إلى آخر.
مم يتكون الطلاء المضاد للانعكاس؟
عادةً طبقة مسامية قائمة على السيليكا تُرسب بعد نقش السطح الخارجي. بنيتها المسامية هي ما يقلل الانعكاس، لذا فإن المادة وهندسة المسام كلاهما مهم. المتانة تحت الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة والدورات الحرارية مهمة بقدر زيادة النفاذية الأولية.
هل يساعد الملمس في الشتاء وزوايا الشمس المنخفضة؟
نعم، وهذه إحدى أقوى حججه. عند زوايا السقوط الكبيرة، ينفذ الزجاج المنقوش بشكل أفضل نسبيًا من الزجاج الأملس، لذا تصمد الوحدة بشكل أفضل في الصباح والمساء وطوال أشهر الشتاء عندما نادرًا ما يصل الضوء عموديًا على السطح.
هل تستخدم الوحدات ثنائية الوجه والمرنة نفس النهج؟
نعم. تطبق الوحدات ثنائية الزجاج معالجة مماثلة على الزجاج الخلفي حتى يتمكن الضوء الواصل إلى الخلف من الدخول. تستخدم الوحدات المرنة والقابلة للطي ملمسًا أماميًا منقوشًا، ويتم توريد الألواح الأمامية من ETFE بسطح مطفي يخدم نفس الغرض المضاد للانعكاس دون زجاج صلب.
أفكار ختامية
السطح المنقوش لزجاج الوحدة تذكير جيد بأنه في تصنيع الوحدات غالبًا ما تكون المكاسب الأرخص بصرية وليست كهربائية. عكس 8 بالمائة من الضوء الوارد بعيدًا لا يكلف شيئًا لإصلاحه في مرحلة مواصفات الزجاج ولا يمكن استعادته في أي مكان لاحقًا. عند تحديد الزجاج، اذكر محتوى الحديد والملمس الخارجي والنمط الداخلي والطلاء المضاد للانعكاس ودرجة التقسية معًا، وطابق المادة التغليفية معه بدلاً من شراء الاثنين بشكل مستقل. إذا كنت تُعد قائمة مواد لخط جديد، أرسل لنا تنسيق الوحدة والزجاج الذي تفكر فيه، وسنخبرك بما يجب أن تتضمنه المواصفات البصرية.
