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镀膜光伏玻璃与太阳电池匹配性浅析

2019-03-13 16:34:03 作者:admin 来源:北极星太阳能光伏网 网友评论 0

随着“领跑者”计划推进对光伏组件转化效率提出越来越高的要求,组件技术升级不断从太阳电池、封装工艺、封装材料等方面来降低封装光学损耗与电学损耗。其中,光伏玻璃透光效果是影响光伏组件发电能力的重要因素之一。光

随着“领跑者”计划推进对光伏组件转化效率提出越来越高的要求,组件技术升级不断从太阳电池、封装工艺、封装材料等方面来降低封装光学损耗与电学损耗。其中,光伏玻璃透光效果是影响光伏组件发电能力的重要因素之一。光伏玻璃表面增加减反射膜可有效提升组件功率,但由于减反射膜选择的多样性,组件生产过程中普遍存在使用相同技术指标的光伏玻璃却产出功率差异较大的组件。究其原因,除需考虑电池间匹配、封装工艺及其它封装材料的影响之外,光伏玻璃的特性及其与电池光学特性的匹配也尤为重要。

(来源:微信公众号:“光伏领跑者创新论坛” ID:PV_top-runner_forum)

本文对光伏镀膜玻璃光学特性以及光伏玻璃与太阳电池的匹配性进行研究分析,通过对比不同镀膜光伏玻璃对组件功率的影响,以及对玻璃光学性能与多档位太阳电池QE数据的分析,以确定与太阳电池较优匹配的光伏玻璃特性指标。并通过建模计算确定光伏玻璃最优镀膜参数,并以系列试验验证镀膜优化后的光伏玻璃可进一步提升组件功率。

1.镀膜光伏玻璃应用

1.1镀膜光伏玻璃

光伏组件功率损失的主要原因之一在于光伏玻璃对太阳光接近10%的反射损失,如果在玻璃表面镀制一层增透膜层,使玻璃表面散射率降低即能有效提升光伏组件转换效率。镀膜光伏玻璃即光伏纳米减反射膜光伏玻璃,是在普通光伏玻璃表面增加纳米SiO2减反射膜涂层,再经过热处理工艺使膜层与玻璃基体结合牢固。增透膜是利用光在膜表面上的反射光干涉相消的原理使反射光减为最小,可分为单层增透膜、双层增透膜和多层增透膜。但亩于制造成本及可靠性等因素,目前仍只有单层镀膜光伏玻璃得以普遍应用。镀膜玻璃对光线具有更高的透过率,普通超白压花钢化玻璃透光率可达91.7%以上,而镀膜玻璃透光率可达94%,因此能够提高组件输出功率约1.5~2%。

1.2功率增益原理

根据薄膜干涉原理,当玻璃表面镀上一层折射率小于玻璃且大于空气的薄膜可达到较好的减反射效果,如图1所示。

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当空气折射率nair=1,玻璃折射nglass=1.48~1.56,对于光伏用钠钙硅酸盐玻璃一般为nglass=1.52, 因此理想减反射膜层折射率nar≈1.23。减反射膜膜层厚度dAr基本在可见光平均波长1/4左右,即dAR=λ/(4*nair),可获得较佳膜层厚度,此时组件亦可获得更高的光学输入。如果光伏玻璃的透光曲线峰值λ=550~650nm,则此时对应膜层厚度dAr≈110~ 130nm。但在实际生产中,因光伏玻璃膜层折射率各不相同,且太阳电池光谱特性也有差异,因此仍需试验验证组件可获得最佳功率增益的玻璃膜层厚度。

2.匹配性分析

晶体硅太阳电池光谱响应范围为300~1200nm,在此波长范围内的光线都会产生光伏效应,实现光能到电能的转化。但光线在经过各层封装材料时,由于界面变化会使光线反射发生变化,加之封装材料本身都会对入射光有不同程度的吸收,因此会造成一定的光学损耗,所以封装材料的透光率对组件光学损失有明显影响。

2.1 太阳电池QE数据与镀膜光伏玻璃透光率分析

太阳电池对长波段可见光部分的量了效率QE较高,万而对短波段紫外光部分的量了效率较差,为改善光伏玻璃透光效果并使之与太阳电池性能更加匹配,可进一步提升太阳电池对全波段太阳光的吸收效果,从而提升光伏组件的转换效率。通过对转化效率为19.9%~20.3%的单晶电池QE曲线进行分析,可见变化趋势相同,QE峰值均出现在550~ 650nm波段之间。对不同镀膜厚度光伏玻璃的透光率检测表明,镀膜厚度为110~ 120nm时,550~ 650nm波段范围的光线透光率可达峰值。

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通过对镀膜光伏玻璃透光率的模拟计算,光伏玻璃最佳镀膜厚度应控制范围也在110-130nm之间,但考虑不同类型镀膜液与电池匹配存在一定差异,因此需进一步试验验证光伏玻璃镀膜厚度与组件功率的增益关系。

3.试验验证

3.1不同镀膜光伏玻璃的组件功率验证

对比采用不同镀膜液的光伏玻璃,当对光伏玻璃镀膜厚度范围限定较大时,其组件功率没有明显差异。本文中对比试样均采用相同批次材料,并在相同设备与操作条件下进行对比。

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3.2不同镀膜厚度光伏玻璃的验证

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通过表1中数据可初步判断,当光伏玻璃镀膜厚度为110nm左右时组件功率有明显增益。因此,将优化膜厚范围限定为110nm,并以10nm问隔增减,再对不同光伏玻璃厂家进行不同膜厚光伏玻璃的组件功率对比。通过表3b、c中的批量试样数据证实:当光伏玻璃膜厚以120nm为基准值,光伏组件功率增益最大,与目前对光伏玻璃技术指标仅要求透光率而对膜厚无限制的光伏组件相比,组件功率有所增益。

4.结论

目前,光伏玻璃镀膜液种类及厂家存在多样化选择,因镀膜钢化玻璃技术指标控制的差异性,引起实际生产中组件功率档位分散及组件转化效率达不到预期目标等问题。通过以上理论分析及系列试验验证,当光伏玻璃的膜层厚度以110~120nm为基数范围并控制在尽可能小的精度内,组件功率将有所增益。


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