Por que o Vidro do Painel Solar é Texturizado, e Não Liso
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Observe atentamente a frente de um módulo solar e o vidro não é a lâmina lisa que você encontra em uma janela. Ele é coberto por cavidades irregulares. A maioria das pessoas presume que isso é um defeito de fabricação. É uma das superfícies mais cuidadosamente projetadas de todo o módulo.
Materiais Fotovoltaicos · Vidro do Módulo · por Jerry, Ooitech
1. Uma Superfície Projetada, Não um Defeito
Fig. 1: O vidro frontal de um módulo sob luz refletida. A área destacada mostra a corrosão irregular que dá à superfície seu aspecto característico. O padrão é intencional, e é o que transforma um espelho em um coletor de luz.
A estrutura tem duas faces com especificações diferentes. A superfície externa, aquela em contato com o ar, é uma face texturizada de cavidades irregulares em escala micrométrica. A superfície interna, aquela ligada ao encapsulante, possui um padrão regular em relevo. Juntas, elas são a razão pela qual a frente de um módulo parece levemente turva em vez de vítrea, e ambas estão lá por razões ópticas.
2. Razão Um: Cortar a Perda por Reflexão
O vidro liso se comporta como um espelho parcial. Cerca de 8 por cento da luz solar que chega a uma superfície polida é refletida diretamente de volta para o céu e nunca alcança a célula. Em um módulo, isso representa 8 por cento da energia que você pagou para gerar, perdida na camada mais externa antes que qualquer outra coisa aconteça.
A superfície externa texturizada rompe isso. Saliências em escala micrométrica dispersam o feixe incidente de modo que a luz que chega em um ângulo raso é redirecionada em vez de rebatida para longe, e uma parte dela é desviada para dentro da célula em vez de para fora. O mesmo mecanismo alonga o caminho óptico dentro do módulo, o que dá ao silício mais oportunidade de absorver o que já entrou.
Fig. 2: Uma visão aproximada da superfície do vidro. Nesta escala, a corrosão se resolve em um micro padrão denso e regular. Tanto a dispersão quanto a transmissão dependem da geometria dessas características, razão pela qual o padrão é especificado em vez de deixado ao acaso.
3. Razão Dois: Espalhar a Luz pela Célula
Uma segunda função é a uniformidade. Se a luz chega de forma desigual, algumas regiões da célula trabalham mais do que outras e o módulo opera abaixo da soma de suas partes. A combinação de uma face externa texturizada e uma face interna padronizada espalha a luz incidente de forma mais uniforme pela superfície da célula, de modo que a área iluminada é utilizada de forma mais completa e a eficiência de conversão melhora.
Isso importa mais do que parece em formatos multi-cut e shingled, onde as células são divididas em pedaços menores. A iluminação desigual interage com a forma como esses pedaços são interconectados, e a razão pela qual módulos multi-cut se comportam de maneira diferente sob sombreamento parcial é abordada em nossa análise de resistência ao sombreamento multi-cut.
4. Razão Três: Luz Que Chega em Ângulo
A luz solar é perpendicular a um módulo apenas por uma curta parte do dia. Pela manhã, à tarde e durante o inverno, a luz chega em um ângulo acentuado, e é aí que uma superfície em relevo se diferencia de uma plana.
À medida que o ângulo de incidência aumenta, a transmissão do vidro em relevo cresce em relação ao vidro liso em vez de cair tão acentuadamente. Em termos práticos, o módulo recupera desempenho nas horas do dia e do ano em que uma superfície plana o estaria perdendo. Como um módulo passa a maior parte de sua vida fora da irradiância perpendicular de pico, este não é um efeito marginal.
5. Como as Cavidades São Realmente Feitas
Dois processos produzem as duas faces.
| Face | Processo | Estrutura resultante |
|---|---|---|
| Interna (lado do encapsulante) | Calandragem à medida que o vidro sai do forno: a fita fundida passa entre rolos, um dos quais carrega um padrão em relevo de precisão pressionado na superfície semimolten | Arranjos regulares de formas definidas, comumente padrões de pirâmide, tronco de pirâmide hexagonal e tronco de pirâmide quadrangular |
| Externa (lado do ar) | Ataque químico para criar cavidades aleatórias, seguido por um revestimento antirreflexo em nanoescala — alguns produtos antirreflexo formam a face externa por calandragem em vez disso | Textura irregular em escala micrométrica sob uma camada antirreflexo porosa |
O padrão interno é determinístico: a geometria do rolo é transferida para o vidro, de modo que a forma e o espaçamento das cavidades são definidos pelo ferramental e não pelo acaso. A superfície externa é deliberadamente aleatória, porque uma textura randomizada dispersa amplamente em vez de difratar em direções específicas. Sobre essa textura externa repousa um revestimento antirreflexo, tipicamente à base de sílica porosa, que usa uma estrutura de poros controlada para reduzir ainda mais a reflexão e aumentar a transmissão.
Fig. 3: O padrão em relevo no vidro em detalhe. Como é transferido de um rolo padronizado, a geometria é repetível de chapa para chapa — o que permite que uma especificação de vidro declare um padrão em vez de uma rugosidade.
6. O Mesmo Truque em Outros Lugares do Módulo
Depois que você sabe o que procurar, o mesmo princípio de design aparece em vários lugares.
- Backsheets de vidro duplo. O vidro traseiro de um módulo de vidro duplo possui um tratamento de superfície comparável, pelo mesmo motivo: a luz que chega à parte traseira de um módulo bifacial precisa ser deixada entrar, não refletida.
- Módulos flexíveis e dobráveis. Painéis portáteis e dobráveis usam uma textura de superfície com cavidades em sua folha frontal para obter um efeito de dispersão semelhante sem vidro rígido.
- Folhas frontais de ETFE. Folhas frontais de fluoropolímero são fornecidas com uma superfície fosca que desempenha o mesmo papel antirreflexo em módulos leves.
- Filmes de passivação frontal. Funções ópticas e de passivação também estão sendo combinadas em nível de célula, como no caso de SiNx de filme frontal TOPCon, onde a escolha do filme se traduz diretamente em watts do módulo.
7. O que verificar ao especificar o vidro do módulo
Como o benefício óptico vem da superfície e não do volume, uma especificação de vidro que lista apenas espessura e têmpera está incompleta. Cinco atributos carregam o desempenho.
| Atributo | Por que isso importa |
|---|---|
| Teor de ferro | O vidro de baixo teor de ferro eleva a transmitância de base. O vidro float comum absorve na faixa visível e custa potência antes de qualquer tratamento de superfície ser aplicado. |
| Textura externa | Determina o comportamento de reflexão e espalhamento e, portanto, quanto da luz incidente atinge a célula. |
| Padrão interno em relevo | Afeta a distribuição da luz pela célula e o comportamento de laminação. A geometria do padrão é transferida do ferramental, portanto é reproduzível e deve ser especificada. |
| Revestimento antirreflexo | Fornece o último incremento de transmitância. A durabilidade do revestimento importa tanto quanto seu desempenho inicial, pois ele enfrenta o clima por 25 anos. |
| Qualidade da têmpera | Estrutural e não óptica, mas um vidro que falha mecanicamente leva consigo o desempenho óptico. Veja como saber se a trinca do vidro semitemperado é quebra espontânea. |
A Ooitech fornece vidro para módulos junto com o restante da lista de materiais, incluindo filmes encapsulantes EVA, POE e EPE, fitas, selantes e molduras, o que significa que vidro e encapsulante podem ser combinados em vez de adquiridos independentemente. A especificação do vidro em si está descrita em nossa página de produto de vidro solar, e a lista completa de materiais é detalhada em principais materiais dos módulos de painéis solares.
Perguntas frequentes
A superfície áspera do vidro do painel solar é um defeito?
Não. É uma estrutura óptica projetada. A face externa é uma superfície texturizada de cavidades irregulares em escala micrométrica e a face interna possui um padrão em relevo regular. Ambas são especificadas para aumentar a quantidade de luz que atinge a célula em vez de ser refletida para longe.
Quanta luz o vidro liso reflete?
Uma superfície de vidro polido reflete cerca de 8 por cento da luz solar incidente. Em um módulo, essa perda ocorre na camada mais externa, antes que qualquer luz atinja a célula, razão pela qual tanto esforço de engenharia é dedicado à superfície em vez do volume do vidro.
Como é produzida a superfície interna padronizada?
Por calandragem. À medida que a fita de vidro sai do forno, ela passa entre rolos e um deles carrega um padrão em relevo de precisão que é pressionado na superfície ainda semimolten. As geometrias comuns são arranjos de pirâmide, tronco de pirâmide hexagonal e tronco de pirâmide quadrangular. Como o padrão vem do rolo, é repetível de chapa para chapa.
Do que é feito o revestimento antirreflexo?
Tipicamente uma camada porosa à base de sílica depositada após a superfície externa ter sido gravada. Sua estrutura de poros é o que reduz a reflexão, portanto tanto o material quanto a geometria dos poros importam. A durabilidade sob UV, umidade e ciclos térmicos é tão importante quanto o ganho de transmitância inicial.
A textura ajuda no inverno e em ângulos solares baixos?
Sim, e esse é um de seus argumentos mais fortes. Em grandes ângulos de incidência, o vidro em relevo transmite proporcionalmente melhor que o vidro liso, então o módulo se comporta melhor pela manhã, à noite e durante os meses de inverno, quando a luz raramente chega perpendicular à superfície.
Módulos bifaciais e flexíveis usam a mesma abordagem?
Sim. Módulos de vidro duplo aplicam um tratamento comparável ao vidro traseiro para que a luz que atinge a parte de trás possa entrar. Módulos flexíveis e dobráveis usam uma textura frontal com cavidades, e folhas frontais de ETFE são fornecidas com uma superfície fosca que serve ao mesmo propósito antirreflexo sem vidro rígido.
Considerações Finais
A superfície com cavidades do vidro do módulo é um bom lembrete de que, na fabricação de módulos, os ganhos mais baratos costumam ser ópticos e não elétricos. Refletir 8 por cento da luz incidente para longe não custa nada para corrigir na etapa de especificação do vidro e não pode ser recuperado em nenhum ponto a jusante. Ao especificar o vidro, declare o teor de ferro, a textura externa, o padrão interno, o revestimento antirreflexo e o grau de têmpera em conjunto, e combine o encapsulante com ele em vez de comprar os dois independentemente. Se você está montando uma lista de materiais para uma nova linha, envie-nos o formato do módulo e o vidro que está considerando, e diremos o que a especificação óptica deve incluir.
