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Pourquoi le verre des panneaux solaires est texturé et non lisse
Table des matières
Réponse rapide : Le verre des modules solaires est texturé plutôt que lisse car une surface de verre plate réfléchit trop de lumière. Une interface verre-air polie réfléchit environ 4 % de la lumière incidente à chaque surface, et un module en possède deux, de sorte qu'un couvercle avant non traité rejetterait une part significative de la lumière avant même qu'elle n'atteigne une cellule. La texture est gravée dans le verre sous forme d'un motif de petites structures qui redirige la lumière réfléchie vers l'intérieur du module plutôt que vers l'extérieur. Cela fonctionne conjointement avec le revêtement antireflet sur la cellule et l'indice de réfraction de l'encapsulant, de sorte que les trois sont spécifiés comme un ensemble plutôt qu'indépendamment. La texture présente également un avantage secondaire sur l'apparence optique : elle diffuse les réflexions de sorte que le module apparaît comme une surface uniforme plutôt qu'un miroir, ce qui importe pour les installations en toiture où l'éblouissement est une source de plainte.
Regardez de près l'avant d'un module solaire et le verre n'est pas la feuille lisse que l'on trouve dans une fenêtre. Il est couvert de piqûres irrégulières. La plupart des gens supposent qu'il s'agit d'un défaut de fabrication. C'est l'une des surfaces les plus soigneusement conçues de tout le module.
Matériaux PV · Verre de module · par Jerry, Ooitech
1. Une surface conçue, pas un défaut
Fig. 1 : Le verre avant d'un module sous lumière réfléchie. La zone mise en évidence montre le piquetage irrégulier qui donne à la surface son aspect caractéristique. Le motif est délibéré, et c'est ce qui transforme un miroir en collecteur de lumière.
La structure comporte deux faces aux spécifications différentes. La surface extérieure, celle en contact avec l'air, est une face texturée de piqûres irrégulières à l'échelle du micron. La surface intérieure, celle liée à l'encapsulant, porte un motif embossé régulier. Ensemble, elles expliquent pourquoi l'avant d'un module paraît légèrement trouble plutôt que vitreux, et les deux sont là pour des raisons optiques.
2. Première raison : réduire la perte par réflexion
Le verre lisse se comporte comme un miroir partiel. Environ 8 pour cent de la lumière solaire arrivant sur une surface polie est réfléchie directement vers le ciel et n'atteint jamais la cellule. Sur un module, cela représente 8 pour cent de l'énergie que vous avez payée pour produire, perdue à la couche la plus externe avant que quoi que ce soit d'autre ne se produise.
La surface extérieure texturée décompose cela. Les bosses à l'échelle du micron diffusent le faisceau incident de sorte que la lumière arrivant sous un angle faible est redirigée plutôt que renvoyée, et une partie est courbée vers la cellule au lieu de s'en éloigner. Le même mécanisme allonge le trajet optique à l'intérieur du module, ce qui donne au silicium plus d'occasions d'absorber ce qui est déjà entré.
Fig. 2 : Vue rapprochée de la surface du verre. À cette échelle, le piquetage se résout en un micro-motif dense et régulier. La diffusion et la transmission dépendent toutes deux de la géométrie de ces motifs, c'est pourquoi le motif est spécifié plutôt que laissé au hasard.
3. Deuxième raison : répartir la lumière sur la cellule
Une seconde fonction est l'uniformité. Si la lumière arrive de manière inégale, certaines régions de la cellule travaillent plus que d'autres et le module fonctionne en dessous de la somme de ses parties. La combinaison d'une face extérieure texturée et d'une face intérieure à motif répartit la lumière incidente plus uniformément sur la surface de la cellule, de sorte que la zone éclairée est utilisée plus complètement et l'efficacité de conversion s'améliore.
Cela compte plus qu'il n'y paraît sur les formats multi-cut et shingled, où les cellules sont divisées en pièces plus petites. L'éclairage inégal interagit avec la façon dont ces pièces sont interconnectées, et la raison pour laquelle les modules multi-cut se comportent différemment sous ombrage partiel est couverte dans notre analyse de la résistance à l'ombrage multi-cut.
4. Troisième raison : la lumière qui arrive sous un angle
La lumière du soleil n'est perpendiculaire à un module que pendant une courte partie de la journée. Le matin, le soir et tout au long de l'hiver, la lumière arrive sous un angle prononcé, et c'est là qu'une surface embossée se distingue d'une surface plane.
À mesure que l'angle d'incidence augmente, la transmission du verre embossé augmente par rapport au verre lisse plutôt que de chuter aussi fortement. En termes pratiques, le module récupère des performances aux moments de la journée et de l'année où une surface plane les perdrait. Comme un module passe la majeure partie de sa vie en dehors de l'irradiance perpendiculaire de pointe, ce n'est pas un effet marginal.
5. Comment les piqûres sont réellement fabriquées
Deux procédés produisent les deux faces.
| Face | Procédé | Structure résultante |
|---|---|---|
| Intérieure (côté encapsulant) | Calandrage lorsque le verre quitte le four : le ruban en fusion passe entre des rouleaux, dont l'un porte un motif en relief de précision pressé dans la surface semi-fondue | Réseaux réguliers de formes définies, couramment des motifs pyramidaux, de tronc hexagonal et de tronc quadrangulaire |
| Extérieure (côté air) | Gravure chimique pour créer des piqûres aléatoires, suivie d'un revêtement antireflet à l'échelle nanométrique — certains produits antireflets forment la face extérieure par calandrage à la place | Texture irrégulière à l'échelle du micron sous une couche antireflet poreuse |
Le motif intérieur est déterministe : la géométrie du rouleau est transférée dans le verre, de sorte que la forme et l'espacement des piqûres sont définis par l'outillage plutôt que par le hasard. La surface extérieure est délibérément aléatoire, car une texture aléatoire diffuse largement au lieu de diffracter dans des directions spécifiques. Sur cette texture extérieure repose un revêtement antireflet, généralement à base de silice poreuse, qui utilise une structure poreuse contrôlée pour réduire davantage la réflexion et augmenter la transmission.
Fig. 3 : Le motif embossé sur le verre en détail. Parce qu'il est transféré depuis un rouleau à motif, la géométrie est reproductible d'une feuille à l'autre — ce qui permet à une spécification de verre d'indiquer un motif plutôt qu'une rugosité.
6. Le même procédé ailleurs dans le module
Une fois que vous savez quoi chercher, le même principe de conception apparaît à plusieurs endroits.
- Feuilles arrière en double verre. Le verre arrière d'un module à double verre porte un traitement de surface comparable, pour la même raison : la lumière atteignant l'arrière d'un module bifacial doit être laissée entrer, pas réfléchie.
- Modules flexibles et pliables. Les panneaux portables et pliables utilisent une texture de surface piquetée sur leur feuille avant pour obtenir un effet de diffusion similaire sans verre rigide.
- Feuilles avant en ETFE. Les feuilles avant en fluoropolymère sont fournies avec une surface mate qui joue le même rôle antireflet dans les modules légers.
- Films de passivation avant. Les fonctions optiques et de passivation sont également combinées au niveau de la cellule, comme dans le cas du film avant SiNx TOPCon, où le choix du film se traduit directement par la puissance du module.
7. Que vérifier lorsque vous spécifiez le verre de module
Parce que le bénéfice optique provient de la surface plutôt que de la masse, une spécification de verre qui ne liste que l'épaisseur et la trempe est incomplète. Cinq attributs portent la performance.
| Attribut | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Teneur en fer | Le verre à faible teneur en fer augmente la transmission de base. Le verre flotté ordinaire absorbe dans le domaine visible et vous coûte de la puissance avant même qu'un traitement de surface ne soit appliqué. |
| Texture extérieure | Détermine le comportement de réflexion et de diffusion, et donc la quantité de lumière incidente qui atteint la cellule. |
| Motif embossé intérieur | Influe sur la distribution de la lumière à travers la cellule et sur le comportement de lamination. La géométrie du motif est transférée depuis l'outillage, elle est donc reproductible et doit être spécifiée. |
| Revêtement antireflet | Fournit le dernier incrément de transmission. La durabilité du revêtement compte autant que sa performance initiale, puisqu'il est exposé aux intempéries pendant 25 ans. |
| Qualité de la trempe | Structurelle plutôt qu'optique, mais un verre qui échoue mécaniquement emporte la performance optique avec lui. Voir comment savoir si la fissuration du verre semi-trempé est une casse spontanée. |
Ooitech fournit le verre de module aux côtés du reste de la nomenclature, y compris films encapsulants EVA, POE et EPE, les rubans, les mastics d'étanchéité et les cadres, ce qui signifie que le verre et l'encapsulant peuvent être assortis plutôt que sourcés indépendamment. La spécification du verre elle-même est présentée sur notre page produit de verre solaire, et la nomenclature complète est détaillée dans principaux matériaux des modules photovoltaïques.
FAQ
La surface rugueuse du verre de panneau solaire est-elle un défaut ?
Non. C'est une structure optique conçue. La face extérieure est une surface texturée de piqûres irrégulières à l'échelle micrométrique et la face intérieure porte un motif embossé régulier. Les deux sont spécifiés pour augmenter la quantité de lumière qui atteint la cellule au lieu d'être réfléchie.
Quelle quantité de lumière le verre lisse réfléchit-il ?
Une surface de verre polie réfléchit environ 8 pour cent de la lumière solaire incidente. Sur un module, cette perte se produit à la couche la plus externe, avant que la lumière n'atteigne la cellule, c'est pourquoi tant d'efforts d'ingénierie sont consacrés à la surface plutôt qu'à la masse du verre.
Comment la surface intérieure à motif est-elle produite ?
Par calandrage. Lorsque le ruban de verre quitte le four, il passe entre des rouleaux et l'un d'eux porte un motif en relief de précision qui est pressé dans la surface encore semi-fondue. Les géométries courantes sont des réseaux de pyramides, de troncs hexagonaux et de troncs quadrangulaires. Parce que le motif provient du rouleau, il est reproductible d'une feuille à l'autre.
De quoi est fait le revêtement antireflet ?
Typiquement une couche poreuse à base de silice déposée après que la surface extérieure a été gravée. C'est sa structure poreuse qui réduit la réflexion, donc le matériau et la géométrie des pores comptent tous deux. La durabilité sous UV, humidité et cyclage thermique est aussi importante que le gain de transmission initial.
La texture aide-t-elle en hiver et à faible angle solaire ?
Oui, et c'est l'un de ses arguments les plus forts. À de grands angles d'incidence, le verre embossé transmet proportionnellement mieux que le verre lisse, de sorte que le module tient mieux le matin, le soir et pendant les mois d'hiver lorsque la lumière arrive rarement perpendiculairement à la surface.
Les modules bifaciaux et flexibles utilisent-ils la même approche ?
Oui. Les modules à double verre appliquent un traitement comparable au verre arrière afin que la lumière atteignant l'arrière puisse entrer. Les modules flexibles et pliables utilisent une texture avant piquée, et les feuilles avant en ETFE sont fournies avec une surface mate qui remplit le même objectif antireflet sans verre rigide.
Réflexions finales
La surface piquée du verre de module est un bon rappel que dans la fabrication de modules, les gains les moins coûteux sont souvent optiques plutôt qu'électriques. Réfléchir 8 pour cent de la lumière entrante ne coûte rien à corriger au stade de la spécification du verre et ne peut être récupéré en aval. Lorsque vous spécifiez du verre, indiquez ensemble la teneur en fer, la texture extérieure, le motif intérieur, le revêtement antireflet et la qualité de trempe, et assortissez l'encapsulant plutôt que d'acheter les deux indépendamment. Si vous établissez une nomenclature pour une nouvelle ligne, envoyez-nous le format du module et le verre que vous envisagez, et nous vous dirons ce que la spécification optique doit inclure.
Associé : Verre de couverture solaire spatial : pourquoi le cérium, et comment l'interpréter est l'autre extrémité de la même question du verre, sur la surface extérieure.
Lectures complémentaires et données contextuelles
Documents de référence publics sur ce sujet, publiés par les organisations qui maintiennent la feuille de route technologique et les données de marché du secteur :
