光伏組件件高效光電轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵材料

光伏組件件高效光電轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵材料

0玻璃的透過率如果輸入光通量是從未經(jīng)處理的光通量中轉(zhuǎn)移到另一面，則輸入光通量的光通量必須與輸出光通量之間的比率。透過玻璃的可見光與射在玻璃表面的總可見光的比率,稱為玻璃的透過率。透過率的測量方法有T值和Y值兩種表示方法:T值是指380~1100nm(全波長段)下檢測的結(jié)果,Y值是380~780nm段(可見光)檢測的結(jié)果。由于全波段表示更接近太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用情況,越來越多的廠家開始注重T值。1玻璃透過率的計(jì)算光伏壓延玻璃,也叫超白壓延玻璃,其主要特點(diǎn)是鐵含量較低,透過率較高。一般采用以下經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算玻璃的透過率T:式中:C—玻璃含鐵量(Fe2O3%);d—玻璃的厚度;Redox—氧化還原程度的系數(shù);B—修正值?？芍?影響透過率的主要因素為:鐵含量、燃燒氣氛、產(chǎn)品花型、厚度、減反膜。1.1原材料和含量對玻璃的影響對于鈉鈣硅玻璃,在可見光到近紅外波段范圍內(nèi),雜質(zhì)的吸收是主要的。雜質(zhì)是指玻璃原料中帶入的鐵、鎳、鉻、鈦及其它著色元素。在光伏玻璃生產(chǎn)的原材料中,含有雜質(zhì)的原材料一般有石英砂、長石、白云石、石灰石等,其中,由于石英砂占原材料的比例在70%左右,所以石英砂中的雜質(zhì)鐵過高或碎玻璃回收過程中雜質(zhì)鐵混入,對熔融玻璃的氣泡和透過率是不利的。一般情況下,原材料石英砂中鐵含量控制在120×10-6以下甚至100×10-6以下,產(chǎn)品的透過率可以控制在91.5%以上甚至更高。玻璃生產(chǎn)中主要雜質(zhì)是鐵、鈷、鎳等,其離子價(jià)數(shù)、配位狀態(tài)、吸收峰位置和吸收系數(shù)見表1。光伏壓延玻璃生產(chǎn)中主要的雜質(zhì)含量為鐵,捷克對玻璃的光譜測定得出Fe3+有2個(gè)吸收帶,一個(gè)在380~390nm處,另一個(gè)在440~450nm處,Fe2+在950~1100nm處的吸收比Fe3+大10倍,吸收峰比較寬。所以在光伏玻璃生產(chǎn)過程中如何降低Fe2+對透過率的影響是至關(guān)重要的。1.2燃燒廢氣中的氧含量、燃燒廢氣的氧含量玻璃窯爐生產(chǎn)過程中燃燒氣氛有氧化氣氛和還原氣氛,在光伏壓延玻璃生產(chǎn)中一般情況下采取的都是氧化氣氛。窯爐燃燒氣氛一方面可以通過測量燃燒廢氣中的氧含量來判斷,另一方面通過Redox(氧化還原程度的系數(shù))來判斷,一般以FeO的量占Fe2O3總量的百分比表示,百分比越小,T值越大,相反百分比越大,T值越低,可用分光光度計(jì)測試相關(guān)數(shù)據(jù)并通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行計(jì)算。另外通過玻璃的顏色也可以大致對燃燒氣氛進(jìn)行判斷,玻璃發(fā)白或稍發(fā)黃的燃燒氣氛控制較好,玻璃發(fā)藍(lán)或發(fā)綠的燃燒氣氛控制稍差。1.3垂直入射透過率的影響光伏壓延目前花型主要為菱型、正六邊型、非規(guī)則六邊型、方形凸起等,綜合現(xiàn)有專利技術(shù)及目前應(yīng)用花型,正六棱錐型、正四棱錐型和正六棱臺型是當(dāng)前主要應(yīng)用花型,其它花型雖有,但應(yīng)用較少。從《大學(xué)物理手冊》中查到光從玻璃射向空氣中的一些數(shù)據(jù),見表2。為此,我們利用幾何光學(xué)理論中的折射、反射定律分析可見光透射玻璃板的情況,作圖分析光伏玻璃下板凹坑為飽滿、平滑、深度較淺的半球形和突兀、尖銳、深度較深的沖頭形兩種情況的光學(xué)性質(zhì),如圖1、圖2。在圖1中,當(dāng)光線從下板入射光伏玻璃板時(shí),以0°入射角入射到下板凹坑中心頂部,為垂直入射,根據(jù)上述表中數(shù)據(jù),光線的折射角為0°,反射的能量僅為4.7%,即幾乎沒有反射,全部透射過去。此時(shí)光線垂直入射透過率最高。當(dāng)光線偏離中心頂部時(shí),入射角逐漸增大,如圖A光線以68°的入射角入射到下板凹坑側(cè)壁,根據(jù)玻璃的折射性質(zhì),得出折射角為38°,折射光線繼續(xù)通過上板面進(jìn)行折射、反射,得反射角為30°,折射角為51°,此時(shí)其反射的能量為6.8%。當(dāng)光線更加偏離下板凹坑中心頂部,到達(dá)凹坑側(cè)壁下部時(shí),入射角繼續(xù)增大,如圖B光線以72°的入射角入射到下板凹坑側(cè)壁,我們得出折射角為32°,折射光線繼續(xù)通過上板面進(jìn)行折射、反射,根據(jù)幾何光學(xué)性質(zhì),得出二次入射角為40°,二次反射角為40°,此時(shí),光線已經(jīng)具備全反射的條件,不再進(jìn)行折射,即光線已經(jīng)透射不過玻璃板。在圖2中,當(dāng)光線從下板入射光伏玻璃板時(shí),以0°入射角入射到下板凹坑中心頂部,也為垂直入射,與圖1類似,幾乎全部透射過去。當(dāng)光線偏離中心頂部時(shí),入射角逐漸增大,如圖C光線以24°的入射角入射到下板凹坑弧形頂面,根據(jù)玻璃的折射性質(zhì),得出折射角為9°,折射光線繼續(xù)通過上板面進(jìn)行折射、反射,得出反射角為14°,折射角為30°,此時(shí)其反射的能量為5.0%。當(dāng)光線更加偏離下板凹坑中心頂部,到達(dá)凹坑斜側(cè)壁時(shí),入射角增大,如圖D光線以75°的入射角入射到下板凹坑斜側(cè)壁,我們得出折射角為20°,折射光線繼續(xù)通過上板面進(jìn)行反射,根據(jù)幾何光學(xué)性質(zhì),得出二次入射角為55°,二次反射角為55°,此時(shí),光線已經(jīng)具備全反射的條件,不再進(jìn)行折射,即光線已經(jīng)透射不過玻璃板。因此在此種下板凹坑呈突兀尖銳的樣沖形時(shí),只有小部分頂部的弧面能透過光線,大部分側(cè)壁發(fā)生全反射,光線不能透過。根據(jù)以上的分析,我們可以得出,光伏玻璃板的透光率,與其下板凹坑具有密切的關(guān)系,凹坑的形狀對透光率具有決定性的作用。如果下板凹坑的形狀曲線平滑、飽滿、深度較淺,則入射的光線絕大部分都能經(jīng)過二次折射透射過玻璃上板進(jìn)入空氣中,而且反射能量會很小。入射光線僅僅在凹坑的底部側(cè)壁會發(fā)生全反射,此時(shí),透過率會達(dá)到非常理想的狀態(tài)。如果玻璃下板凹坑的形狀曲線突兀、尖銳、深度較深,則只有凹坑頂部相對較少入射光線能夠經(jīng)過二次折射透射過玻璃上板進(jìn)入空氣中,而且反射能量會較大,入射光線發(fā)生全反射的就會相對很多,透過率就要受到影響降低。1.4玻璃厚度的影響當(dāng)光線通過玻璃時(shí),部分光被玻璃表面反射,部分光被玻璃本身吸收,剩下大部分光透過玻璃,玻璃對光的反射、吸收和透過可用反射率R、吸收率A和透過率T來衡量,這3個(gè)性質(zhì)可以用百分?jǐn)?shù)表示,若以入射光的強(qiáng)度為100%,則R%+A%+T%=100%。當(dāng)光線通過玻璃時(shí),光強(qiáng)度I隨著玻璃的厚度d而減弱,并存在下列關(guān)系:式中:I0—開始進(jìn)入玻璃時(shí)光的強(qiáng)度;d—“光程長度(厚度)”;I—在光程長度為d處的光的強(qiáng)度;從透過率的公式可以看出,產(chǎn)品厚度d越大,理論透過率越低,相反產(chǎn)品厚度d越小,理論透過率越高。這與經(jīng)驗(yàn)公式(1)中厚度的影響結(jié)論是一樣的。我公司不同產(chǎn)品厚度的光伏玻璃透過率要求見表3。1.5玻璃表面進(jìn)行薄膜度的工作原理透過率對產(chǎn)品鍍膜的影響:鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜,以改變玻璃的光學(xué)性能,滿足某種特定的要求。從能量守恒的角度對減反膜的原理進(jìn)行定性分析,一般情況下,當(dāng)光入射到玻璃表面時(shí),在不考慮吸收、散射等其它因素時(shí),入射光的能量等于透射光和反射光的總能量,即滿足能量守恒定律。當(dāng)玻璃表面鍍膜后,減少了光的反射,造成了反射光和透射光的能量的重新分配。目前的壓延鍍膜玻璃生產(chǎn)過程中,鍍膜一般有提拉法和輥涂法,輥涂法中又有鋼化前鍍膜和鋼化后鍍膜兩種生產(chǎn)工藝,目前采用比較多的是鋼化前輥涂生產(chǎn)工藝。鍍膜層的厚度一般上控制在l/4,理論上透過率最高。2處理措施2.1做好材料的運(yùn)輸和維護(hù)保養(yǎng)減少鐵含量的措施如下:(1)嚴(yán)格控制原材料石英砂中鐵的含量在70×10-6以下。(2)做好生產(chǎn)過程中碎玻璃清潔監(jiān)控管理:包括送料車的車斗等加裝內(nèi)襯板,減少鐵斗的磨損等;加強(qiáng)對玻璃生產(chǎn)的冷端廢棄玻璃的管理,禁止使用鐵楸等工具鏟運(yùn)玻璃,嚴(yán)禁含鐵物質(zhì)掉入碎玻璃落板料倉等。(3)配合料傳輸過程中對鐵的控制,即所謂的除鐵,在配合料輸送的各個(gè)部位,多增加除鐵裝置,尤其是電磁除鐵裝置效果更好,并定期安排專人確認(rèn)設(shè)備的除鐵狀況和除鐵數(shù)量,做好記錄。在溜管等關(guān)鍵位置,內(nèi)部增加內(nèi)襯,減少鐵的磨損等。(4)配料維修人員在日常設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)過程中,嚴(yán)格控制電焊渣、電焊條、螺栓、螺母等金屬物掉入原料倉或傳送帶等。(5)窯爐噴槍燃燒的金屬氧化物有可能掉入玻璃中,需要組織窯爐熱保人員定期對噴槍進(jìn)行清灰。(6)退火爐氧化層的脫落,進(jìn)入碎玻璃中,都是不可避免的,嚴(yán)格控制以免進(jìn)入冷端碎玻璃料倉,包括安裝吹掃風(fēng)管或風(fēng)道,或者安排專門工藝人員定期確認(rèn)氧化物脫落狀況并清理等。2.2燃燒狀態(tài)的調(diào)整(1)案例分析:我公司的某座玻璃窯爐在2012年進(jìn)行了限產(chǎn),2013年3月生產(chǎn)恢復(fù)后出現(xiàn)了透過率明顯降低的問題。2013年3月7日開始,各線透過率T值整體有下降趨勢,其中Y1線為91.7%~91.58%,Y2線為91.65%~91.5%,Y3線為91.64%~91.56%,Y4線為91.66%~91.56%。以下是3月1~8日的各線透過率T值的一個(gè)變化趨勢,經(jīng)過一系列的對策,19日之后已經(jīng)達(dá)到正常水平,見圖3。(2)采取的主要措施:3月7~13日提高部分小爐空氣燃燒比,其中3#小爐提高0.3%(11.5%提高到11.8%),4#小爐提高0.4%(13.5%提高到13.9%),5#小爐提高0.5%(12.0%提高到12.5%),6#小爐提高0.8%(11.7%提高到12.5%)。(3)廢氣含氧量測量:2013年3月7日、8日、9日、10日對燃燒廢氣含氧量進(jìn)行了多次測量,表4是其中氧氣含量的一組具體數(shù)據(jù)表格(只比較4#、5#小爐)。從表4可以看出,經(jīng)過燃燒狀態(tài)調(diào)整后,4#、5#小爐氧氣的含量整體是升高的趨勢,同時(shí)隨著后部空燃比的提高,1#~3#小爐氧含量略有升高。經(jīng)過1周以上時(shí)間的穩(wěn)定,3月18日各線的透過率有了明顯提高,基本恢復(fù)至正常水平。2.3透過率與壓延輥型鋼的關(guān)系案例:2012年11月14日某線更換壓延輥,更換后測量透過率明顯升高,由之前的91.55%~91.70%,升高至91.80%左右,顯然,透過率和壓延輥花型有很大關(guān)系。更換不同廠家的壓延輥后,透過率發(fā)生的變化見表5。2.4材料的透過率案例說明:光伏玻璃產(chǎn)品中目前主要以4.0mm和3.2mm為主流,個(gè)別用戶生產(chǎn)雙玻組件時(shí)使用2.0mm玻璃,在測量其透過率是有一些差別的,表6是2012年10月31~11月5日的某兩條生產(chǎn)線4.0mm和3.2mm產(chǎn)品的透過率的一組數(shù)據(jù),從其中可以得到一些佐證。2013年9月份我公司批量生產(chǎn)了2.0mm壓延玻璃,生產(chǎn)過程中透過率≥91.8。3吸光度的改變(1)增加原材料中的脫色劑用量和氧化劑用量。玻璃脫色通常分為化學(xué)脫色和物理脫色兩種。對于化學(xué)脫色,一般是加入氧化劑,如硝酸鉀、硝酸鈉、氧化砷、氧化銻等,主要目的是使玻璃中著色能力較強(qiáng)的Fe2+氧化成著色能力較弱的Fe3+,從而減少光的吸收,還有是加入氟化物,使鐵形成無色的[FeF6]3-絡(luò)離子,以減弱鐵著色的影響。物理脫色是用互補(bǔ)的原理,從而改變玻璃的顏色。此處著重指的是化學(xué)脫色。(2)減少原材料中的還原劑用量。在原材料中,盡量少用還原劑,比如略微增加芒硝,并相應(yīng)降低鋁粉或純堿等,但需要慎重,因?yàn)闅溲趸XAL(OH)3中含有34.6%的H2O,其放出的水汽可以調(diào)節(jié)配合料的氣體率,有助于玻璃的均化。(3)改善鍍膜的工藝技術(shù),采用多層鍍膜技術(shù)。常用的l/4膜層厚度,實(shí)際測量過程中并沒有使透射光的光強(qiáng)達(dá)到最大,也就是說沒