光伏组件件高效光电转化的关键材料

光伏组件件高效光电转化的关键材料

0玻璃的透过率如果输入光通量是从未经处理的光通量中转移到另一面，则输入光通量的光通量必须与输出光通量之间的比率。透过玻璃的可见光与射在玻璃表面的总可见光的比率,称为玻璃的透过率。透过率的测量方法有T值和Y值两种表示方法:T值是指380~1100nm(全波长段)下检测的结果,Y值是380~780nm段(可见光)检测的结果。由于全波段表示更接近太阳能电池的实际应用情况,越来越多的厂家开始注重T值。1玻璃透过率的计算光伏压延玻璃,也叫超白压延玻璃,其主要特点是铁含量较低,透过率较高。一般采用以下经验公式来计算玻璃的透过率T:式中:C—玻璃含铁量(Fe2O3%);d—玻璃的厚度;Redox—氧化还原程度的系数;B—修正值。可知,影响透过率的主要因素为:铁含量、燃烧气氛、产品花型、厚度、减反膜。1.1原材料和含量对玻璃的影响对于钠钙硅玻璃,在可见光到近红外波段范围内,杂质的吸收是主要的。杂质是指玻璃原料中带入的铁、镍、铬、钛及其它着色元素。在光伏玻璃生产的原材料中,含有杂质的原材料一般有石英砂、长石、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,所以石英砂中的杂质铁过高或碎玻璃回收过程中杂质铁混入,对熔融玻璃的气泡和透过率是不利的。一般情况下,原材料石英砂中铁含量控制在120×10-6以下甚至100×10-6以下,产品的透过率可以控制在91.5%以上甚至更高。玻璃生产中主要杂质是铁、钴、镍等,其离子价数、配位状态、吸收峰位置和吸收系数见表1。光伏压延玻璃生产中主要的杂质含量为铁,捷克对玻璃的光谱测定得出Fe3+有2个吸收带,一个在380~390nm处,另一个在440~450nm处,Fe2+在950~1100nm处的吸收比Fe3+大10倍,吸收峰比较宽。所以在光伏玻璃生产过程中如何降低Fe2+对透过率的影响是至关重要的。1.2燃烧废气中的氧含量、燃烧废气的氧含量玻璃窑炉生产过程中燃烧气氛有氧化气氛和还原气氛,在光伏压延玻璃生产中一般情况下采取的都是氧化气氛。窑炉燃烧气氛一方面可以通过测量燃烧废气中的氧含量来判断,另一方面通过Redox(氧化还原程度的系数)来判断,一般以FeO的量占Fe2O3总量的百分比表示,百分比越小,T值越大,相反百分比越大,T值越低,可用分光光度计测试相关数据并通过相应的软件进行计算。另外通过玻璃的颜色也可以大致对燃烧气氛进行判断,玻璃发白或稍发黄的燃烧气氛控制较好,玻璃发蓝或发绿的燃烧气氛控制稍差。1.3垂直入射透过率的影响光伏压延目前花型主要为菱型、正六边型、非规则六边型、方形凸起等,综合现有专利技术及目前应用花型,正六棱锥型、正四棱锥型和正六棱台型是当前主要应用花型,其它花型虽有,但应用较少。从《大学物理手册》中查到光从玻璃射向空气中的一些数据,见表2。为此,我们利用几何光学理论中的折射、反射定律分析可见光透射玻璃板的情况,作图分析光伏玻璃下板凹坑为饱满、平滑、深度较浅的半球形和突兀、尖锐、深度较深的冲头形两种情况的光学性质,如图1、图2。在图1中,当光线从下板入射光伏玻璃板时,以0°入射角入射到下板凹坑中心顶部,为垂直入射,根据上述表中数据,光线的折射角为0°,反射的能量仅为4.7%,即几乎没有反射,全部透射过去。此时光线垂直入射透过率最高。当光线偏离中心顶部时,入射角逐渐增大,如图A光线以68°的入射角入射到下板凹坑侧壁,根据玻璃的折射性质,得出折射角为38°,折射光线继续通过上板面进行折射、反射,得反射角为30°,折射角为51°,此时其反射的能量为6.8%。当光线更加偏离下板凹坑中心顶部,到达凹坑侧壁下部时,入射角继续增大,如图B光线以72°的入射角入射到下板凹坑侧壁,我们得出折射角为32°,折射光线继续通过上板面进行折射、反射,根据几何光学性质,得出二次入射角为40°,二次反射角为40°,此时,光线已经具备全反射的条件,不再进行折射,即光线已经透射不过玻璃板。在图2中,当光线从下板入射光伏玻璃板时,以0°入射角入射到下板凹坑中心顶部,也为垂直入射,与图1类似,几乎全部透射过去。当光线偏离中心顶部时,入射角逐渐增大,如图C光线以24°的入射角入射到下板凹坑弧形顶面,根据玻璃的折射性质,得出折射角为9°,折射光线继续通过上板面进行折射、反射,得出反射角为14°,折射角为30°,此时其反射的能量为5.0%。当光线更加偏离下板凹坑中心顶部,到达凹坑斜侧壁时,入射角增大,如图D光线以75°的入射角入射到下板凹坑斜侧壁,我们得出折射角为20°,折射光线继续通过上板面进行反射,根据几何光学性质,得出二次入射角为55°,二次反射角为55°,此时,光线已经具备全反射的条件,不再进行折射,即光线已经透射不过玻璃板。因此在此种下板凹坑呈突兀尖锐的样冲形时,只有小部分顶部的弧面能透过光线,大部分侧壁发生全反射,光线不能透过。根据以上的分析,我们可以得出,光伏玻璃板的透光率,与其下板凹坑具有密切的关系,凹坑的形状对透光率具有决定性的作用。如果下板凹坑的形状曲线平滑、饱满、深度较浅,则入射的光线绝大部分都能经过二次折射透射过玻璃上板进入空气中,而且反射能量会很小。入射光线仅仅在凹坑的底部侧壁会发生全反射,此时,透过率会达到非常理想的状态。如果玻璃下板凹坑的形状曲线突兀、尖锐、深度较深,则只有凹坑顶部相对较少入射光线能够经过二次折射透射过玻璃上板进入空气中,而且反射能量会较大,入射光线发生全反射的就会相对很多,透过率就要受到影响降低。1.4玻璃厚度的影响当光线通过玻璃时,部分光被玻璃表面反射,部分光被玻璃本身吸收,剩下大部分光透过玻璃,玻璃对光的反射、吸收和透过可用反射率R、吸收率A和透过率T来衡量,这3个性质可以用百分数表示,若以入射光的强度为100%,则R%+A%+T%=100%。当光线通过玻璃时,光强度I随着玻璃的厚度d而减弱,并存在下列关系:式中:I0—开始进入玻璃时光的强度;d—“光程长度(厚度)”;I—在光程长度为d处的光的强度;从透过率的公式可以看出,产品厚度d越大,理论透过率越低,相反产品厚度d越小,理论透过率越高。这与经验公式(1)中厚度的影响结论是一样的。我公司不同产品厚度的光伏玻璃透过率要求见表3。1.5玻璃表面进行薄膜度的工作原理透过率对产品镀膜的影响:镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜,以改变玻璃的光学性能,满足某种特定的要求。从能量守恒的角度对减反膜的原理进行定性分析,一般情况下,当光入射到玻璃表面时,在不考虑吸收、散射等其它因素时,入射光的能量等于透射光和反射光的总能量,即满足能量守恒定律。当玻璃表面镀膜后,减少了光的反射,造成了反射光和透射光的能量的重新分配。目前的压延镀膜玻璃生产过程中,镀膜一般有提拉法和辊涂法,辊涂法中又有钢化前镀膜和钢化后镀膜两种生产工艺,目前采用比较多的是钢化前辊涂生产工艺。镀膜层的厚度一般上控制在l/4,理论上透过率最高。2处理措施2.1做好材料的运输和维护保养减少铁含量的措施如下:(1)严格控制原材料石英砂中铁的含量在70×10-6以下。(2)做好生产过程中碎玻璃清洁监控管理:包括送料车的车斗等加装内衬板,减少铁斗的磨损等;加强对玻璃生产的冷端废弃玻璃的管理,禁止使用铁楸等工具铲运玻璃,严禁含铁物质掉入碎玻璃落板料仓等。(3)配合料传输过程中对铁的控制,即所谓的除铁,在配合料输送的各个部位,多增加除铁装置,尤其是电磁除铁装置效果更好,并定期安排专人确认设备的除铁状况和除铁数量,做好记录。在溜管等关键位置,内部增加内衬,减少铁的磨损等。(4)配料维修人员在日常设备维护保养过程中,严格控制电焊渣、电焊条、螺栓、螺母等金属物掉入原料仓或传送带等。(5)窑炉喷枪燃烧的金属氧化物有可能掉入玻璃中,需要组织窑炉热保人员定期对喷枪进行清灰。(6)退火炉氧化层的脱落,进入碎玻璃中,都是不可避免的,严格控制以免进入冷端碎玻璃料仓,包括安装吹扫风管或风道,或者安排专门工艺人员定期确认氧化物脱落状况并清理等。2.2燃烧状态的调整(1)案例分析:我公司的某座玻璃窑炉在2012年进行了限产,2013年3月生产恢复后出现了透过率明显降低的问题。2013年3月7日开始,各线透过率T值整体有下降趋势,其中Y1线为91.7%~91.58%,Y2线为91.65%~91.5%,Y3线为91.64%~91.56%,Y4线为91.66%~91.56%。以下是3月1~8日的各线透过率T值的一个变化趋势,经过一系列的对策,19日之后已经达到正常水平,见图3。(2)采取的主要措施:3月7~13日提高部分小炉空气燃烧比,其中3#小炉提高0.3%(11.5%提高到11.8%),4#小炉提高0.4%(13.5%提高到13.9%),5#小炉提高0.5%(12.0%提高到12.5%),6#小炉提高0.8%(11.7%提高到12.5%)。(3)废气含氧量测量:2013年3月7日、8日、9日、10日对燃烧废气含氧量进行了多次测量,表4是其中氧气含量的一组具体数据表格(只比较4#、5#小炉)。从表4可以看出,经过燃烧状态调整后,4#、5#小炉氧气的含量整体是升高的趋势,同时随着后部空燃比的提高,1#~3#小炉氧含量略有升高。经过1周以上时间的稳定,3月18日各线的透过率有了明显提高,基本恢复至正常水平。2.3透过率与压延辊型钢的关系案例:2012年11月14日某线更换压延辊,更换后测量透过率明显升高,由之前的91.55%~91.70%,升高至91.80%左右,显然,透过率和压延辊花型有很大关系。更换不同厂家的压延辊后,透过率发生的变化见表5。2.4材料的透过率案例说明:光伏玻璃产品中目前主要以4.0mm和3.2mm为主流,个别用户生产双玻组件时使用2.0mm玻璃,在测量其透过率是有一些差别的,表6是2012年10月31~11月5日的某两条生产线4.0mm和3.2mm产品的透过率的一组数据,从其中可以得到一些佐证。2013年9月份我公司批量生产了2.0mm压延玻璃,生产过程中透过率≥91.8。3吸光度的改变(1)增加原材料中的脱色剂用量和氧化剂用量。玻璃脱色通常分为化学脱色和物理脱色两种。对于化学脱色,一般是加入氧化剂,如硝酸钾、硝酸钠、氧化砷、氧化锑等,主要目的是使玻璃中着色能力较强的Fe2+氧化成着色能力较弱的Fe3+,从而减少光的吸收,还有是加入氟化物,使铁形成无色的[FeF6]3-络离子,以减弱铁着色的影响。物理脱色是用互补的原理,从而改变玻璃的颜色。此处着重指的是化学脱色。(2)减少原材料中的还原剂用量。在原材料中,尽量少用还原剂,比如略微增加芒硝,并相应降低铝粉或纯碱等,但需要慎重,因为氢氧化铝AL(OH)3中含有34.6%的H2O,其放出的水汽可以调节配合料的气体率,有助于玻璃的均化。(3)改善镀膜的工艺技术,采用多层镀膜技术。常用的l/4膜层厚度,实际测量过程中并没有使透射光的光强达到最大,也就是说没