太陽電池パネルのガラスが平滑ではなくテクスチャー加工されている理由

簡単な回答： ソーラーモジュールのガラスが平滑ではなくテクスチャ加工されているのは、平坦なガラス表面が光を反射しすぎるためです。研磨されたガラスと空気の界面は、各表面で入射光の約4%を反射し、モジュールには表面が2つあるため、未処理の前面カバーは光がセルに到達する前にかなりの割合を反射してしまいます。テクスチャはガラスに小さな凹凸のパターンとしてエッチングされ、反射光をモジュールの外ではなく内部へと導きます。これはセルの反射防止コーティングや封止材の屈折率と連動して機能するため、これら3つは個別ではなくセットとして規定されます。テクスチャには光学的外観における副次的な利点もあります。反射を拡散させることで、モジュールが鏡ではなく均一な表面として見えるようになり、これは眩しさが苦情となる屋根設置において重要です。

太陽電池モジュールの前面をよく見ると、そのガラスは窓にあるような平滑な板ではありません。不規則なピットで覆われています。多くの人はこれを製造上の欠陥だと思い込みます。しかしこれは、モジュール全体の中で最も注意深く設計された表面のひとつです。

PV材料 · モジュールガラス · by Jerry, Ooitech

1. 欠陥ではなく、設計された表面

図1: 反射光の下でのモジュールの前面ガラス。ハイライトされた領域は、この表面に特徴的な外観を与える不規則なピットを示しています。このパターンは意図的なものであり、鏡を光の集光体に変えるものです。

この構造には、異なる仕様を持つ2つの面があります。 外面、すなわち空気に接する面は、不規則なミクロンスケールのピットからなるテクスチャー面です。 内面、すなわち封止材に接着される面は、規則的なエンボスパターンを持っています。これらが合わさって、モジュール前面がガラスのようにではなくわずかに曇って見える理由であり、どちらも光学的な理由で存在しています。

2. 理由その1: 反射損失を削減する

平滑なガラスは部分的な鏡のように振る舞います。研磨された表面に到達する太陽光の約8パーセントは、そのまま空へ反射され、セルに届くことはありません。モジュールでは、それは発電のために支払ったエネルギーの8パーセントが、何よりも先に最外層で失われることを意味します。

テクスチャー加工された外面はそれを分解します。ミクロンスケールの凹凸は入射ビームを散乱させ、浅い角度で到達する光が跳ね返されるのではなく方向を変えられ、その一部がセルから遠ざかるのではなくセルへ曲げられます。同じメカニズムがモジュール内部の光路を長くし、すでに入射した光をシリコンが吸収する機会を増やします。

図2: ガラス表面の近接ビュー。このスケールでは、ピットは密で規則的なマイクロパターンとして現れます。散乱と透過はどちらもこれらの形状の幾何学に依存するため、パターンは偶然に任されず指定されます。

3. 理由その2: セル全体に光を広げる

2つ目の役割は均一性です。光が不均一に到達すると、セルの一部の領域が他より激しく働き、モジュールはその部分の合計を下回る性能で動作します。テクスチャー加工された外面とパターン化された内面の組み合わせにより、入射光がセル表面全体により均等に広がり、照射面積がより完全に利用され、変換効率が向上します。

これは、セルがより小さなピースに分割されるマルチカットやシングルド形式では、聞こえる以上に重要です。不均一な照射はそれらのピースの相互接続方法と相互作用し、マルチカットモジュールが部分的な日陰で異なる挙動を示す理由は、当社の マルチカット耐陰性の分析.

で扱っています。

4. 理由その3: 角度をつけて到達する光

太陽光がモジュールに対して垂直になるのは、1日のごく短い時間だけです。朝、夕方、そして冬の間、光は顕著な角度で到達し、そこがエンボス表面が平坦な表面と差別化される点です。

入射角が大きくなるにつれて、エンボスガラスの透過率は平滑ガラスと比べて急激に低下するのではなく上昇します。実用的には、平坦な表面なら性能を失うであろう1日の時間帯や季節に、モジュールは性能を取り戻します。モジュールはその寿命のほとんどを垂直入射のピーク日射量の外で過ごすため、これはわずかな効果ではありません。

5. ピットは実際にどのように作られるのか

多孔質反射防止層の下の不規則なミクロンスケールテクスチャー

細かい規則的なグリッド構造を示す太陽電池モジュールガラスのエンボスパターンの詳細

図3: ガラス上のエンボスパターンの詳細。パターン化されたローラーから転写されるため、幾何学はシートごとに再現可能です — これにより、ガラス仕様は粗さではなくパターンを記載できるのです。

6. モジュール内の他の場所にある同じ仕組み

• 何を探すべきか分かれば、同じ設計原理がいくつかの場所に現れます。 両面ガラスバックシート。
• 両面ガラスモジュールの背面ガラスは、同じ理由で同等の表面処理を施しています。両面モジュールの背面に到達する光は、反射されるのではなく取り込まれなければなりません。 フレキシブルおよび折りたたみモジュール。
• ポータブルおよび折りたたみパネルは、剛性ガラスなしで同様の散乱効果を得るために、前面シートにピット表面テクスチャーを使用しています。 フッ素ポリマー前面シートは、軽量モジュールにおいて同じ反射防止の役割を果たすマット表面で供給されます。
• 前面パッシベーション膜。 光学機能とパッシベーション機能はセルレベルでも組み合わされており、例えば TOPCon前面膜SiNx, では膜の選択が直接モジュールのワット数に反映されます。

7. モジュールガラスを指定する際に確認すべきこと

光学的な利点はバルクではなく表面から得られるため、厚さと強化処理のみを記載したガラス仕様は不完全です。性能を左右するのは5つの属性です。

Ooitechはモジュールガラスを他の部品表とともに供給しており、以下を含みます: EVA、POE、EPE封止フィルム, リボン、シーラント、フレーム。これによりガラスと封止材を独立して調達するのではなくマッチングさせることができます。ガラス仕様自体は当社の ソーラーガラス製品ページ, に記載されており、完全な部品表は 太陽光パネルモジュールの主な材料.

よくある質問

太陽光パネルガラスの粗い表面は欠陥ですか？

いいえ。それは設計された光学構造です。外面は不規則なミクロンスケールのピットからなるテクスチャ表面で、内面は規則的なエンボスパターンを備えています。どちらも反射されるのではなくセルに到達する光の量を増やすために指定されています。

滑らかなガラスはどれくらい光を反射しますか？

研磨されたガラス表面は入射太陽光のおよそ8パーセントを反射します。モジュールではこの損失が最外層で発生し、光がセルに到達する前に起こるため、ガラスのバルクではなく表面にこれほど多くの工学的努力が注がれています。

パターン化された内面はどのように製造されますか？

カレンダー加工によってです。ガラスリボンが炉を出るとき、ローラー間を通過し、そのうちの1本が精密な隆起パターンを備えており、それがまだ半溶融状態の表面に押し付けられます。一般的な形状はピラミッド、六角錐台、四角錐台のアレイです。パターンはローラーから来るため、シートごとに再現可能です。

反射防止コーティングは何でできていますか？

通常、外面がエッチングされた後に堆積される多孔質シリカベースの層です。その細孔構造が反射を低減するため、材料と細孔形状の両方が重要です。UV、湿気、熱サイクル下での耐久性は、初期の透過率向上と同じくらい重要です。

テクスチャは冬や低い太陽角度で役立ちますか？

はい、そしてそれはそのより強力な論拠の一つです。大きな入射角では、エンボスガラスは滑らかなガラスよりも比例してよく透過するため、モジュールは朝、夕方、そして光が表面に垂直に到達することの少ない冬の間によりよく性能を維持します。

両面モジュールとフレキシブルモジュールも同じアプローチを使用しますか？

はい。両面ガラスモジュールは背面ガラスにも同様の処理を施し、背面に到達する光が入れるようにします。フレキシブルモジュールと折りたたみモジュールはピット状の前面テクスチャを使用し、ETFE前面シートは剛性ガラスなしで同じ反射防止の目的を果たすマット表面で供給されます。

最終的な考察

モジュールガラスのピット表面は、モジュール製造において最も安価な利得はしばしば電気的ではなく光学的であることをよく思い出させます。入射光の8パーセントを反射して失うことは、ガラス仕様の段階で修正するのにコストがかからず、下流のどこでも回復できません。ガラスを指定する際は、鉄含有量、外面テクスチャ、内面パターン、反射防止コーティング、強化グレードをまとめて記載し、両者を独立して購入するのではなく封止材をそれに合わせてください。新しいラインの部品表を設定する場合は、モジュール形式と検討中のガラスをお送りください。光学仕様に何を含めるべきかをお伝えします。

関連: 宇宙用ソーラーカバーガラス：なぜセリウムなのか、そしてその見極め方 は、外面における同じガラスの問題のもう一方の端です。

参考文献と背景データ

このトピックに関する公開参考資料で、業界の技術ロードマップと市場データを維持する組織によって発行されています：

• VDMA — 太陽光発電国際技術ロードマップ（ITRPV）
• Fraunhofer ISE — 太陽光発電レポート
• 米国エネルギー省 — 太陽光発電