Hogyan befolyásolja az üveg minősége a napelemek teljesítményét?

A napelemek hatékonyságáról szóló diskurzusban jellemzően a cellatechnológia, az inverter vagy a tájolás kerül előtérbe. Ugyanakkor a modul egyik alapvető, mégis gyakran alulértékelt eleme az elülső üvegréteg. Az üveg optikai és mechanikai tulajdonságai közvetlen hatással vannak az energiatermelésre, az élettartamra és a rendszer gazdaságosságára.
Egy hagyományos kristályos szilícium alapú napelemmodul felépítése rétegről rétegre haladva: edzett, nagy fényáteresztésű üveg (elöl), EVA (etilén-vinil-acetát) fólia, napelemcellák, hátoldali fólia vagy második üvegréteg, és végül az alumínium keret.

Optikai teljesítmény és fényáteresztés

Az elülső üveg elsődleges feladata a cellák mechanikai védelme (jégeső, szélterhelés, mechanikai behatás), miközben maximális mennyiségű napsugárzást kell átengednie. Ha az üveg fényáteresztése 1%-kal csökken, az elméletileg közel azonos mértékű teljesítménycsökkenést eredményezhet.

A korszerű, alacsony vastartalmú üvegek fényáteresztése jellemzően 91–92% a látható tartományban. A vas-oxid szennyeződések csökkentése mérsékli a zöldes elszíneződést és javítja az áteresztőképességet, különösen a rövidebb hullámhosszú tartományban. Hosszú távon ez az eltérés jelentős energiatermelési különbséget eredményezhet, különösen nagyobb, ipari méretű rendszereknél.

A beeső fény egy része minden esetben visszaverődik az üveg felületéről. E veszteség csökkentésére antireflexiós (AR) bevonatokat alkalmaznak. A reflexiós veszteség bevonat nélküli üveg esetén jellemzően 4% körül alakulhat felületenként. Speciális bevonatokkal ez az érték 1–2% környékére csökkenthető.

Egyes gyártók mikroszkopikus felületi textúrával rendelkező üveget alkalmaznak. A cél nem a szórás növelése a hagyományos értelemben, hanem a fény csapdázása (light trapping), amely növeli az effektív optikai úthosszt a cellában. Ez különösen vékonyabb cellák esetén lehet releváns, ahol minden plusz elnyelt foton számít.

Tartósság, szabványok és hosszú távú megbízhatóság

A napelemmodulok jellemzően 25–30 éves tervezett élettartammal készülnek. Az üvegfal ellen kell állnia UV-sugárzásnak, hőmérséklet-ingadozásnak, páratartalomnak, jégeső-terhelésnek. Legalább úgy mint egy épület üvegkorlátjának. Az edzett üveg nagyobb mechanikai szilárdságot biztosít. A vastagság tipikusan 3,2 mm, de speciális alkalmazásoknál ettől eltérhet.

A napelemmodulok üvegének teljesítményét nem csupán optikai paraméterek alapján értékelik, hanem szabványosított mechanikai és környezeti tesztek segítségével is. Az IEC 61215 szabvány például előírja a jégesőtesztet, amely során meghatározott átmérőjű jégszemcsékkel vizsgálják az üveg ellenálló képességét. Emellett statikus terhelési vizsgálatokkal szimulálják a hó- és szélterhelést, amely akár 5400 Pascal nyomást is jelenthet.

A kettős üvegezésű (üveg-üveg) modulok esetén a hátoldalon is üveg található. Ez növeli a szerkezeti stabilitást és csökkenti a nedvesség bejutásának kockázatát, ami hosszabb élettartamot és alacsonyabb degradációt eredményezhet.

Az üveg minősége közvetetten befolyásolhatja a potenciál-indukált degradáció (PID) kialakulását is. A felületi vezetőképesség, a nedvességáteresztés és az ionvándorlás mind olyan tényezők, amelyek a modul hosszú távú stabilitását érintik.

Az optikai tulajdonságok időbeli romlása (szennyeződés, bevonatkopás, mikrosérülések) szintén csökkentheti a tényleges energiatermelést.

A szennyeződés hosszú távon szintén mérhető veszteséget okozhat. Száraz, poros régiókban éves szinten 2–5%-os teljesítménycsökkenés is előfordulhat tisztítás nélkül. Egyes gyártók hidrofób vagy hidrofíl bevonatokkal próbálják elősegíteni az öntisztulást, amely eső hatására csökkenti a lerakódott szennyeződések mennyiségét.

Nagyobb naperőművek esetében már 0,5–1% teljesítménykülönbség is jelentős többletbevételt vagy veszteséget eredményezhet a rendszer teljes élettartama alatt. Ezért a magasabb minőségű üveg alkalmazása gyakran megtérül, még akkor is, ha a kezdeti beruházási költség magasabb.

Nagyobb léptékben a különbségek pénzügyi szempontból is jelentősek. Egy 1 MW teljesítményű naperőmű esetén már 1%-os többlethozam is több száz megawattóra extra termelést jelenthet a teljes élettartam alatt, ami számottevő árbevétel-különbséget eredményezhet.

Kapcsolódó téma: Miből készül a napelem hátlapja