压花玻璃BIPV模块：仅0.5%能量损失，实现美学与发电性能双优

本研究在室外气候条件下，对垂直朝南安装的压花玻璃 BIPV 组件进行性能评估。压花玻璃通过表面纹理增强了非垂直入射光的吸收，使 Isc 提升 0.78%，最终能量损失仅 0.5%，显著优于传统彩色 BIPV 组件（通常损失 > 15%）。证实压花玻璃 BIPV 在保持建筑美学的同时，具备与常规组件相当的发电性能，为零能耗建筑提供了创新解决方案。电池和组件的结构

 

光学性能：压花玻璃在长波长（>500 nm）透光率降低，导致标准测试条件下短路电流（Isc）略低（7.09 A vs 7.13 A），但实地测试中因倾斜入射光增强散射，Isc 反而提升。

 

 

热性能：5 mm 玻璃增加组件温度（约 2-3°C），导致开路电压（Voc）下降 0.82%，但通过 Isc 的提升，整体能量损失仅 0.5%。

 

美学与功能平衡：压花玻璃模糊了电池金属组件，提升建筑集成度，同时通过光散射优化倾斜入射光下的发电效率。外观差异与压花玻璃纹理特性

 

组件外观对比与压花玻璃表面形态

 

常规玻璃：清晰可见太阳能电池的金属组件（如汇流条和指状电极），呈现传统光伏组件的外观。

 

 

压花玻璃：表面覆盖 5mm厚的压花玻璃，通过模拟雨滴纹理的表面处理技术，模糊了金属组件的视觉存在感。

 

黄色方框特写：展示压花玻璃在倾斜角度下的微观表面形态，呈现不规则的起伏结构，增强光的散射效果。

 

在标准测试条件（STC）下的关键性能数据

 

功率相关：两组件的电池功率均为 7.66W，但常规玻璃的组件功率为 7.60W，压花玻璃为 7.57W。这细微差异主要由短路电流（Isc）不同导致，常规玻璃 Isc 为 7.13A，压花玻璃为 7.09A。

 

其他参数：开路电压（Voc）二者相同，均为 1.40V ；填充因子（FF）差异极小，常规玻璃为 76.2%，压花玻璃为76.3%；电池-组件转换比（CTM）上，常规玻璃为 99.2%，压花玻璃为 98.8%，相差 0.4%。

EQE光谱对比分析

 

外部量子效率（EQE）光谱对比

 

常规玻璃：在全波长范围内保持较高且稳定的 EQE 值。

 

 

压花玻璃：在 500 nm 以下与常规玻璃差异较小，但超过 500 nm 后，EQE 值逐渐下降，在 780 nm 附近差异达到峰值（3.6%）。

 

压花玻璃在长波区域的透射损失导致 EQE 下降，但通过表面纹理对倾斜入射光的散射优化，实地测试中 Isc 反而提升，最终能量损失仅 0.5%。

BIPV 组件实地测试装置

 

功率测量系统

 

垂直安装与朝向：组件垂直朝南安装，模拟城市建筑立面场景，符合室外夏季太阳高度角较高（如 75°）的特点。垂直安装使组件接收倾斜入射光，而非传统的水平或最佳倾角，突出压花玻璃在非垂直光照下的性能优势。

 

 

双组件对比：常规玻璃与测试组件上下排列，确保两者在相同环境条件（温度、辐照、遮挡）下进行对比，减少外部干扰。

 

数据采集：每3分钟记录一次数据，覆盖全天不同时段（如早晚低角度光照与正午高角度光照），全面评估性能差异。性能的小时数据对比

 

常规玻璃与压花玻璃的性能对比（小时数据）

 

能量产量平衡：尽管压花玻璃导致 Voc 下降，但 Isc 的提升使整体能量损失仅 0.5%，显著优于传统彩色 BIPV 组件（通常损失 > 15%）。

 

 

Voc 下降机制：5mm 厚玻璃增加了组件温度（约 2-3°C），导致 Voc 随温度升高而降低（光伏电池的电压温度系数特性）。高温时段（如正午）Voc 下降更明显，与组件温度峰值一致。

 

Isc 提升机制：压花玻璃的表面纹理增强了光散射效应，尤其在倾斜入射光下（如室外夏季太阳高度角 75°），提高了长波区域的光吸收。实地测试中，Isc 在白天时段（高辐照）显著提升，抵消了 Voc 下降的影响。太阳光线与压花玻璃组件的光学作用机制

 

太阳光线与压花玻璃组件的相互作用示意图

 

入射角与反射率的关系：根据 Fresnel 方程，普通玻璃在接近 90° 入射角时反射率显著增加，导致透射光减少。压花玻璃的表面纹理通过散射改变光的入射方向，降低有效入射角，减少反射损失。

 

 

光散射的优化作用：不规则纹理使光线在玻璃内部多次反射，延长光程，增加光子与太阳能电池的相互作用概率，从而提升Isc。

 

夏季气候适配性：夏季太阳高度角高（如 75°），垂直安装的组件接收倾斜入射光，压花玻璃的散射效应在此条件下尤为显著。不同倾斜角度下组件功率比差异分析

 

太阳高度角和倾斜角度的关系

 

倾斜角优势：压花玻璃组件在倾斜角度下表现更优，尤其在 30° 时功率比常规玻璃高 3.0%。

 

 

光散射效应：表面纹理增强了非垂直入射光的散射，延长光程，提升光吸收效率。

 

高温补偿：尽管厚玻璃导致温度升高，但倾斜角下的功率提升抵消了 Voc 下降的影响。

 

 

本文通过对采用压花玻璃的 BIPV 组件在室外垂直朝南系统中的性能评估，展现了其在平衡美学与发电效率方面的巨大潜力，使得整体能量损失仅为0.5% ，这一成果远优于传统彩色 BIPV 组件。从实验数据来看，无论是 EQE 光谱分析，还是不同倾斜角度下的功率比对比，都有力地支撑了压花玻璃在特定环境下的性能优势。

 

这一研究成果对于推动 BIPV 在城市建筑中的广泛应用意义重大。在城市空间有限的背景下，垂直朝南的建筑立面为 BIPV 提供了广阔的应用空间，而压花玻璃 BIPV 组件兼顾美观与性能的特点，恰好满足了城市建筑在能源利用和外观设计上的双重需求。美能QE量子效率测试仪

 

 

 

美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应，并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。

 

 

• 兼容所有太阳能电池类型，满足多种测试需求

 

• 光谱范围可达300-2500nm，并提供特殊化定制

 

氙灯+卤素灯双光源结构，保证光源稳定性

 

 

未来，建议借助美能QE量子效率测试仪开展全年多气候条件下的长期监测，进一步探究压花玻璃BIPV组件在不同环境中的性能变化。

 

原文出处：Performance comparison of a building-integrated photovoltaics (BIPV) module with patterned glass in Korean weather

 

 

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