COSOG-PV – Zertifizierung von farbigem Solarglas für PV-Module

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502531
• Projekttitel Englisch: COSOG-PV – Certification of Colored Solar Glass for PV-modules

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das im 2002 eingeführte "SPF Zertifikat Solarglas" entwickelte sich in der Solarbranche weltweit rasch zu einem willkommenen Werkzeug zur Qualitätssicherung. Aufgrund des ebenfalls um diese Zeit ein-setzenden schnellen Wachstums des Photovoltaikmarktes, wurde das, ursprünglich auf solarthermi-sche Anwendungen eingeschränkte, Verfahren 2012 auf Solarglas für PV-Module erweitert. Inzwi-schen konnten über 300 Gläser erfolgreich zertifiziert werden. Im Rahmen dieser Zertifizierung wird der Einfluss der Transmission, deren Änderung aufgrund von Solarisation sowie des Winkelfaktors (IAM) auf die Leistungsfähigkeit des Endproduktes in einen einzigen Faktor kondensiert. Das Zertifizierungsverfahren für Gläser für PV-Module ist jedoch relativ aufwändig und dadurch zeit- und kostenintensiv. Zudem können damit die, insbesondere in der Schweiz immer mehr Verbreitung findenden, farbigen Gläser nicht immer korrekt bewertet werden. Daher soll das Verfahren im Rahmen dieses Projektes entsprechend angepasst und hinsichtlich Aufwand optimiert werden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The "SPF Certificate Solar Glass", introduced in 2002, quickly became a serious quality assurance tool in the solar industry worldwide. Due to the rapid growth of the photovoltaic market, which also started around this time, the procedure, which was originally limited to solar thermal applications, was ex-tended to solar glass for PV modules in 2012. Since then, more than 300 glasses have been success-fully certified. In this certification process, the influence of the transmittance, its change due to solari-zation and the angle factor on the performance of the final product are condensed into a single factor. However, the certification procedure for glasses for PV modules is relatively complex and therefore time-consuming and cost-intensive. In addition, colored glasses, which are becoming more and more widespread, especially in Switzerland, cannot always be evaluated correctly. Therefore, the procedure will be adapted accordingly and optimized in terms of effort needed within the scope of this project.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Lancé en 2002, le "Certificat SPF pour le verre solaire" est rapidement devenu un outil d'assurance qualité bienvenu dans le secteur solaire mondial. En raison de la croissance rapide du marché photovoltaïque, qui a également débuté à cette époque, la procédure, initialement limitée aux applications thermiques solaires, a été étendue en 2012 au verre solaire pour les modules PV. Aujourd'hui, plus de 300 verres ont été certifiés avec succès. Dans le cadre de cette certification, l'influence de la transmission, de son changement dû à la solarisation et du facteur d'angle (IAM) sur la performance du produit final est condensée en un seul facteur. La procédure de certification des verres pour modules PV est toutefois relativement complexe et donc coûteuse en temps et en argent. De plus, elle ne permet pas toujours d'évaluer correctement les verres colorés, qui sont de plus en plus répandus, notamment en Suisse. C'est pourquoi la procédure doit être adaptée en conséquence dans le cadre de ce projet et optimisée en termes de charge de travail.

Schlussbericht (Deutsch)

Die Nachfrage nach farbigen Gläsern für Photovoltaik Module steigt stetig, insbesondere durch die Integration von Photovoltaik (PV) in der Fassade. Bis anhin fehlt eine Charakterisierungsmethode, die den Einfluss von farbigen Gläsern in einem PV-Modul auf dessen Leistungsfähigkeit quantifiziert. Das vom SPF eingeführte Prüfverfahren «SPF Zertifikat Solarglas», das den Glaswirkungsgrad von Solargläsern quantifiziert, hat sich in der Industrie als Qualitätsnachweis für Solargläser etabliert. Über den Glaswirkungsgrad wird der Einfluss des Glases, aufgrund dessen solarer Transmission, dessen winkelabhängiger Transmission sowie dessen Alterung durch Solarisation auf den Ertrag einer PV-Anlage bestimmt. Farbige Solargläser für die Photovoltaik können mit dem bestehenden Messverfahren jedoch nicht bewertet werden. Daher wurde im Projekt «CoSoG4PV» ein neuer Messaufbau entwickelt, um das bereits bestehende Prüfverfahren auf farbige Gläser zu erweitern.

Bei PV-Modulen ist das Solarglas optisch an die in EVA eingebettete Zelle gekoppelt. Dies stellt die Bestimmung der Leistung von Solargläsern vor eine Herausforderung. Denn bei direkt-hemisphärischen Transmissionsmessungen, z. B. mit einer Ulbricht-Kugel, treten Reflexionsverluste an der Vorder- und Rückseite des Glases auf. Bei PV-Modulen treten durch die optische Kopplung jedoch keine Reflexionsverluste an der Glasrückseite auf, was bei der Bestimmung des Transmissionsgrades berücksichtig werden muss.

Mit dem im Projekt «CoSoG4PV» entwickelten Messaufbau wurde das Ziel verfolgt, die spektral-aufgelöste solare Transmission für den im PV-relevanten Wellenlängenbereich für verschiedene Einfallswinkel mit einem Fourier-Transform-Infrarot (FTIR)-Spektrometers zu bestimmen und hierdurch den Glaswirkungsgrad zu quantifizieren. Hierzu musste ein Messkonzept entwickelt werden, bei dem das weisse Licht des verwendeten FTIR-Spektrometers ausgekoppelt und in eine Optikeinheit geführt wird, die sich mit Hilfe eines Goniometers um die polare und azimutale Drehachse bewegen lässt. Zudem musste eine geeignete Kombination aus Strahlquerschnitt der weissen Lichtquelle und Detektor gefunden werden, womit die solare Transmission ohne Reflexionsverluste an der Rückseite gemessen werden kann. Ein Probenhalter musste konstruiert werden, der es ermöglicht, die Glasprobe mit wieder lösbarer Verbindung optisch an den Detektor zu koppeln.

Zur Validierung des Messaufbaus wurden klare Gläser mit bereits bekanntem Glaswirkungsgrad, quantifiziert nach dem «SPF Zertifikat Solarglas PV», gemessen und die Resultate verglichen. Aufgrund der guten Reproduzierbarkeit der Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass mit dem neuen Messaufbau der spektralaufgelöste solare Transmissionsgrad für variable Einfallswinkel gemessen werden kann.

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht [PDF] 1'493 kB

Schlussbericht (Englisch)

Demand for coloured glass for photovoltaic modules is rising steadily, particularly due to the integration of photovoltaics (PV) into building façades. To date, there has been no characterisation method that quantifies the impact of coloured glass in a PV module on its performance. The ‘SPF Solar Glass Certificate’ testing procedure introduced by the SPF, which quantifies the glass efficiency of solar glass, has become established in the industry as a mark of quality for solar glass. Glass efficiency is used to determine the influence of the glass – based on its solar transmittance, its angle-dependent transmittance and its ageing due to solarisation – on the yield of a PV system. However, coloured solar glass for photovoltaics cannot be assessed using the existing measurement method. Consequently, a new measurement setup was developed as part of the ‘CoSoG4PV’ project to extend the existing test method to coloured glass.

In PV modules, the solar glass is optically coupled to the cell embedded in EVA. This poses a challenge when determining the performance of solar glass. This is because, during direct hemispherical transmission measurements – for example, using an integrating sphere – reflection losses occur at the front and rear surfaces of the glass. In PV modules, however, due to the optical coupling, no reflection losses occur at the rear surface of the glass, a factor that must be taken into account when determining the transmission coefficient.

The aim of the measurement setup developed in the ‘CoSoG4PV’ project was to determine the spectrally resolved solar transmission across the wavelength range relevant to PV for various angles of incidence using a Fourier-transform infrared (FTIR) spectrometer, and thereby to quantify the glass efficiency. To this end, a measurement concept had to be developed in which the white light from the FTIR spectrometer used is decoupled and directed into an optical unit that can be moved around the polar and azimuthal axes using a goniometer. In addition, a suitable combination of the beam cross-section of the white light source and the detector had to be identified, enabling solar transmission to be measured without reflection losses at the rear surface. A sample holder had to be designed that allows the glass sample to be optically coupled to the detector via a detachable connection. To validate the measurement setup, clear glass samples with a known glass efficiency – quantified according to the ‘SPF Certificate for Solar Glass PV’ – were measured and the results compared. Due to the good reproducibility of the results, it was demonstrated that the new measurement setup can be used to measure the spectrally resolved solar transmittance for variable angles of incidence.

Schlussbericht (Französisch)

La demande en verres colorés destinés aux modules photovoltaïques ne cesse d'augmenter, notamment en raison de l'intégration du photovoltaïque (PV) dans les façades. Jusqu'à présent, il n'existait aucune méthode de caractérisation permettant de quantifier l'influence des verres colorés d'un module PV sur ses performances. La méthode d’essai « Certificat SPF pour le verre solaire », mise en place par le SPF et permettant de quantifier le rendement optique des verres solaires, s’est imposée dans l’industrie comme un gage de qualité pour ces verres. Le rendement optique permet de déterminer l’influence du verre sur le rendement d’une installation photovoltaïque, en fonction de sa transmission solaire, de sa transmission en fonction de l’angle d’incidence et de son vieillissement dû à la solarisation. Les verres solaires colorés destinés au photovoltaïque ne peuvent toutefois pas être évalués à l’aide de la méthode de mesure existante. C’est pourquoi un nouveau dispositif de mesure a été développé dans le cadre du projet « CoSoG4PV » afin d’étendre la méthode d’essai existante aux verres colorés.

Dans les modules photovoltaïques, le verre solaire est couplé optiquement à la cellule intégrée dans l’EVA. Cela complique la détermination des performances des verres solaires. En effet, lors de mesures de transmission hémisphérique directe, par exemple à l’aide d’une sphère d’Ulbricht, des pertes par réflexion se produisent à l’avant et à l’arrière du verre. Dans le cas des modules photovoltaïques, le couplage optique empêche toutefois l’apparition de pertes par réflexion au niveau de la face arrière du verre, ce qui doit être pris en compte lors de la détermination du degré de transmission.

Le dispositif de mesure développé dans le cadre du projet «CoSoG4PV» avait pour objectif de déterminer la transmission solaire à résolution spectrale dans la gamme de longueurs d’onde pertinente pour le photovoltaïque, pour différents angles d’incidence, à l’aide d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), et de quantifier ainsi le rendement du verre. Pour ce faire, il a fallu mettre au point un concept de mesure dans lequel la lumière blanche du spectromètre FTIR utilisé est découplée et acheminée vers un système optique pouvant être orienté autour des axes de rotation polaire et azimutal à l’aide d’un goniomètre. Il a également fallu trouver une combinaison appropriée entre la section transversale du faisceau de la source de lumière blanche et le détecteur, permettant de mesurer la transmission solaire sans pertes par réflexion à l’arrière. Un porte-échantillon a dû être conçu pour permettre de coupler optiquement l’échantillon de verre au détecteur via une connexion amovible. Pour valider le dispositif de mesure, des verres transparents dont le rendement était déjà connu, quantifié selon le «certificat SPF pour le verre solaire PV», ont été mesurés et les résultats comparés. Grâce à la bonne reproductibilité des résultats, il a été démontré que le nouveau dispositif de mesure permettait de mesurer le coefficient de transmission solaire à résolution spectrale pour des angles d’incidence variables.