CN109275342A - 用于光伏模块的彩色玻璃面板 - Google Patents
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Abstract
用于光伏模块(P)的玻璃面板，包括至少一个着色区域(1,2,3,4,5,6)，选择着色区域(1,2,3,4,5,6)的不透明度(D)，以实现期望的相对效率(RE)。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的玻璃面板，以及根据并列权利要求所述的光伏模块，计算机实现的数据结构，存储介质和两种方法。
现有技术
目前在许多地方使用光伏模块。一个可能的光伏系统的应用地点是建筑物外墙，这种情况也被称为BIPV应用，BIPV的意思是“光伏建筑一体化”。
在这种BIPV应用中，目标不一定是所使用的光伏模块尽可能有效地产生电流。相反，当将光伏模块集成在建筑物外墙时，美学方面的因素也在批准建筑项目中起决定性作用。
在这种情况下，尤其需要彩色光伏模块。彩色光伏模块通常包括彩色玻璃面板而不是透明玻璃面板。
使用彩色玻璃面板代替透明玻璃面板降低了光伏模块的效率，即光伏模块产生的电能与照射在光伏模块上的太阳能之间的关系。
在下文中，具有特定颜色的玻璃面板的光伏模块的效率与相同的具有透明玻璃面板的光伏模块的效率之间的关系将被称为光伏模块的相对效率。
这种彩色光伏模块的问题在于难以制造彩色玻璃面板以实现所需的相对效率。发明人已经发现，这对于多色的玻璃面板特别成问题，因为不同的着色区域通常导致不同的相对效率，这最终导致在应用光伏模块时出现所谓的热点，即相对于其他区域，光伏模块上该区域的光伏单元明显受到更多太阳能照射。这种热点的形成对于应用光伏模块非常不利，尤其会导致短期性能损耗。此外，热点的形成还可能导致光伏模块的长期的和持久的损害。
本发明的目的
本发明的目的是消除或至少减少前述现有技术的缺点。特别地，本发明的目的是安全可靠地防止在多色光伏模块上形成热点或至少降低形成热点的风险。
问题的解决方案
根据本发明，该问题通过用于光伏模块的玻璃面板解决，所述玻璃面板包括至少一个着色区域，选择着色区域的不透明度以实现期望的相对效率。
在此上下文中的术语“不透明度”应理解如下：不透明度(英语中的常用表达：不透明度)描述为总面积中打印的区域有多大。在这里使用数字打印技术(即，构成本发明基础的数字打印技术)，生成用于承载打印点的调频模式。其中，不透明度由点的中心之间的距离确定，其中100％相当于点之间没有距离的完全打印区域。通过增加点之间的距离来实现减小不透明度，其中0％表示不打印。点之间的距离在各个地方都不是恒定的，而是通过在特定范围内的随机数不同地设置，即平均距离是不透明度。
其中，重要的是要认识到完全打印的表面不是自动的100％不透明的(即完全不透明)。在这种情况下，一方面取决于相应的原色，因为原色由于其着色而具有不同的密度。另一个影响打印区域不透明度的是为打印点提供颜色量的打印机设置。构成本发明基础的数字打印技术中，每个打印点可以使用5至40皮升(pL)。只有40pL的颜色量和100％的不透明度，才能实现完全不透明的打印。在下文中，总是应用10pL的颜色量作为基础，因为10％和100％之间的不透明度仍允许足够的太阳能通过，从而可以实现光伏模块有意义的应用。
本发明基于以下发现：对于用于光伏模块的彩色玻璃面板，必须根据所使用的颜色(以及对于给定的颜色成分)使用不同的不透明度，从而产生均匀的相对效率。并且为了防止热点的形成，这种均匀的效率是必要的。
在有利的实施方案中，所述至少一个着色区域包含黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色等原色中的至少一种，优选至少两种，更优选至少三种。特别有利的是玻璃面板优选地包括多个着色区域，每个着色区域具有至少一种和至多六种原色。选择玻璃面板的所有原色的不透明度，使得每种原色具有所需的相同的相对效率，从而对于整个玻璃面板产生这种特定的相对效率。
其中，着色区域至少部分地是有角的或圆形的，特别是三角形，四边形，圆形，扇形和/或环形。原色的颜色量优选等于10皮升。
使用自然颜色系统(NCS)来描述原色，原色黑色优选为颜色“NCS S 9000NGlossy”和/或原色白色优选为颜色“NCS S 2502B Glossy”和/或原色蓝色优选为颜色“NCSS 4550R80B Glossy”和/或原色红色优选为颜色“NCS S 5040Y80R Glossy”和/或原色黄色优选为颜色“NCS S 3050Y20R Glossy”和/或原色绿色优选为颜色“NCS S 5040G10YGlossy”。其中，光泽意味着有光泽的颜色而不涉及无光泽的颜色。
但是，原色并非绝对必须具有这些规格。相反，本发明还包括其他类型的白色，黑色，蓝色，绿色，黄色和红色作为原色。
例如，原色“NCS S 2502B Glossy”是具有细微差别2502的白色，即含有25％的黑色和2％色度的蓝色(B)。在优选的实施方案中，原色白色是含有15-35％的黑色和1-5％色度的绿色(G)和/或蓝色(B)和/或黄色(Y)和/或红色(R)，或色度为0％(N)的，例如包含NCSS 3000-N的白色。
原色“NCS S 9000N Glossy”是具有细微差别9000的黑色，即具有0％色度(N)的90％的黑色。在优选的实施方案中，原色黑色是含有80-10％的黑色和1-5％色度的绿色(G)和/或蓝色(B)和/或黄色(Y)和/或红色(R)的黑色。
原色“NCS S 4550R80B Glossy”是具有细微差别4550的蓝色，即具有50％色度的45％的黑色，和色相R80B，即具有80％蓝色的红色。在优选的实施方案中，原色蓝色是含有35-55％的黑色和60-40％色度的蓝色。在优选的实施方案中，色相是从R70B到R90B的色相。
原色“NCS S 5040Y80R Glossy”是具有细微差别5040的红色，即具有40％色度的50％的黑色，和色相为Y80R，即具有80％红色的黄色。在优选的实施方案中，原色红色是含有40-60％黑色和30-50％色度的红色。在优选的实施方案中，色相是从Y70R到Y90R的色相。
原色“NCS S 3050Y20R Glossy”是具有细微差别3050的黄色，即具有50％色度的30％的黑色，和色相为Y20R，即具有20％红色的黄色。在优选的实施方案中，原色黄色是具有20-40％黑色和40-60％色度的黄色。在优选的实施方案中，色相是从Y10R到Y30R的色相。
原色“NCS S 5040G10Y Glossy”是具有细微差别5040的绿色，即具有40％色度的50％的黑色，和色相G10Y，即具有10％黄色的绿色。在优选的实施方案中，原色绿色是具有40-60％黑色和30-50％色度的绿色。在优选的实施方案中，色相是从G05Y到G20Y的色相。
在自然色系统中，上述色标涉及的颜色是指以100％的不透明度，每个打印点以40皮升颜色量应用于玻璃面板时呈现给观察者的颜色。
对于原色蓝色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算则是特别有利的：
其中，Dblue是指原色蓝色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在82和95之间。其中，Dblue具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。例如，术语“+/-10％的容差”意味着相对效率为90％的不透明度Dblue不一定必须恰好等于57.9％，而Dblue值为52.1％和63.7％之间实际上是允许的。优选地，将不透明度的值四舍五入到小数点后第一位。
对于原色红色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算，则是特别有利的：
其中，Dred是指原色红色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在43和95之间。其中，Dred具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
对于原色绿色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算，则是特别有利的：
其中，Dgreen是指原色绿色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在53和95之间。其中，Dgreen具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
对于原色黄色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算，则是特别有利的：
其中，Dyellow是指原色黄色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在55和95之间。其中，Dyellow具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
对于原色黑色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算，则是特别有利的：
其中，Dblack是指原色黑色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在17和95之间。其中，Dblack具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
对于原色白色，不透明度作为所需相对效率的函数，根据以下方程计算，则是特别有利的：
其中，Dwhite是指原色白色的不透明度，RE是指所需的相对效率。其中，相对效率在57和95之间。其中，Dwhite具有+/-10％的容差，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
在有利的实施方案中，玻璃面板包括混合颜色，所述混合颜色包括至少两种原色。通过将至少两种原色以图案的形式施加到玻璃面板上的方式在玻璃面板上产生混合颜色。通过选择各个原色的不透明度，以获得所需的相对效率。以这种方式生产的混合颜色具有以下优点：距离玻璃面板足够远的观察者会产生均匀混合颜色的印象。然而，混合颜色不必在施加到玻璃面板之前通过实际混合原色来产生，而是通过以图案施加原色来产生。这是特别有利的，因为运用这种方式，可以通过本申请中公开的公式和/或表格非常简单地确定所有施加的原色产生所需均匀效率所必需的相应的不透明度。另一方面，如果混合颜色在施加到玻璃面板之前彼此混合以便以所需混合颜色的形式产生油墨，那么必须针对每种混合颜色分别确定不透明度和相对效率之间的关系。
在优选实施方案中，图案包括条带。条带是有利的，因为它们可以特别容易地以均匀的方式应用于玻璃面板。在优选实施方案中，条带的宽度在0.2mm和100mm之间，优选地在0.2和50mm之间，特别优选地在0.2mm和1mm之间。条带通常平行布置。这种宽度在生成简便和与观察者产生的均匀混合颜色印象之间提供了特别好的折衷。
在一个优选实施方案中，根据下表选择所需相对效率的不透明度和相应的所需原色：
其中，条目“max(100)”意味着这里对于原色蓝色，计算上的不透明度数值需要大于100％以实现相应所需的相对效率。下面进一步描述在这种情况下如何处理特殊情况。对于表中给出的不同原色的不透明度，在每种情况下适用的容差为+/-10％，优选为+/-5％，特别优选为+/-3％，特别有利的是+/-2％。但是，表中未注明这些容差。
根据上表选择所选原色的不透明度具有避免在光伏模块的应用期间形成热点的优点。
本发明的光伏模块包括本发明上述的玻璃面板。其中，光伏模块优选地包括多个太阳能电池，太阳能电池优选地是单晶太阳能电池。
本发明的计算机实现的数据结构，用于确定原色为黑色，白色，红色，绿色，蓝色和黄色的合适的不透明度，以实现用于光伏模块的玻璃面板所需的相对效率，该结构至少包括以下形式的数据：
其中，条目“max(100)”意味着这里对于原色蓝色，计算上的不透明度数值需要大于100％以实现相应的所需相对效率。下面进一步描述在这种情况下如何处理特殊情况。对于表中给出的不同原色的不透明度，适用的容差为+/-10％，优选为+/-5％，更优选为+/-3％的容差，特别有利的为+/-2％。但是，表中未注明这些容差。
如果根据上述数据结构分别选择不同原色的覆盖功率，则这具有在光伏模块的应用期间避免热点形成的优点。
本发明的存储介质包括本发明上述的数据结构。存储介质优选地是计算机可读存储介质。
用于制造本发明所述的玻璃面板的方法包括以下步骤：
·选择原色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色中的至少一种颜色，
·确定所需的相对效率，
·通过至少一个用于确定各个原色的以所需相对效率为函数的不透明度的方程式确定所选择的每种打印颜色所需的不透明度，
·使用所选颜色打印玻璃面板，以确定的不透明度打印每种颜色。
打印优选通过数字陶瓷打印进行。
用于制造本发明所述的玻璃面板的另一种方法包括以下步骤：
·选择原色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色中的至少一种颜色，
·确定所需的相对效率，
·通过上述表格确定每种所选打印颜色所需的不透明度，
·使用所选颜色打印玻璃面板，以确定的不透明度打印每种颜色。
打印优选通过数字陶瓷打印进行。
附图说明
下面借助于图表和附图更详细地描述本发明，其中：
图1：本发明的光伏模块的俯视图。
图2：原色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和黄色的相对效率显示为不透明度的函数的图表。
图3：本发明的光伏模块的另一实施方案的俯视图。
优选实施方案的描述
图1以俯视图示出了本发明所述的光伏模块P。光伏模块P包括玻璃面板(未提供附图标记)，所述玻璃面板又包括六个着色区域，即白色区域1，黄色区域2，红色区域3，绿色区域4，蓝色区域5和黑色区域6。这六个着色区域各自着色，其各自应用了白色，黄色，红色，绿色，蓝色和黑色等六种原色中的一种。其中，原色黑色为“NCS S 9000N Glossy”，原色白色为“NCS S 2502B Glossy”，原色蓝色为“NCS S 4550R80B Glossy”，原色红色为“NCS S5040Y80R Glossy”，原色黄色为“NCS S 3050Y20R Glossy”，原色绿色为“NCS S 5040G10YGlossy”。
为了在光伏模块P的整个表面上，使照射在设置了玻璃面板的太阳能电池上的太阳能是恒定的(或者换句话说：为了在光伏模块的整个表面上产生基本均匀的效率)。各个着色区域1,2,3,4,5和6选择了不相同的不透明度。特别是，涂有原色白色的玻璃面板上的不透明度为37％，涂有原色黄色的玻璃面板上的不透明度为34％，涂有原色红色的玻璃面板上的不透明度为19％，涂有原色绿色的玻璃面板上的不透明度为25％，涂有原色蓝色的玻璃面板上的不透明度为88％，涂有原色黑色的玻璃面板上的不透明度为15％。这导致在光伏模块的整个表面上的基本均匀的相对效率为约84％(参见下表1)。所提到的不透明度四舍五入到整数。所提到的六种原色的不透明度可以通过上述方程和下面的表1来确定。
Table 1:
值得注意的是，原色蓝色的不透明度比其他原色更快地收敛到100％的最大值，因此将所有其他原色的最小相对效率RE定义为82％。这个问题可以通过为原色蓝色选择比其他原色更大的颜色量来解决，即例如20pL而不是10pL。当然，只有在实际使用原色蓝色时才会出现此问题。如果不使用原色蓝色，则最小效率RE是各种原色最快收敛到最大不透明度值100％时的相对效率。例如，如果仅将原色红色和黄色用于特定光伏模块，则原色黄色确定最小相对效率RE为55％，因为对于原色黄色，实现了55％的相对效率时，不透明度值为100％(颜色量为10pL)。而对于原色红色，不透明度值为100％(颜色数量为10pL)时，相对效率为43％。这些值是从上述方程中获得的。
在根据本发明的光伏模块P的另一个实施方案中，将原色白色施加到玻璃面板上，不透明度为71％，将原色黄色施加到玻璃面板上，不透明度为65％，将原色红色施加到玻璃面板上，不透明度为38％，将原色绿色施加到玻璃面板上，不透明度为51％，并将原色黑色施加到玻璃面板上，不透明度为28％。这导致在光伏模块的整个表面上基本上均匀的相对效率约为70％。所提到的五种原色的不透明度可以通过上述方程和下面的表2来确定。
下面的表2显示了该实施方案的值，并且还显示了另外三个实施方案，即除了效率RE为70％的之外，还有相对效率RE为60％，80％和90％的。
Table 2:
在表2中，值得注意的是，对于相对效率60％，70％和80％，相应的条目“max(100)”表示原色蓝色的不透明度。如已经提到的，这意味着在此计算上的不透明度数值需要大于100％以实现所需的相对效率。如果这里简单的使用原色蓝色最大不透明度为100％，那么太多的光仍会穿透蓝色区域，因此存在形成热点的危险。因此，在该实施方案的光伏模块中不使用原色蓝色。
然而，如上所述，通过为原色蓝色选择比其他原色更大的色量，即例如20pL而不是10pL，也可以解决该问题。
图2示出了原色蓝色，红色，绿色，黄色，黑色和白色的相对效率RE(其中RE代表“相对效率”；这也是可以被称为相对效率的)显示为不透明度的函数的图表。令人惊讶的发现，该图显示了在相同的不透明度下，相对效率对于不同的原色变化很大。在图2中还可以观察到上述“蓝色问题”，即使不透明度为100％，相对效率RE也不会低于80％的值。还可以在图2中观察到，对于原色白色，黄色和绿色，可比较的“极限”在50％和60％之间，对于原色红色，相对效率RE约为40％，对于原色黑色，相对效率RE约为20％。
为了确定构成本发明部分的方程和表格，发明人使用了以下方法：
该表的值是在田间试验期间通过实验确定的。首先，建造了一个面向西南的光伏外墙，包含十一个相同的无阴影区域，每个区域都由两个标准的单晶光伏组件组成。每个区域都配有一个特殊的电力仪表，记录该区域按小时产生的功率。由于对于光伏模块，在一系列测量中可接受高达±5％的功率差，因此使用修正系数对光伏区域略微不同的功率值进行归一化。然后，打印具有光伏区域尺寸的玻璃，即对于六种原色中的每一种，打印不透明度为10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％和100％的十种玻璃。为了打印玻璃，使用由Dip-Tech制造的“Glasjet Jumbo AR 6000”打印机，并以每个打印点10皮升的颜色量打印。此打印机通常使用颜色CASS_0001为黑色，CASS_0002为白色，CASS_0003为蓝色，CASS_0004为黄色，CASS_0005为绿色，CASS_0006为红色，CASS_0008为橙色，其中CASS_0001至CASS_0008是制造商Dip-Tech使用的名称。这些玻璃和未打印的参考玻璃安装在光伏区域的前面，平均在3周的时间内记录它们的功率，在这个时间跨度中至少有一天晴天，一天部分多云天气和一天阴天。将具有打印玻璃的光伏区域的功率(L)与同时测量的参考玻璃的功率进行比较，相对效率(RE)的结果如下：RE＝L(具有打印玻璃的光伏)/L具有透明玻璃的光伏)。这样得到的每种原色的十个不同不透明度的十个RE值(对于原色黑色仅确定了八个值，因为两个玻璃面板被损坏)归总在下表3中。随后，将值转换为每原色一个方程。
Table 3:
图3以俯视图示出了本发明所述的光伏模块P的另一实施方案。光伏模块P包括玻璃面板(未提供附图标记)，其又包括多个红色条纹7和多个蓝色条纹8。红色条纹7是红色的，因为它们包含原色红色，并且蓝色条纹8是蓝色的，因为它们包含原色蓝色。红色和蓝色7,8以交替方式排列并平行延伸。以均匀图案显示的蓝色条纹8和红色条纹7的排列导致在距离光伏模块P至少几米远的观察者产生“紫色”颜色印象。选择使用的原色红色和蓝色的不透明度使得在整个光伏模块P上实现均匀的所需相对效率RE。一种可能性是将不透明度为19％的原色红色施加到玻璃面板上和不透明度为88％原色蓝色施加到玻璃面板上。这导致整个光伏模块P的均匀相对效率为约84％。这些数值从上表1中获得。
类似地，可以由原色黑色和白色创建混合颜色灰色。通过另外使用原色黄色，也可以生产混合色米色。也可以将图案中的两种以上的原色应用到玻璃面板上。以这种方式，可以产生各种各样的混合颜色。因此，通过根据上面列出的方程和/或列表确定适当的不透明度，总是可以避免在光伏模块中形成热点。
参考标志清单
1 白色区域
2 黄色区域
3 红色区域
4 绿色区域
5 蓝色区域
6 黑色区域
7 红色条纹
8 蓝色条纹
P 光伏模块
Claims (15)
1.用于光伏模块(P)的玻璃面板，包括至少一个着色区域(1,2,3,4,5,6)，其特征在于，选择着色区域(1,2,3,4,5,6)的不透明度(D)，使得实现所需的相对效率(RE)。
2.根据权利要求1所述的玻璃面板，其特征在于，所述着色区域(1,2,3,4,5,6)包括至少一种，优选至少两种，更优选至少三种原色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色。
3.根据权利要求2所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色蓝色，不透明度(Dbiue)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在82和95之间，并且Dblue的容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色红色，不透明度(Dred)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在43和95之间，并且Dred的容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色绿色，不透明度(Dgreen)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在53和95之间，并且Dgreen的容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色黄色，不透明度(Dyellow)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在55和95之间，并且Dyellow容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色黑色，不透明度(Dblack)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在17和95之间，并且Dblack的容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
8.根据权利要求2至6中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，对于原色白色，不透明度(Dwhite)作为所需相对效率(RE)的函数，根据以下方程计算：
其中RE在57和95之间，并且Dwhite的容差为+/-10％，优选+/-5％，更优选+/-3％，特别有利的是+/-2％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，所述玻璃面板包括混合颜色，所述混合颜色包括至少两种原色，通过将至少两种原色以图案(7,8)的形式施加到玻璃面板上的方式，在玻璃面板上产生混合颜色，其中选择原色的相应不透明度使得获得所需的相对效率。
10.根据权利要求2或9中任一项所述的玻璃面板，其特征在于，根据下表选择所需相对效率(RE)和各自所需原色的不透明度：
11.光伏模块(P)，包括根据前述权利要求中任一项所述的玻璃面板。
12.计算机实现的数据结构，用于确定原色蓝色，绿色，红色，黄色，黑色和白色的合适的不透明度，以实现光伏模块期望的相对效率，至少包括以下形式的数据：
13.存储介质，包括根据权利要求12所述的计算机实现的数据结构。
14.生产根据权利要求3至9中任一项所述的玻璃面板的方法，包括以下步骤：
-选择至少一种原色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色，
-确定所需的相对效率，
-通过权利要求3至8的至少一个方程式确定每种所选打印颜色所需的不透明度，
-用所选颜色以确定的不透明度打印玻璃面板。
15.生产根据权利要求10所述的玻璃面板的方法，包括以下步骤：
-从原色中选择至少一种颜色黑色，白色，红色，绿色，蓝色和/或黄色，
-确定所需的相对效率，
-借助于权利要求10的表格确定每种所选打印颜色所需的不透明度，
-用所选颜色以确定的不透明度打印玻璃面板。
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