Solarkapselungsmaterialien können in zwei Gruppen eingeteilt werden: EVA und Nicht-EVA.
Die Nicht-EVA-Kategorie besteht aus weißem EVA, Silikonen, Thermoplasten (z.B. PVB), Ionomeren, thermoplastischen Elastomeren, thermoplastischen Silikonelastomeren (TPSE), thermoplastischen Polyolefinen (TPO), Polyolefinelastomeren (POE) und schließlich mehrschichtigen Materialien wie EPE-Folien. Die auf Polymer basierenden Kapselmaterialien in PV-Modulen müssen nachgewiesene mechanische Stabilität, elektrische Sicherheit und Schutz der Zellen und anderer Modulkomponenten vor Umwelteinflüssen wie Hitze, Feuchtigkeit und Stößen bieten. Diese Materialien helfen nicht nur, die PV-Zellen in Solarmodulen zu schützen, sondern verlängern auch die Lebensdauer des Moduls um bis zu 25 Jahre.
EVA (Ethylenvinylacetat)
EVA- Solarkapselungsfolien bestehen hauptsächlich aus Copolymerharz "Ethylen-Vinylacetat", das speziell für die Herstellung von PV-Solarmodulen entwickelt wurde. Es wirkt als klebstoffähnliches Mittel, nachdem der richtige Laminierungsprozess unter bestimmter Temperatur, Vakuum und Dauer durchgeführt wurde.
Heutzutage werden chemische Zusatzstoffe und fortschrittlichere Extrusionsprozesse durchgeführt, um die Nachteile von EVA-Verkapselungen wie mangelnde Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse, hohe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und PID-Verluste zu nutzen.
Um ein gutes Verkapselungsmaterial zu sein, muss das EVA-Basis-Copolymer durch Zugabe geeigneter Vernetzungsmittel umgewandelt werden. Die Peroxidradikalvernetzung von EVA ist ein zufälliger Prozess, und ihr Auftreten muss während des Laminierungsprozesses erfolgen, unter Berücksichtigung der hohen Flüchtigkeit von Vernetzungsmitteln mit geringem Molekulargewicht. Daher gilt EVA aufgrund des guten Gleichgewichts zwischen Leistung und Kosten als gutes Verkapselungsmaterial.
Leider führt der leichte Abbau von EVA mit der Bildung von Essigsäure, Verfärbung und Vergilbung dazu, dass die Hersteller von PV-Modulen nach alternativen Verkapselungsmaterialien mit einem ausgewogenen Verhältnis von Leistung und Kosten suchen müssen.
EVA ist und wird weiterhin ein Schlüsselbestandteil in der Produktion hochwertiger Solarmodule sein, und seine Eigenschaften wie UV-Beständigkeit, Transparenz und Flexibilität tragen dazu bei, die C20 und Effizienz des Moduls zu gewährleisten. EVA-Typen für die Glasseite (UV-durchlässig) und die Rückseitenfolienseite (UV-undurchlässig) sind kommerziell erhältlich, um die Lichtabsorption zu optimieren und gleichzeitig den Schutz vor schädlichem UV-Lichtabbau im Modul aufrechtzuerhalten.
WEISSES EVA
In einseitigen Modulen erhöht der Ersatz des herkömmlichen transparenten EVA-Folie auf der Rückseitenfolienseite durch weiße EVA den Leistungsausgang um bis zu 1%. Wenn beidseitige Zellen in einseitigen Modulen verwendet werden, kann der Leistungsausgang bis zu 2% betragen. Da weißes EVA einen hohen Reflektanzwert aufweist, gewährleistet es die Reflexion von Photonen, die durch die Zelllücken hindurchtreten, und verbessert somit die Leistungseffizienz.
POLYOLEFIN-ELASTOMERE (POE)
Polyolefin-Elastomere (POE) gewinnt in letzter Zeit aufgrund der zunehmenden Beliebtheit von doppelseitigen Modulen und fortschrittlichen Zellarchitekturen als Alternative zu herkömmlichen EVA-Folien an Marktanteil.
Die inhärente Anti-PID-Eigenschaft des POE-Materials zieht Hersteller von Solarmodulen mit seiner geringen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und langen Haltbarkeit im Gegensatz zu EVA an und macht POE zu einem vielversprechenden Verkapselungsmaterial.
Während der POE-Produktion sind eine aufwändigere chemische Formulierung und eine genaue Prozesstemperaturüberwachung erforderlich, um Probleme mit der Migration von chemischen Zusatzstoffen zwischen Glas und Rückseitenfolie zu vermeiden.
Die POEs sind Copolymere aus Ethylen und anderen Alpha-Olefinen. Die Haupt-POE-Harze, die kommerziell erhältlich sind, basieren auf Buten oder Oktin. Die Metallocen-Katalysemethode sicher, dass POE-Polymere mit maßgeschneiderter Elastizität hergestellt werden.
EPE-MEHRSCHICHT-VERKAPSELUNGSMATERIAL (EVA-POE-EVA)
Kürzlich wurde eine dreischichtige EPE-Struktur als EVA-POE-EVA-Schichten mittels einer speziellen Extrusionstechnik entwickelt, um die hohen Kosten von POE und die starke Haftungseigenschaft von EVA auszugleichen.
EPE-Folien können als ein Hybridprodukt betrachtet werden, dass die hohe Verarbeitbarkeit von EVA und die Anti-PID-Eigenschaften von POE kombiniert. Es bleibt jedoch ein wichtiges Problem in der mehrschichtigen EPE-Struktur, dass die POE-Zwischenschicht nicht stabil bleibt. Dies führt dazu, dass Schwachstellen in EPE entstehen und ein hohes Risiko für das Auftreten von PID im Langzeitbetrieb von Solarmodulen besteht. Auch das Delaminationsproblem von EPE muss beachtet werden.
THERMOPLASTISCHE POLYOLEFIN (TPO)
Thermoplastische Polyolefine (TPO) sind eine Alternative zu herkömmlichen EVA-Verkapselungsmaterialien, die durch Zugabe von nicht vernetzenden oder vernetzenden Materialien speziell für die Laminierung von Photovoltaikmodulen (PV) entwickelt wurden.
Nach der Literatur zeigt TPO eine geringere Verfärbungstendenz und bessere optische und thermische Eigenschaften vor und nach künstlicher Bewitterung, weshalb TPO ein sehr attraktives Einkapselungsmaterial ist.
TPO- Verkapselungsmaterialien sind Copolymere auf Basis von Ethylen-Propylen-Kautschuk und Ethylen-Octan-Kautschuk, und ihre Synthese und Produktion sind kostengünstiger als andere Verkapselungsmaterialien.
TPO zeigt gute mechanische Eigenschaften und UV-Beständigkeit, und die Verfärbung von TPO ist etwa neunmal langsamer als die von EVA. Die Lichtdurchlässigkeit von EVA nimmt während 50 Tagen der Witterungsbeständigkeitstests erheblich ab, während die von TPO nahezu unverändert bleibt.
Leider zeigt TPO eine signifikant höhere Wasserpermeabilität als EVA. Einige vernetzte TPO zeigen bessere Haftungseigenschaften und zeigen ähnlich wie EVA Verfärbung und verringerte Alterungsbeständigkeit.
Marktanteile von Solarverkapselungen (2022)
QUELLEN
Dintcheva, N.T.; Morici, E.; Colletti, C. Encapsulant Materials and Their Adoption in Photovoltaic Modules: A Brief Review. Sustainability 2023, 15, 9453. https:// doi.org/10.3390/su15129453