Was sind die Anwendungen und häufig auftretenden Probleme von Silikonklebstoff in Photovoltaikmodulen?

Solarzellen sind die Kernkomponenten von Solar-Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen. Aufgrund der physikalischen und chemischen Defekte von Solarzellen wie Dünnheit, Sprödigkeit und leichter Oxidation sowie ihrer langfristigen Exposition gegenüber natürlichen Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit, hoher Temperatur, niedriger Temperatur, starker ultravioletter Strahlung, Ozon, Mikroorganismen, Wind und Regen können sie leicht dauerhaft beschädigt werden, was eine großflächige Anwendung erschwert. Daher ist zum Zwecke der industriellen Anwendung der Solarenergie, insbesondere zur Erreichung einer Lebensdauer von über 20 Jahren, eine Schutzverpackung zur Bildung eines Solarzellenmoduls mit stabiler Leistung erforderlich. Im Vergleich zu anderen Klebern werden Silikonkleber aufgrund ihrer guten Witterungsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, Dichtigkeit, elektrischen Kabelisolierung, UV-Beständigkeit, des einfachen Anwendungsprozesses, der hervorragenden Haftung und der hohen physikalischen Eigenschaften weitgehend bei der Verpackung und Produktion von Batteriekomponenten eingesetzt.

 

Es gibt viele Produkte von Silikondichtungsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften. Für die elektronischen Geräte der Solarzellenindustrie sollten folgende Aspekte betont werden: 

1) Verarbeitbarkeit: gleichmäßige Viskosität, gute Extrusionsrate, glattrheologisch und thixotrop, ohne Blasen und Verkrustung; 2) Mechanische Eigenschaften: mittlere Härte, geringe Änderungen in Dehnung und Zugfestigkeit; 3) Haftfestigkeit: Die Haftfestigkeit mit der Rückwand, der Aluminiumlegierung, dem Anschlusskastenkörper und dem Sammelschienensollte ausreichend hoch sein; 4) Vergilbungsbeständigkeit: Die Oberflächenfarbe des Silikons ändert sich nach der Alterung bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit wenig; 5) Feuchtigkeits- und Wärmebeständigkeit: Die Festigkeit, Härte und elektrischen Eigenschaften des Silikons verlieren nach Feuchtigkeits- und Wärmealterung wenig; 6) UV-Lichtbeständigkeit: Die Leistung ändert sich nach längerer Alterung in der UV-Alterungsbox wenig.

 

Dieser Artikel ist wie folgt aufgebaut:

Anwendungsposition und Leistungsanforderungen

Die Anwendungsmethode von Silikonkleber

Häufige Probleme von Silikonkleber bei der Anwendung in Solarmodulen

1. Analyse von Blasen- und Wölbungsproblemen

• Ursache von Blasen
• Ursache von Wölbungen

(1) Bulging occurs during assembly

(2) The change in the placement environment produces bulging

(3) Die Unebenheit der Beschichtungsoberfläche verursacht Wölbungen

(4) Wölbungen treten während des Klebstoffnachfüllprozesses auf

2. Vergilbung während der Kolloidlagerung
3. Das Kolloid wurde mehr als 24 Stunden nicht vollständig ausgehärtet

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Anwendungsposition und Leistungsanforderungen

Die Anwendung von Silikonklebstoffen in Photovoltaikmodulen lässt sich grob in 3 Kategorien einteilen: Silikonkleber, Silikondichtungsmasse und Silikonvergussmasse. Die Verklebung und Abdichtung von Solarzellen mit Aluminiumrahmen nach der Laminierung, die Verklebung der Anschlussdose mit dem Trägermaterial, das Verguss der Anschlussdose sowie die strukturelle Verklebung von Dünnschichtzellen mit Metallrückprofilen sind vier wichtige Einsatzbereiche von Silikonklebstoffen in Solarzellen, siehe Abbildung 1.

Abbildung 1 Klebepunkte für kristalline Siliziumzellen

 

(1) ABeim Zusammenbau des Laminats mit dem Aluminiumrahmen muss der Klebstoff neben guter Haftung auf Aluminium und Laminatkante auch ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und unter Belastung Verformungs- und Verschiebungsfähigkeit besitzen, um starres Versagen der Solarmodulbaugruppe zu verhindern. Zudem sind die Anforderungen an die Abdichtung sehr streng: Der ausgehärtete Klebstoff muss nicht nur gleichmäßig und blasenfrei sein, sondern auch Kabel abgedichtet gegen Flüssigkeits- und Gasdurchdringung wirksam abschirmen.

 

(2) TBei der Fixierung von Anschlussdose und Trägermaterial muss der Klebstoff hauptsächlich ausreichende Haftung auf beiden Materialien aufweisen. Wegen der notwendigen Witterungsbeständigkeit darf er langfristig nicht abplatzen und sollte eine hohe Reißfestigkeit besitzen.

 

(3) JFür Anschlussdosen-Verguss wird meist zweikomponentiger Silikonklebstoff verwendet, der im Vergussprozess gute Fließfähigkeit und Entlüftung zeigen muss. Die ausgehärtete Klebstoffschicht sollte gute elektrische Isolierung, Wärmeleitfähigkeit und Witterungsbeständigkeit aufweisen.

 

(4) Die Verklebung zwischen Dünnschichtzelle und Metallschiene ist strukturelle Klebung (siehe Abbildung 2). Der Klebstoff muss gute Haftung und Alterungsbeständigkeit aufweisen. Bei einer Kontaktbreite von Metallführung und Batterieplatte über 3 cm wird für gute Tiefenhärtung Zweikomponentenklebstoff empfohlen; unter 3 cm kann Einkomponentenklebstoff verwendet werden. Auch Kombinationsverfahren sind möglich, z.B. bietet Dow Corning eine Lösung mit Doppelklebeband + Strukturkleber. empfohlen; liegt sie unter 3 cm, kann Ein-Komponenten-Klebstoff verwendet werden. Natürlich kann auch ein Kombinationsverfahren angewendet werden, wie beispielsweise von Dow Corning angebotene Lösung mit Doppelseitenklebeband + Strukturkleber.

Abbildung 2 Klebepunkte für Dünnschichtmodule cells

Die Anwendungsmethode von Silikonkleber

Der in der Fertigungslinie verwendete einkomponentige Silikonklebstoff wird in 310-ml-Rundtuben oder 55-Gallonen-Fässern geliefert. Vor dem Zusammenbau des Aluminiumrahmens wird Klebstoff gleichmäßig in die Fugen der 4 Aluminiumprofile eingespritzt. Dabei kommt meist pneumatische Applikation mit 0,6–0,8 MPa Druck zum Einsatz. Vor dem Kleben wird eine passende scharfe Düse entsprechend Fugenbreite, Klebstoffverbrauch und Arbeitsgewohnheiten vorbereitet. Unter konstantem Druck wird gleichmäßig aufgetragen, an Unterbrechungspunkten nachgespritzt. Abbildung 3 zeigt typische Einkomponenten-Fasspumpenanlagen für Silikon.

 

Nach dem Rahmenzusammenbau wird überschüssiger Klebstoff an den vier Ecken beseitigt, danach wird das Solarmodul-Laminat eingesetzt und die Rahmenumgebung pneumatisch abgedichtet. Nach etwa 2 Stunden Stehzeit erfolgt Kontrolle und Nachbesserung offensichtlicher Fugenrisse.

 

Die Verklebung zwischen Anschlussdose und Trägermaterial erfolgt meist manuell. Nach dem Auftrag auf die Kontaktflächen wird die Dose an der vorgesehenen Position fixiert. Das Verguss der Anschlussdose kann manuell oder automatisiert erfolgen. Die Weiterentwicklung von Zweikomponenten-Automatikapplikationsgeräten (siehe Abbildung 4) ermöglicht Produktivitätssteigerungen.

Abb. 3 Einkomponenten-Fass-Silikonpumpe

Abb. 4 Two-komponenten automatische Dosier- und Füllmaschine für Klebstoff

Häufige Probleme von silicone Klebstoff in der Solarmodulanwendung

1. Analyse von Blasen- und Wölbungsproblemen

Die Dichtigkeit der einkomponentigen Silikon-Dichtmassen ist einer der Schlüsselindikatoren für die Qualitätssicherung von Solarmodulen. Viele Faktoren beeinflussen die Dichtleistung von Klebstoffen, wobei Luftblasen und Aufwölbungen häufige Probleme im Produktionsprozess sind.

• Ursache von Blasen

Ungeeignete Verfahren verursachen normalerweise Luftblasen während der Herstellung und Füllung von Silikon. Beispielsweise sind die Rohre und Endstopfen während der Verwendung nicht dicht, was zu Luftblasen führt (siehe Abbildung 5). Bei Verwendung statischer Mischverfahren wird die Entstehung von Luftblasen erheblich reduziert.

• Ursache von Wölbungen

Aufwölbungen sind in der Regel das Ergebnis eines ungeeigneten Dosierverfahrens.

(1) Aufwölbung während der Montage

Nach thermischer Laminierung werden die Solarmodule sofort mit dem geklebten Aluminiumrahmen montiert und anschließend die Rahmendichtung durchgeführt. Da es nicht möglich ist Es ist gewährleistet, dass die auf den Rahmenkitt aufgetragene Klebstoffmenge größer ist (und gleichmäßig größer sein muss) als der Spalt zwischen der Laminatplatte und dem Rahmenkitt, sodass bei der anschließenden Verarbeitung des Rahmendichtmittels eine geringe Anzahl von Teilen auftreten wird, die die Überfüllung mit Klebstoff nicht erfüllen. Das Gas wird im Rahmen eingeschlossen. Da die Temperatur der Laminatplatte nach der Wärmebehandlung wesentlich höher ist als die Umgebungstemperatur, dehnen sich die eingeschlossenen Blasen aus und erzeugen so Luftblasen. Die auf diese Weise verursachten Luftblasen können über den Montageprozess reguliert werden, indem die Temperatur der Laminatplatte und des Rahmens nach der Wärmebehandlung durch natürliche oder künstliche Abkühlung der Umgebungstemperatur angeglichen wird. Zusätzlich kann die Klebstoffmenge erhöht werden, um eine ausreichende Auftragung zu gewährleisten. Unter gleichmäßigen Bedingungen ist die aufgetragene Klebstoffmenge größer als der erforderliche Füllbetrag für den Spalt zwischen Laminatplatte und Rahmen, wodurch ein Aufblähen verhindert wird.

(2) Die Veränderung der Lagerumgebung führt zu Aufblähungen

Nach Abschluss der Erstmontage und Versiegelung des Solarmoduls muss dieses mehrere Stunden ruhen, um vollständig auszuhärten. Wird es in dieser Phase von einer höheren in eine niedrigere Temperaturumgebung verlagert (z.B. nach der Montage im Sommer an den Luftauslass einer Klimaanlage), kann auch das Dichtmittel Blasen bilden. In diesem Fall muss die industrielle Lagerumgebung angepasst werden, sodass die Temperatur bei der Klebstoffauftragung im Wesentlichen der Lagertemperatur entspricht.

(3) Die Unebenheit der Klebefläche verursacht Aufblähungen

Da Teile wie Aluminiumtürrahmen einen gewissen Anteil unregelmäßiger Komponenten aufweisen, kann die Klebefläche nicht vollständig eben sein und weist eine gewisse Krümmung auf. Nach gleichmäßigem Klebstoffauftrag stehen die Klebeflächen in Kontakt, und das Gas in einigen Bereichen kann nach dem Ausüben eines Durchschnittsdrucks nicht vollständig entweichen, was zu Aufblähungen führt. Dies sollte durch Reduzierung oder Beseitigung des Anteils unregelmäßiger Produkte kontrolliert werden; zusätzlich sollten bei bereits verwendeten unregelmäßigen Klebematerialien Nachbesserungen an speziellen Stellen vorgenommen und der Montageprozess kontinuierlich korrigiert werden.

(4) Aufblähungen während des Nachklebevorgangs

Aufgrund unvermeidbarer Abweichungen im manuellen Klebstoffauftrag und anderer objektiver Gründe müssen Klebstoffunterbrechungen und unzureichende Klebstoffpunkte bei jedem Modul nachgefüllt werden. Verfahren des Auftragens; Reparaturbearbeitung. Während dieses Vorgangs entstehen aufgrund unsachgemäßer Klebstoffreparaturprozesse und unvollständigem Grenzflächenkontakt zwischen alten und neuen Klebstoffschichten auch Luftblasen.

 

Die durch diesen Grund verursachte Wölbung kann durch Standardisierung des Auftragsprozesses und Minimierung des Auftretens von Klebstoffbrüchen und Klebstoffmangel gelöst werden; für Situationen, in denen Klebstoff nachgefüllt werden muss, sollte eine Klebstoffeinspritzdüse mit kleinem Durchmesser verwendet werden, damit der nachträglich aufgetragene Klebstoff eine perfekte Grenzflächenbindung mit dem vorhandenen Klebstoff bilden kann. Zusammenfassend gibt es verschiedene Gründe für das Auftreten von Wölbungen und Luftblasen. Durch Analyse verschiedener Ursachen und Verstärkung der Kontrolle jedes Schritts im Produktionsprozess können die Bildung von Luftblasen reduziert und beseitigt werden, wodurch die Produktionseffizienz verbessert wird.

2. Vergilbung während der Kolloidspeicherung

Gelbe Verfärbung des Kolloids wird hauptsächlich durch die in den Aminverdickungsmittelmolekülen enthaltenen Aminogruppen verursacht. Unter normalen Umständen wird die Aminogruppe leicht durch ultraviolettes Licht oder hohe Temperaturen in der Luft zu einer Diazostruktur oxidiert. Die Doppelbindung in dieser Struktur absorbiert eine bestimmte Wellenlänge des sichtbaren Lichts, was ihr eine gelbe Farbe verleiht. Gelbfärbung von Silikon kann durch Formulierungsdesign minimiert werden. Produkte mit besserer Leistung auf dem Markt weisen eine bessere Gelbfärbungsbeständigkeit auf. Obwohl Silikon-Gel zur Gelbfärbung neigt, beeinträchtigt dies nicht die Festigkeit und Alterungsbeständigkeit des Produkts.

3. Das Kolloid ist länger als 24 Stunden nicht vollständig ausgehärtet

Silikondichtungsmittel härten im Allgemeinen durch Feuchtigkeitsaufnahme aus der Luft aus. Die Aushärtungsgeschwindigkeit hängt nicht nur von der Formulierung ab, sondern auch von der Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit. Je höher Temperatur und Feuchtigkeit, desto günstiger ist die Aushärtung des Kolloids. In kalten Wintern, insbesondere in trockenen Umgebungen, härtet das Kolloid langsam aus. Zu diesem Zweck können neben der Änderung der Umgebung und der Auswahl eines Produkts mit besseren Aushärtungseigenschaften auch Zweikomponentenklebstoffe in Betracht gezogen werden.

XJY Silicones – Erstanbieter von Rohstoffen für Silikonkleber

XJY Silicones, einer der führenden Hersteller von Silikon-MQ-Harzen und VMQ-wärmeleitenden Silikonen in China, verfügt über 30+ Jahre Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie Produktion und 15+ verwandte Patente und technische Unterstützung in der Silikonbranche. XJY Silicones bietet maßgeschneiderte Klebstofflösungen entsprechend Ihren Klebstoffanforderungen und Elastomertechnologie.