Quelles sont les applications et les problèmes courants des adhésifs en silicone dans les modules photovoltaïques ?

Les cellules solaires sont les composants centraux des systèmes de production d'énergie photovoltaïque. En raison de leurs défauts physiques et chimiques tels que finesse, fragilité et sensibilité à l'oxydation, une exposition prolongée aux conditions naturelles comme humidité élevée, températures extrêmes, forts UV, ozone, micro-organismes, vent et pluie peut provoquer des dommages permanents, limitant leur déploiement à grande échelle. Ainsi, pour permettre l'application industrielle de l'énergie solaire, notamment avec une durée de vie dépassant 20 ans, un conditionnement protecteur est nécessaire pour former des modules solaires aux performances stables. Comparés aux autres adhésifs, les silicones sont largement employés dans le conditionnement et la production des composants de batteries grâce à leur excellente résistance aux intempéries, leur tolérance thermique, leurs propriétés d'étanchéité, leur isolation électrique, leur résistance aux UV, leur procédé d'application simple, leur adhérence exceptionnelle et leurs hautes caractéristiques physiques.

 

Il existe de nombreux produits de mastic silicone adhésif aux propriétés variées. Pour les dispositifs électroniques de l'industrie des modules solaires, les aspects suivants doivent être privilégiés : 

1) Aptitude à la transformation : viscosité uniforme, bon taux d'extrusion, onctuosité et thixotropie, absence de bulles et de croûtes ; 2) Caractéristiques mécaniques : dureté moyenne, faibles variations de l'allongement et de la résistance à la traction ; 3) Force adhésive : La force d'adhérence avec le fond, l'alliage d'aluminium, le boîtier de jonction et le barre omnibus doit être suffisamment élevée ; 4) Résistance au jaunissement : Peu de changement de couleur en surface après vieillissement en conditions chaudes et humides ; 5) Résistance à l'humidité et à la chaleur : Faible perte de résistance, dureté et propriétés électriques après vieillissement hygrothermique ; 6) Résistance aux UV : Variations minimes après vieillissement prolongé en chambre UV.

 

Cet article est structuré comme suit :

Exigences de position d'application et de performances

La méthode d'application de l'adhésif silicone

Problèmes courants de l'adhésif silicone dans l'application des modules solaires

1. Analyse des problèmes de bulles et de gonflement

• Cause des bulles
• Cause du gonflement

(1) Bulging occurs during assembly

(2) The change in the placement environment produces bulging

(3) L'irrégularité de la surface d'encollage produit un gonflement

(4) Le gonflement se produit pendant le processus de réapprovisionnement en colle

2. Jaunissement pendant le stockage du colloïde
3. Le colloïde n'a pas été entièrement durci pendant plus de 24 heures

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Exigences de position d'application et de performances

L'application d'adhésifs silicones dans les modules photovoltaïques peut être divisée en 3 catégories : agent de liaison silicone, mastic d'étanchéité silicone et moulage en silicone. La liaison et l'étanchéité des cellules solaires avec le cadre en alliage d'aluminium après la stratification, la liaison de la boîte de jonction et du support, le moulage de la boîte de jonction, et la liaison structurelle de la cellule à couche mince et du rail métallique arrière sont quatre parties importantes des adhésifs silicones dans les cellules solaires, voir la figure 1.

Figure 1 Points d'adhésifs pour les cellules silicones cristallines

 

(1) AL'assemblage du stratifié et du cadre en aluminium, en plus de l'exigence que l'adhésif ait une bonne adhérence à l'aluminium et au bord du stratifié, la couche d'adhésif doit également avoir une résistance mécanique suffisante et avoir une certaine capacité de déformation et de déplacement sous la charge externe pour empêcher la destruction rigide de l'assemblage du panneau solaire. De plus, les exigences d'assemblage du panneau solaire pour l'étanchéité sont également très strictes, afin de garantir que l'adhésif lui-même après durcissement par l'agent durcisseur soit uniforme sans bulles, mais aussi pour étanchéifier les câbles afin d'empêcher la pénétration de liquide et de gaz, jouant un bon rôle de barrière.

 

(2) TLa boîte de jonction et le matériau de support étant fixés, l'exigence principale de l'adhésif est d'avoir une adhésion suffisante avec le matériau de support et le matériau de la boîte de jonction. En raison du besoin de résistance aux intempéries, il ne doit pas se détacher lors d'une utilisation à long terme et doit avoir une résistance élevée à la déchirure.

 

(3) JLe scellement de la boîte de jonction utilise principalement de l'adhésif silicone bicomposant, nécessitant pendant le processus de scellement une bonne fluidité et un désaérage efficace de l'adhésif. La couche d'adhésif durcie doit présenter une bonne isolation électrique, une conductivité thermique et une résistance aux intempéries.

 

(4) Le collage entre la cellule à couche mince et le rail métallique est un collage structurel (voir Figure 2). L'adhésif doit impérativement offrir une bonne adhésion et une bonne résistance au vieillissement. Si la largeur de contact du guide métallique et de la plaque de batterie dépasse 3 cm, afin de garantir l'effet de durcissement en profondeur, l'utilisation d'un bicomposant est recommandée ; si elle est inférieure à 3 cm, un monocomposant peut être utilisé. Bien entendu, un procédé composite peut également être employé, comme la solution proposée par Dow Corning utilisant un adhésif double face + adhésif structurel.

Figure 2 Points d'adhésif pour couche mince cells

La méthode d'application de l'adhésif silicone

L'adhésif silicone organique monocomposant utilisé sur la ligne d'assemblage est conditionné en tubes ronds de 310 ml ou en fûts de 55 gallons. Avant l'assemblage du cadre en aluminium, l'adhésif doit être injecté uniformément à l'avance dans les rainures de calfeutrage des 4 profilés d'aluminium. L'injection pneumatique est généralement adoptée, avec une pression de 0,6 à 0,8 MPa. Avant l'injection, préparer la buse pointue adaptée, et confectionner une buse pointue avec le diamètre approprié en fonction de la largeur de la rainure de calfeutrage en aluminium, de la consommation unitaire d'adhésif et des habitudes opératoires. Réaliser une injection uniforme sous pression d'air constante, puis compléter l'adhésif aux points de rupture. Voir Fig. 3 pour l'équipement de pompe à silicone en seau monocomposant courant.

 

Une fois le cadre assemblé, traiter les suintements d'adhésif aux quatre coins, installer le laminé de cellules solaires, puis procéder à l'injection pneumatique et à l'étanchéification autour du cadre. Contrôler après un repos d'environ 2 heures, et réparer les fissures de calfeutrage présentant des défauts évidents.

 

Le collage entre la boîte de jonction et le matériau de support est majoritairement réalisé par injection manuelle. Après injection sur la surface de contact entre la boîte de jonction et le matériau de support, celle-ci est fixée à la position spécifiée. Le remplissage de la boîte de jonction peut être effectué par des équipements manuels ou automatiques. L'amélioration des équipements d'injection automatique bicomposant (voir Figure 4) offre une garantie pour l'amélioration de l'efficacité de production.

Fig. 3 Pompe à silicone en seau monocomposant

Fig. 4 Tmachine de remplissage de colle à dosage automatique des composants WO

Problèmes courants de silicone adhésif dans l'application des modules solaires

1. Analyse des problèmes de bulles et de gonflement

L'étanchéité des mastics silicone monocomposant est l'un des indicateurs clés pour l'assurance qualité des panneaux solaires. De nombreux facteurs affectent les performances d'étanchéité des adhésifs, parmi lesquels les bulles d'air et le gonflement sont des problèmes courants dans le processus de production.

• Cause des bulles

Des procédés inappropriés provoquent généralement des bulles d'air lors de la production et du remplissage de la silicone. Par exemple, les tubes et les bouchons de queue ne sont pas serrés pendant l'utilisation, ce qui entraîne des bulles d'air, voir Figure 5. Si un mélangeur statique est utilisé pour la production, la génération de bulles d'air sera considérablement réduite.

• Cause du gonflement

Le gonflement est généralement le résultat d'un procédé de dimensionnement inapproprié.

(1) Le gonflement se produit pendant l'assemblage

Après le laminage thermique, les panneaux solaires sont immédiatement assemblés avec le cadre en alliage d'aluminium collé, puis l'étanchéité du cadre est réalisée. Comme il ne peut pas être garanti que la quantité de colle appliquée sur le calfeutrement du cadre soit supérieure (et doit être uniformément supérieure) à l'espacement entre le stratifié et le calfeutrement du cadre, lors de l'opération ultérieure d'étanchéité du cadre, un petit nombre de parties ne respectant pas la colle débordante apparaîtra. Le gaz est enfermé dans le cadre. Comme la température du stratifié après traitement thermique est beaucoup plus élevée que la température ambiante, les bulles enfermées se dilatent pour générer des bulles. Les bulles d'air causées par cette raison peuvent être régulées à partir du processus d'assemblage, et la température du stratifié et du cadre peut être égale à la température ambiante après refroidissement naturel ou refroidissement artificiel après le traitement thermique. De plus, la quantité de colle peut être augmentée pour garantir que la colle est appliquée. Dans des conditions uniformes, la quantité de colle appliquée est supérieure à la quantité de remplissage requise de l'espacement entre le stratifié et le cadre, évitant ainsi le gonflement.

(2) Le changement dans l'environnement de placement produit un gonflement

Après avoir terminé l'assemblage initial et l'étanchéité du panneau solaire, il doit être laissé plusieurs heures pour une cure complète. Pendant ce processus, s'il est déplacé d'un environnement à température plus élevée vers un environnement à température plus basse au stade initial du placement (par exemple, il est placé à la sortie d'air du climatiseur réfrigérant après assemblage en été, etc.), le mastic d'étanchéité bullera également. Lorsque cela se produit, l'environnement de placement industriel doit être ajusté pour que la température d'application de la colle soit essentiellement la même que la température de placement.

(3) L'irrégularité de la surface de dimensionnement produit un gonflement

Comme il existe une certaine proportion de pièces irrégulières dans des composants tels que les cadres de porte en aluminium, la surface de liaison ne peut pas atteindre un niveau complet et présente une certaine courbure. Après application uniforme de la colle, les surfaces de liaison sont en contact l'une avec l'autre, et le gaz dans certaines parties ne peut être complètement évacué après application d'une pression moyenne, ce qui entraîne un gonflement. Le gonflement causé par cette raison doit être contrôlé en réduisant ou en éliminant la proportion de produits irréguliers ; de plus, pour les matériaux de liaison irréguliers déjà utilisés, les travaux de réparation de la colle doivent être effectués sur des parties spéciales, et des ajustements constants doivent être effectués pendant le processus d'assemblage.

(4) Le gonflement se produit pendant le processus de recharge de la colle

En raison de l'écart inévitable dans le processus de dimensionnement artificiel et d'autres raisons objectives, les points de rupture et de manque de colle doivent être rechargés dans chaque processus de dimensionnement ; traitement de réparation. Pendant ce processus, des bulles d'air seront également générées en raison d'un processus de réparation d'adhésif inapproprié et d'un contact interfaciel incomplet entre les anciennes et nouvelles couches d'adhésif.

 

Le gonflement causé par cette raison peut être résolu en normalisant le processus de dimensionnement et en minimisant la survenue de rupture et de manque de colle ; pour les situations où de la colle doit être rechargée, il convient de la remplacer par une buse d'injection de petit diamètre, afin que la colle postérieure puisse se combiner avec la colle. Collée pour former un contact interfaciel parfait. En résumé, il existe diverses raisons pour l'apparition de gonflement et de bulles d'air. En analysant diverses raisons et en renforçant le contrôle de chaque maillon du processus de production, la génération de bulles d'air peut être réduite et éliminée, améliorant ainsi l'efficacité de production.

2. Jaunissement pendant le stockage du colloïde

Colloidal yellowing is mainly caused by the amino groups contained in the amino thickener molecules. Under normal circumstances, the amino group is easily oxidized to a diazo structure by ultraviolet light or high temperature in the air. The double bond in this structure absorbs a certain wavelength of visible light, giving it a yellow color. Silicone yellowing can be minimized through formulation design. Products with better performance on the market have better resistance to yellowing. Although silicone gel is easy to yellow, it does not affect the strength and aging resistance of the product.

3. Le colloïde n'est pas entièrement polymérisé depuis plus de 24 heures

Les mastics silicone sont généralement durcis en absorbant l'humidité de l'air. La vitesse de durcissement est liée non seulement à la formule mais aussi à la température et à l'humidité ambiantes. Plus la température et l'humidité sont élevées, plus la cure du colloïde est favorisée. En hiver froid, surtout dans des environnements secs, le colloïde durcit lentement. À cette fin, en plus de changer l'environnement et de choisir un produit avec de meilleures propriétés de durcissement, des adhésifs bicomposants peuvent également être envisagés.

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