Solarmodul-Produktionsprozess: Lamination
Solarmodul-Produktionsprozess: Lamination
Heute betrachten wir einen der Schlüsselprozesse in der Solarmodulherstellung: Laminierung.
In einer Photovoltaik-Modulproduktionslinie ist die Laminierung nicht nur ein Erwärmungsschritt. Es ist einer der wichtigsten Prozesse, der die endgültige Leistung, Zuverlässigkeit, das Aussehen und die Lebensdauer des fertigen Solarpanels bestimmt. Durch kontrollierte Temperatur, Vakuum und Druck werden die Solarzellen, das Glas, das EVA- oder POE-Verkapselungsmaterial, die Rückseitenfolie und andere Materialien zu einem festen integrierten Modul verbunden.
Ein guter Laminierprozess hilft, die langfristige Leistungsabgabe zu verbessern und das Modul vor Feuchtigkeit, mechanischer Belastung, thermischen Zyklen und Wetterbedingungen im Freien zu schützen. Wenn die Laminierung nicht gut kontrolliert wird, können Probleme wie Blasen, schlechte Haftung, Zellrisse, Kantenfehler oder geringe Vernetzung des Verkapselungsmaterials auftreten.
Funktionsprinzip eines Solarmodul-Laminators
Ein typischer Solarpanel-Laminator besteht hauptsächlich aus folgenden Teilen:
| Hauptteil | Funktion |
|---|---|
| Bodenplatte / Heizplatte | Eine flache Heizfläche. Sie wird normalerweise durch Hochtemperaturöl oder elektrische Heizstäbe beheizt, um die erforderliche Prozesstemperatur zu erreichen. |
| Oberdeckel | Ausgestattet mit einer Silikonmembran, Dichtungsring und zugehörigen Komponenten. Er bewegt sich nach unten, um die Kammer zu schließen, und übt Druck über die Membran aus. |
| Obere Kammer | Der Raum zwischen dem Oberdeckel und der Silikonmembran. |
| Untere Kammer | Der Raum zwischen der Heizplatte und dem Oberdeckel nach dem Schließen. |
| Vakuumpumpe | Wird verwendet, um die obere oder untere Kammer zu evakuieren und Luft aus dem Modulstapel zu entfernen. |
| Luftpumpe / Aufblassystem | Wird verwendet, um die obere oder untere Kammer aufzublasen und während der Lamination Druck auszuüben. |
Nachdem wir diese Hauptteile verstanden haben, können wir uns ansehen, wie der Laminator Schritt für Schritt arbeitet.
Schritt 1: Schließen des Deckels
Nachdem das Modul in den Laminator eingetreten ist, bewegt sich der obere Deckel unter der Kraft von Hydraulikzylindern nach unten. Wenn er die richtige Position erreicht hat, kontaktiert der Dichtring am oberen Deckel die Bodenplatte dicht und schafft einen abgedichteten Raum. Dieser abgedichtete Raum ist die untere Kammer.
Die Zeichnung mag einfach aussehen, aber sie hilft, die grundlegende Struktur klar zu erklären.
Schritt 2: Evakuieren der unteren Kammer
Die Vakuumpumpe beginnt, die Kammer zu evakuieren. In vielen Produktionsumgebungen dauert der Evakuierungsprozess etwa 6 Minuten, obwohl die genaue Zeit von Modultyp, Verkapselungsmaterial, Laminatordesign und Prozessrezept abhängt.
Während des Evakuierens ist die Bodenplatte bereits beheizt. Sobald das Modul in den Laminator eintritt, wird es kontinuierlich erhitzt, bis es sich der eingestellten Temperatur der Heizplatte nähert. In dieser Heizphase beginnt die Verkapselungsfolie zu schmelzen und wechselt vom festen in den fließenden Zustand.
Die Vakuumumgebung ermöglicht es, dass Luft und flüchtige Gase im geschmolzenen Verkapselungsmaterial und Modulstapel entweichen. Dies ist sehr wichtig. Wenn das eingeschlossene Gas nicht entfernt wird, bevor das Verkapselungsmaterial zu härten beginnt, können nach der Lamination Blasen im Modul verbleiben.
Schritt 3: Aufblasen der oberen Kammer und Laminationsdruck
Nach dem Evakuieren wird die obere Kammer aufgeblasen. Die Silikonmembran ist ein flexibles Material, sodass sie sich unter Luftdruck ausdehnt und verformt. Sie drückt dann fest gegen die Moduloberfläche und übt gleichmäßigen Druck aus.
Dieser Druck hilft, verbleibende Blasen aus dem Modul zu drücken. Gleichzeitig bewirkt die Kombination von Hitze und Druck, dass das fließende Verkapselungsmaterial zu härten und zu vernetzen beginnt. Das Verkapselungsmaterial wechselt allmählich von einem flüssigkeitsähnlichen Zustand in eine stabile feste Bindeschicht.
Dieses Schema zeigt, dass die Silikonmembran nach dem Aufblasen fest auf das Modul passt. Es hilft auch zu verhindern, dass das geschmolzene Verkapselungsmaterial unter Druck übermäßig herausgedrückt wird.
Schritt 4: Druckhalten und Aushärten
Wenn die obere Kammer den erforderlichen Druck erreicht hat, hält der Laminator diesen Druck für eine bestimmte Zeit. Während dieser Haltezeit vernetzt das Verkapselungsmaterial weiter, bis der erforderliche Vernetzungsgrad erreicht ist.
Nach Abschluss des Prozesses wird die untere Kammer belüftet, um den Vakuumzustand aufzuheben. Gleichzeitig wird die obere Kammer evakuiert, um den Druck abzulassen. Dann trennt sich der obere Deckel von der Bodenplatte, und das Modul bewegt sich zur Kühlkammer, bevor es entladen wird.
Dieses Schema von einer Website gibt einen allgemeinen Überblick über den Prozessablauf.
Wichtige Prozesshinweise
Antihaft-Tuch ist erforderlich
Das Modul hat keinen direkten Kontakt mit der Silikonmembran oder der Heizplatte. Dazwischen wird eine Schicht Antihaft-Tuch gelegt. Seine Hauptfunktion besteht darin, zu verhindern, dass geschmolzenes EVA oder anderes Verkapselungsmaterial an der Heizplatte oder Silikonmembran haftet.
Moderne Laminatoren verwenden in der Regel drei Arbeitskammern
Die meisten modernen PV-Modul-Laminatoren sind mit drei Arbeitskammern ausgestattet, und jede Kammer hat einen anderen Prozesszweck.
| Stufe | Hauptzweck | Typisches Prozessmerkmal |
|---|---|---|
| Erste Stufe | Verkapselungsmaterial schmelzen und Luftblasen entfernen | Niedrigere Temperatur, Vakuum und geringerer Druck. Normalerweise etwa 120 °C, abhängig von Material und Rezeptur. |
| Zweite Stufe | Vernetzung des Verkapselungsmaterials und endgültige Verbindung | Höhere Temperatur und höherer Druck. Normalerweise etwa 140 °C, abhängig von Material und Rezeptur. |
| Dritte Stufe | Kühlung und Formstabilisierung | Vakuum, sehr geringer Druck und niedrige Plattentemperatur von etwa 20 °C, um das Modul zu kühlen. |
Der Grund für die Verwendung von drei Stufen ist hauptsächlich die Verbesserung der Produktionseffizienz und Prozessstabilität.
In der ersten Stufe besteht das Hauptziel darin, das Verkapselungsmaterial zu schmelzen und Luftblasen zu entfernen. Die Temperatur sollte nicht zu hoch und der Druck nicht zu groß sein. Wenn das Verkapselungsmaterial zu früh zu vernetzen beginnt, können innere Blasen nicht richtig entweichen, und es bleiben Blasen im fertigen Modul zurück.
In der zweiten Stufe ist das Hauptziel die Vernetzung. Die Temperatur ist höher und der Druck größer, was dazu beiträgt, die Aushärtungsreaktion des Verkapselungsmittels zu beschleunigen und die Haftleistung zu verbessern.
In der dritten Stufe ist die Kühlung die Hauptaufgabe. Es wird nur ein geringer Druck benötigt, um Verformungen oder Biegungen während der Kühlung zu reduzieren.
Häufige Anomalien im Laminierungsprozess
| Defekt | Mögliche Ursachen |
|---|---|
| Blasen auf der Solarzellenoberfläche | Erste Stufe Temperatur zu hoch, Vernetzung des Verkapselungsmittels bevor Blasen entweichen, abnormaler Vakuumzustand, unzureichende Vakuumgeschwindigkeit oder Vakuumzeit zu kurz. |
| Schneeflockenartige Blasen an den Rändern oder vier Ecken | Die Höhe des Laminierrahmens könnte ungeeignet sein oder die Rahmengröße nicht richtig zum Modul passen. |
| Schälfestigkeit oder Vernetzungsgrad nicht qualifiziert | Temperatur zu niedrig, Druck zu gering, Haltezeit zu kurz oder Qualitätsproblem des Verkapselungsmittels. |
| Zellrisse nach der Laminierung | Laminierdruck zu hoch, Fremdkörper auf dem Hochtemperaturtuch oder unebene Tuchoberfläche. |
| Blasen im Bereich der Bänder | Qualitätsproblem des Flussmittels, Flussmittel nicht vollständig getrocknet oder lötbedingte Rückstandsprobleme. |
Für eine stabile Modulqualität sollten Laminierrezepte nicht blind von einem Produkt auf ein anderes kopiert werden. Unterschiedliche Glasdicken, Zelltechnologien, Verkapselungstypen, Modulgrößen, Rückseitenstrukturen und Produktionsgeschwindigkeiten können eine Rezepturanpassung erfordern.
Ooitech's Sicht
Als Ausrüstungslieferant sehen wir es so: Bei der Laminierung werden oft kleine Prozessabweichungen zu sichtbaren Qualitätsproblemen, daher sollten Fabriken das Laminierrezept als kontrollierten Produktionsparameter behandeln, nicht nur als Maschineneinstellung. Für hocheffiziente Module wie MBB, TOPCon, IBC oder geschuppte Produkte sind gleichmäßiger Druck, stabile Vakuumleistung und korrekte Heizzonen besonders wichtig, da die Zellstruktur und die Verbindungsgestaltung empfindlicher auf Spannungen reagieren können. Ooitech glaubt, dass eine gute Modullinie nicht nur aus dem Kauf von Ausrüstung besteht, sondern auch darin, Prozessschulung, Materialverhalten und tägliche Wartung zu einem stabilen Produktionssystem zusammenzuführen.
