Solarpanel-Laminator — Laminationsprozess erklärt
Inhaltsverzeichnis
Kurze Antwort: Die Laminierung ist der Schritt, der einen losen Stapel aus Glas, Verkapselungsmaterial, verschalteten Zellen und Backsheet in eine versiegelte, starre Einheit verwandelt. Der Laminator zieht ein Vakuum, um eingeschlossene Luft zu entfernen, und übt dann Druck aus, während die Pressplatten den Stapel erhitzen, bis das EVA vernetzt. Das Prozessfenster ist eng: Die Vernetzung läuft bei etwa 140 °C bis 150 °C ab, während der Stapel einen Bereich nahe 120 °C durchläuft, in dem das Verkapselungsmaterial noch flüssig ist und zur Blasenbildung neigt, und die Abkühlung muss in Schritten von etwa 20 °C kontrolliert werden, um thermische Spannungen an den Zellen zu vermeiden. Die Temperaturgleichmäßigkeit über die Pressplatte ist die Spezifikation, die die Qualität entscheidet, denn eine kalte Ecke hinterlässt ungehärtetes Verkapselungsmaterial und ein Hotspot verschlechtert es. Beide Fehler sehen bei der Endkontrolle identisch aus und verhalten sich nach fünf Jahren im Freien sehr unterschiedlich.
PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech
Solarpanel-Produktionsprozess: Lamination
Heute betrachten wir einen der Schlüsselprozesse in der Solarmodulherstellung: Laminierung.
In einer Produktionslinie für Photovoltaikmodule ist die Laminierung nicht nur ein Heizschritt. Sie ist einer der wichtigsten Prozesse, die die endgültige Leistung, Zuverlässigkeit, das Aussehen und die Lebensdauer des fertigen Solarmoduls bestimmen. Durch kontrollierte Temperatur, Vakuum und Druck werden die Solarzellen, Glas, EVA oder POE Verkapselungsfolie, Rückseitenfolie und andere Materialien zu einem festen integrierten Modul verbunden.
Ein guter Laminierungsprozess trägt zur Verbesserung der langfristigen Leistungsabgabe bei und schützt das Modul vor Feuchtigkeit, mechanischer Belastung, thermischen Zyklen und Wetterbedingungen im Freien. Wenn die Laminierung nicht gut kontrolliert wird, können Probleme wie Blasen, schlechte Haftung, Zellrisse, Kantenfehler oder eine geringe Vernetzung des Verkapselungsmittels auftreten.
Funktionsprinzip eines Solarmoduls Laminator
Ein typischer Solarpanel-Laminator besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen:
| Hauptteil | Funktion |
|---|---|
| Bodenplatte / Heizplatte | Eine flache Heizfläche. Sie wird normalerweise durch Hochtemperaturöl oder elektrische Heizstäbe beheizt, um die erforderliche Prozesstemperatur zu erreichen. |
| Obere Abdeckung | Ausgestattet mit einer Silikonmembran, einem Dichtungsring und zugehörigen Komponenten. Sie bewegt sich nach unten, um die Kammer zu schließen, und übt Druck über die Membran aus. |
| Obere Kammer | Der Raum zwischen der oberen Abdeckung und der Silikonmembran. |
| Untere Kammer | Der Raum zwischen der Heizplatte und der oberen Abdeckung 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 Laminierung Druck auszuüben. |
Nachdem wir diese Hauptteile verstanden haben, können wir uns ansehen, wie der Laminator Schritt für Schritt funktioniert.
Schritt 1: Schließen des Deckels
Nachdem das Modul in den Laminator eingeführt wurde, bewegt sich der obere Deckel durch die Kraft der Hydraulikzylinder nach unten. Wenn er die richtige Position erreicht hat, berührt der Dichtring am oberen Deckel die Bodenplatte dicht und schafft so einen abgedichteten Raum. Dieser abgedichtete Raum ist die untere Kammer.
Die Zeichnung mag einfach erscheinen, hilft aber, die grundlegende Struktur klar zu erklären.
Schritt 2: Evakuieren der unteren Kammer
Wie schnell diese Kammer evakuiert werden kann und welche Pumpenkombination die Arbeit übernimmt, wird in Laminator-Vakuumpumpen und das EVA-Entgasungsfenster.
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 gelangt, 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 im Modulstapel entweichen. Dies ist sehr wichtig. Wenn die eingeschlossenen Gase nicht entfernt werden, bevor das Verkapselungsmaterial zu härten beginnt, können nach der Laminierung Blasen im Modul verbleiben.
Schritt 3: Aufblasen der oberen Kammer und Laminierdruck
Nach dem Evakuieren wird die obere Kammer aufgeblasen. Die Silikonmembran ist ein flexibles Material, das 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 aus Wärme und Druck, dass das fließende Verkapselungsmaterial zu härten und zu vernetzen beginnt. Das Verkapselungsmaterial wechselt allmählich von einem flüssigkeitsähnlichen Zustand in eine stabile feste Verbindungsschicht.
Diese schematische Darstellung zeigt, dass die Silikonmembran nach dem Aufblasen eng am Modul anliegt. Sie hilft auch zu verhindern, dass das geschmolzene Verkapselungsmaterial unter Druck übermäßig herausgequetscht wird.
Schritt 4: Druckhalten und Aushärten
Wenn die obere Kammer den erforderlichen Druck erreicht hat, hält der Laminator diesen Druck für einen bestimmten Zeitraum. Während dieser Haltezeit vernetzt das Verkapselungsmaterial weiter, bis der erforderliche Vernetzungsgrad erreicht ist.
Nach Abschluss des Prozesses wird die untere Kammer aufgeblasen, um den Vakuumzustand aufzuheben. Gleichzeitig wird die obere Kammer evakuiert, um den Druck zu entlasten. Dann trennt sich der obere Deckel von der Bodenplatte, und das Modul bewegt sich vor dem Entladen in die Kühlkammer.
Dieses Schema von einer Website gibt eine allgemeine Vorstellung vom 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 haften bleibt.
Moderne Laminatoren verwenden normalerweise 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 um 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 ist das Hauptziel, das Verkapselungsmaterial zu schmelzen und Luftblasen zu entfernen. Die Temperatur sollte nicht zu hoch sein, und der Druck sollte nicht zu groß sein. Wenn das Verkapselungsmaterial zu früh zu vernetzen beginnt, können innere Blasen möglicherweise nicht entweichen, und Blasen bleiben im fertigen Modul zurück.
In der zweiten Stufe ist das Hauptziel die Vernetzung. Die Temperatur ist höher und der Druck ist größer, was hilft, die Aushärtungsreaktion des Verkapselungsmaterials zu beschleunigen und die Verbindungsleistung zu verbessern.
In der dritten Stufe ist die Kühlung die Hauptaufgabe. Es wird nur ein geringer Druck benötigt, um Verformungen oder Biegungen während des Abkühlens zu reduzieren.
Häufige Anomalien im Laminierungsprozess
| Defekt | Mögliche Ursachen |
|---|---|
| Blasen auf der Solarzellenoberfläche | Erste Stufentemperatur zu hoch, Einkapselungsmittel vernetzt bevor Blasen entweichen, abnormale Vakuumbedingungen, unzureichende Vakuumgeschwindigkeit oder Vakuumzeit zu kurz. |
| Schneeflockenartige Blasen an Kanten oder vier Ecken | Die Höhe des Laminierrahmens könnte ungeeignet sein, oder die Rahmengröße passt möglicherweise nicht richtig zum Modul. |
| Abzugsfestigkeit oder Vernetzungsgrad nicht qualifiziert | Temperatur zu niedrig, Druck zu gering, Haltezeit zu kurz oder Qualitätsproblem des Einkapselungsmittels. |
| Zellrisse nach der Laminierung | Laminierdruck zu hoch, Fremdkörper auf dem Hochtemperaturtuch oder unebene Tuchoberfläche. |
| Blasen um den Bandbereich | Qualitätsproblem des Flussmittels, Flussmittel nicht vollständig getrocknet oder lötbedingte Rückstandsprobleme. |
Für stabile Modulqualität sollten Laminierrezepte nicht blind von einem Produkt auf ein anderes übertragen werden. Unterschiedliche Glasdicken, Zelltechnologien, Einkapselungstypen, Modulgrößen, Rückseitenfolienstrukturen und Produktionsgeschwindigkeiten können alle eine Rezepturanpassung erfordern.
Ooitechs Ansicht
Als Ausrüstungslieferant sehen wir es so: Die Laminierung ist oft der Punkt, an dem kleine Prozessabweichungen zu sichtbaren Qualitätsproblemen werden, daher sollten Fabriken das Laminator-Rezept als kontrollierten Produktionsparameter behandeln, nicht nur als Maschineneinstellung. Für Hocheffizienzmodule wie MBB, TOPCon, IBC oder Shingled-Produkte sind gleichmäßiger Druck, stabile Vakuumleistung und korrekte Heizzonen besonders wichtig, da die Zellstruktur und das Verbindungsdesign empfindlicher auf Spannungen reagieren können. Ooitech ist der Ansicht, dass eine gute Modullinie nicht nur aus dem Kauf von Ausrüstung besteht, sondern auch darin, Prozesstraining, Materialverhalten und tägliche Wartung zu einem stabilen Produktionssystem zu kombinieren.
