Warum Eloxieren die vorherrschende Oberflächenbehandlung ist

Kurze Antwort: Eloxieren ist die gängigste Oberflächenbehandlung für Aluminiumrahmen von Solarmodulen, da dabei eine Oxidschicht aus dem Aluminium selbst herauswächst, anstatt eine Beschichtung darauf aufzubringen. Das ist wichtig für eine Komponente, die 25 Jahre im Freien überleben soll: Eine Lack- oder Pulverbeschichtung kann abplatzen und Korrosion an der freigelegten Kante beginnen lassen, während eine eloxierte Schicht integraler Bestandteil der Oberfläche ist. Die Dicke wird durch die Eloxierklasse festgelegt, und Normen wie CPIA 0117 definieren die Klassen AA10, AA15 und AA20, wobei die Zahl die Oxiddicke in Mikrometern angibt. Dickeres Eloxieren bietet mehr Korrosionsreserve und kostet mehr. Die Wahl der Rahmenlegierung spielt dabei eine Rolle – ein 6063-Strangpressprofil mit einer definierten Aushärtung wie HV300 verhält sich beim Eloxieren vorhersehbar, während eine schlecht kontrollierte Legierung eine fleckige Oberfläche und eine schwächere Oxidschicht erzeugen kann.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

Einführung

In einem PV-Modul fungiert der Aluminiumrahmen als wichtiges Dichtungs- und Strukturmaterial. Sein Kostenanteil liegt direkt hinter den Solarzellen, normalerweise zwischen 8,5 % und 13 %, was ihn zu einem der Kernteile macht, die einen zuverlässigen Betrieb des Moduls im Freien über 25 Jahre oder mehr gewährleisten.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Oberfläche eines Aluminiumrahmens zu behandeln, darunter Eloxieren, Elektrophorese-Lackierung und Pulverbeschichtung (PVDF). Aber Eloxieren (insbesondere silberweiß und schwarz) ist zur absoluten Mainstream-Wahl geworden. Das ist kein Zufall. Es liegt daran, dass das Eloxieren systematisch und umfassend die strengen Leistungsanforderungen erfüllen kann, die ein PV-Modul an seinen Rahmen stellt. Die Kern Gründe lassen sich in den folgenden Punkten zusammenfassen.

Aufbau einer überlegenen Korrosionsbarriere für raue Umgebungen

PV-Module müssen langfristig unter allen möglichen Klimabedingungen weltweit eingesetzt werden, von trockenen Wüsten und feuchten Regenwäldern bis hin zu stark korrosiven Küsten-, Offshore- und Industriegebieten. Diese unterschiedlichen Bedingungen stellen hohe Witterungsanforderungen an den Rahmen. Der Aluminiumrahmen muss UV-Strahlung, Tag-Nacht-Temperaturschwankungen, Säure-Base-Salzsprühnebel und Sandabrieb standhalten. Aluminium bildet in Luft zwar eine natürliche Oxidschicht, aber diese ist dünn (ca. 0,1 μm), ungleichmäßig und porös. In solchen Umgebungen ist diese natürliche Schicht etwa so schützend wie ein Blatt Papier.

Beim Eloxieren wird eine elektrochemische Methode verwendet, um eine dichte, harte und stark gebundene Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Keramikschicht in-situ auf der Aluminiumlegierungsoberfläche wachsen zu lassen. Diese künstlich verstärkte Schicht ist die Grundlage für die Korrosionsbeständigkeit des Rahmens.

Der Standard für die Dicke der anodischen Schicht bei PV-Aluminiumrahmen liegt zwischen 10 und 25 μm. Dieser Bereich wird unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren festgelegt: Eine ausreichende Schichtdicke isoliert das Aluminiumsubstrat effektiv von der äußeren Umgebung, blockiert Feuchtigkeit, Salzsprühnebel und sauren Regen, die den Rahmen korrodieren könnten, und verlängert so die Lebensdauer des Moduls unter rauen Außenbedingungen.

Wenn die Schicht zu dünn ist (z. B. unter 10 μm), kann der Schutz des Rahmens unzureichend sein, was zu lokalem Durchschlag der Oxidschicht führt und Lochfraß oder Risse auslöst, die die Gesamtfestigkeit der Struktur beeinträchtigen. Ist die Schicht hingegen zu dick (über 25 μm), verbessert sich der Schutz, aber die Produktionskosten steigen, und eine zu dicke Schicht ist spröder, wodurch sie bei Stößen während der Installation oder des Transports leichter Risse bekommt, was die Zuverlässigkeit tatsächlich verringert.

Gemäß der Norm T/CPIA 0117-2025 werden anodische Schichten nach Dicke klassifiziert (z. B. AA10, AA15, AA20), um verschiedenen Korrosionsumgebungen gerecht zu werden. Beispielsweise wird die Klasse AA15 für korrosivere Umgebungen wie Industriegebiete und Chemiewerke empfohlen, während AA20 für sehr stark korrosive Umgebungen wie Küstenregionen und Bergwerke reserviert ist.

Gewährleistung der richtigen Leitfähigkeit und Erdungssicherheit bei gleichzeitiger Isolierung

Dies ist eine scheinbar widersprüchliche, aber entscheidende Eigenschaft. Aluminium ist ein guter Leiter, wodurch der Rahmen leicht als Teil des Erdungspfads des Moduls dienen kann, um Blitzstrom oder statische Aufladung abzuleiten und so Blitzschutz und Erdungskontinuität für die Systemsicherheit zu gewährleisten.

Doch die anodische Schicht selbst ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator. Diese Isolierschicht schützt zunächst den Rahmenkörper und verhindert, dass er in feuchten Bedingungen zur Anode bei elektrolytischer Korrosion wird. Zweitens isoliert sie den Rahmen von Montagehalterungen und anderen Metallteilen (insbesondere Metallen mit unterschiedlichem Potenzial, wie Stahlschrauben) und verringert erheblich die Kontaktkorrosion, die durch das Zusammentreffen unterschiedlicher Metalle verursacht werden kann. Schadensfälle bei Offshore-Photovoltaikanlagen zeigen, dass Aluminiumlegierungsrahmen und Stahlschrauben in salzhaltiger Umgebung schwerer elektrochemischer Korrosion ausgesetzt sind, und eine dickere anodische Schicht (in Kombination mit isolationsbeschichteten Schrauben) ist einer der Schlüsselprozesse zur Lösung dieses Problems.

PS: Die Erdung eines PV-Moduls ist wirklich wichtig. Als die Person, die eine Kundenbeschwerde bearbeitet hat, bei der ein Blitzschlag eine Diodenbox-Diode durchgebrannt hat, stellte ich bei meinem Besuch vor Ort fest, dass der Installateur keinerlei Erdungsmaßnahmen am Modul vorgenommen hatte (keine Nutzung der Erdungslöcher im Rahmen, keine Schneidunterlegscheiben oder Schneidschrauben).

Verbesserung der mechanischen Leistung und Verschleißfestigkeit zum Schutz der strukturellen Integrität

Der Rahmen muss Lasten wie Winddruck, Schneelast und mechanische Stöße tragen, denen das Modul während Transport, Installation und Betrieb ausgesetzt ist.

Hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Die anodische Schicht hat eine sehr hohe Härte (typischerweise über HV300), die weit höher ist als die des Aluminiumsubstrats. Dies erhöht die Kratz- und Verschleißfestigkeit der Rahmenoberfläche, schützt sie besser während Installation und Wartung und reduziert Korrosionsausgangspunkte und optische Beeinträchtigungen durch Oberflächenschäden.

Starke Haftung: Die anodische Schicht wächst direkt aus der Aluminiumbasis durch eine chemische Reaktion und verbindet sich mit dem Substrat, ohne das Risiko von Abblättern oder Ablösen, das bei lackierten Beschichtungen besteht. Diese sehr starke Haftung gewährleistet dauerhaften Schutz, und selbst nach langfristiger thermischer Ausdehnung und Kontraktion fällt die Schicht nicht ab.

Unterstützung eines langlebigen Designs: Aluminiumlegierungsmaterial selbst kann 30 bis 50 Jahre halten. Das Eloxieren schützt zusätzlich die strukturelle Integrität und Festigkeitsstabilität über den gesamten Lebenszyklus des PV-Moduls (in der Regel 25 Jahre oder mehr). Im Vergleich dazu rosten Rahmen aus anderen Materialien, wie z.B. Stahlrahmen, leicht an Erdungslöchern und anderen Stellen, was eine 25-jährige Lebensdauer schwer garantierbar macht, während die langfristige Zuverlässigkeit von Rahmen aus Verbundwerkstoffen noch verifiziert wird.

Ein ausgereifter Prozess und ein vollständiges Normensystem, die Qualität und Versorgung gewährleisten

Das Eloxieren ist eine äußerst ausgereifte und standardisierte Oberflächenbehandlung in der Aluminiumverarbeitungsindustrie, mit einer vollständigen Lieferkette, hoher Verarbeitungseffizienz und relativ kontrollierbaren Kosten. Mehrere Broker-Berichte stellen fest, dass der Herstellungsprozess von Aluminiumrahmen (Schmelzen und Gießen - Extrusion - Oxidation - Weiterverarbeitung) sehr ausgereift ist, was die Grundlage für seine über 95%ige Durchdringung im PV-Bereich ist.

Aluminiumrahmen bieten ausgereifte Standardisierung und kontrollierbare Qualität. Von nationalen Normen (wie GB/T 5237.2) bis zu Gruppenstandards des PV-Verbands (T/CPIA 0117) gibt es klare und testbare Indikatoren für Dicke, Härte, Versiegelungsqualität und Salzsprühbeständigkeit der anodischen Schicht. Dies gibt der Qualitätskontrolle eine solide Grundlage und gewährleistet Produktkonsistenz und -zuverlässigkeit.

Im Rahmenschritt muss der Rahmen mit dem Glas verklebt und versiegelt werden und Rückseitenfolie mit Dichtmittel. Die eloxierte Oberfläche weist eine gewisse mikroporöse Struktur auf, die eine gute Haftung mit dem Dichtmittel bildet und eine zuverlässige Modulversiegelung gewährleistet.

Letztendlich ist die Wahl des Eloxierens für den PV-Aluminiumrahmen eine "optimale Lösung", die durch langjährige Industriepraxis verifiziert wurde.

Ooitechs Ansicht

Ooitech ist überzeugt: Eloxieren hat sich zur gängigsten Oberflächenbehandlung für PV-Aluminiumrahmen entwickelt, da es gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit, Erdungssicherheit, mechanische Festigkeit und standardisierte Qualitätskontrolle über die über 25-jährige Lebensdauer eines Moduls gewährleistet.