Einführung

In einem PV-Modul dient 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 den zuverlässigen Betrieb eines Moduls im Freien über 25 Jahre oder mehr gewährleisten.

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

Aufbau einer überlegenen Korrosionsbarriere für raue Umgebungen

PV-Module müssen über lange Zeit unter allen Arten von Klimabedingungen weltweit eingesetzt werden, von trockenen Wüsten und feuchten Regenwäldern bis hin zu stark korrosiven Küsten-, Offshore- und Industriegebieten. Diese unterschiedlichen Bedingungen stellen hohe Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit des Rahmens. Der Aluminiumrahmen muss UV-Strahlung, Tag-Nacht-Temperaturschwankungen, Säure-Base-Salzsprühnebel und Sandabrieb standhalten. Aluminium bildet zwar in Luft 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.

Eloxieren verwendet eine elektrochemische Methode, 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.

Die Norm für die anodische Schichtdicke von 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 Außenumgebung, blockiert Feuchtigkeit, Salzsprühnebel und sauren Regen, die den Rahmen korrodieren könnten, und verlängert so die Lebensdauer des Moduls unter rauen Außenwetterbedingungen.

Wenn die Schicht zu dünn ist (z. B. unter 10 μm), kann der Schutz des Rahmens unzureichend sein, was zu lokalem Versagen der Oxidschicht und damit zu Lochfraß oder Rissen führt, die die Gesamtstrukturfestigkeit 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, was sie bei Stößen während der Installation oder des Transports anfälliger für Risse macht und die Zuverlässigkeit tatsächlich verringert.

Gemäß der Norm T/CPIA 0117-2025 werden anodische Schichten nach Dicke eingeteilt (z. B. AA10, AA15, AA20), um sie an verschiedene Korrosionsumgebungen anzupassen. Beispielsweise wird die Klasse AA15 für korrosivere Umgebungen wie Industriegebiete und Chemieanlagen empfohlen, während AA20 für sehr stark korrosive Umgebungen wie Küstengebiete und Bergwerke reserviert ist.

Gewährleistung der richtigen Leitfähigkeit und Erdungssicherheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Isolierung

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

Doch die anodische Schicht selbst ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator. Diese isolierende Schicht schützt zunächst den Rahmenkörper und verhindert, dass er bei Feuchtigkeit zur Anode elektrolytischer Korrosion wird. Zweitens isoliert sie den Rahmen von Montagehalterungen und anderen Metallteilen (insbesondere Metallen mit unterschiedlichem Potenzial, wie Stahlschrauben), was die durch Kontakt ungleicher Metalle verursachte galvanische Korrosion erheblich verringert. Schadensfälle bei Offshore-PV-Anlagen zeigen, dass Aluminiumlegierungsrahmen und Stahlschrauben in salzhaltiger Umgebung stark elektrochemisch korrodieren. Eine dickere anodische Schicht (kombiniert mit isolierten Schrauben) ist einer der Schlüsselprozesse zur Lösung dieses Problems.

PS: Die Erdung eines PV-Moduls ist wirklich wichtig. Als ich eine Kundenbeschwerde bearbeitete, bei der ein Blitzschlag eine Dioden-Anschlussdose zerstört hatte, stellte ich vor Ort fest, dass der Installateur überhaupt keine Erdungsmaßnahmen am Modul ergriffen hatte (keine Verwendung von Erdungslöchern im Rahmen, Durchdringungsscheiben oder Durchdringungsschrauben).

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), weit höher als das Aluminiumsubstrat. 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 fest mit dem Substrat, ohne das Risiko von Abblättern oder Abplatzen wie bei Spritzbeschichtungen. Diese sehr starke Haftung gewährleistet dauerhaften Schutz, und selbst nach langfristiger thermischer Ausdehnung und Kontraktion löst sich die Schicht nicht ab.

Unterstützung langlebiger Konstruktion: Aluminiumlegierungen selbst können 30 bis 50 Jahre halten. Die Anodisierung 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 Stahl leicht an Erdungslöchern und anderen Stellen, was eine 25-jährige Lebensdauer schwer garantierbar macht, während die Langzeitzuverlässigkeit von Verbundwerkstoffrahmen noch überprüft wird.

Ein ausgereifter Prozess und ein vollständiges Normensystem gewährleisten Qualität und Versorgung

Die Anodisierung ist ein äußerst ausgereiftes und standardisiertes Oberflächenbehandlungsverfahren in der Aluminiumverarbeitungsindustrie mit einer vollständigen Lieferkette, hoher Verarbeitungseffizienz und relativ kontrollierbaren Kosten. Mehrere Brokerberichte weisen darauf hin, dass der Herstellungsprozess von Aluminiumrahmen (Schmelzen und Gießen - Strangpressen - Oxidation - Tiefenverarbeitung) 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 prüfbare 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 Dichtmittel mit Glas und Rückseitenfolie verbunden und abgedichtet werden. Die anodisierte Oberfläche hat eine gewisse mikroporöse Struktur, die eine gute Haftung mit dem Dichtmittel bildet und eine zuverlässige Modulabdichtung gewährleistet.

Letztendlich ist die Wahl der Eloxierung für den PV-Aluminiumrahmen eine durch langjährige Branchenpraxis bestätigte „optimale Lösung“.

Ooitech's Sicht

Ooitech ist überzeugt: Die Eloxierung hat sich zur vorherrschenden Oberflächenbehandlung für PV-Aluminiumrahmen entwickelt, da sie gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit, Erdungssicherheit, mechanische Festigkeit und standardisierte Qualitätskontrolle über die mehr als 25-jährige Lebensdauer eines Moduls gewährleistet.