Wat is PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit en waarom is dit belangrijk?

Wat is PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit en hoe verschilt dit van architecturale PVB?

Tussenlaagfolie van polyvinylbutyral (PVB) wordt al tientallen jaren gebruikt in gelaagd veiligheidsglas, het meest bekend in autovoorruiten en architecturale beglazing. In deze toepassingen zijn de primaire functies van PVB het bij elkaar houden van glasfragmenten na breuk, het absorberen van impactenergie en het zorgen voor akoestische demping. PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit dient een fundamenteel ander en veeleisender doel: het moet zonnecellen in een module inkapselen en beschermen, terwijl tegelijkertijd de maximaal mogelijke hoeveelheid zonlicht naar het actieve celoppervlak wordt doorgelaten, waardoor de optische helderheid gedurende tientallen jaren van blootstelling aan de buitenlucht behouden blijft en de elektrische integriteit van het celcircuit behouden blijft over het volledige temperatuur-, vochtigheids- en UV-belastingsbereik dat een in het veld ingezet zonnepaneel zal ervaren.

Standaard architecturale PVB is geformuleerd voor mechanische prestaties en is niet geoptimaliseerd voor optische transmissie, UV-stabiliteit op lange termijn onder continue zonnestraling, of de specifieke vereisten voor hechting en vochtbestendigheid van de constructie van fotovoltaïsche modules. PVB van fotovoltaïsche kwaliteit is een aparte productcategorie met een zorgvuldig ontworpen formulering die UV-stabilisatoren, gespecialiseerde weekmakers, hechtingsbevorderaars en antioxidantpakketten omvat die zijn geselecteerd om te voldoen aan de prestatie-eisen van de IEC 61215- en IEC 61730-modulekwalificatienormen over een verwachte levensduur van de module van 25 tot 30 jaar. Het behandelen van deze twee materiaalcategorieën als uitwisselbaar is een veel voorkomende en kostbare fout bij het ontwerpen van modules.

Welke rol speelt PVB-tussenlaagfilm in de structuur van een zonnepaneel?

Een standaard fotovoltaïsche module van glas-glas of glas-achterplaat is een gelamineerd geheel waarin de zonnecellen volledig zijn omgeven door inkapselingsmateriaal. Het inkapselingsmiddel vervult meerdere gelijktijdige functies die cruciaal zijn voor de prestaties, betrouwbaarheid en levensduur van de module. In modules die PVB als inkapselingsmiddel gebruiken, wordt de film zowel boven als onder de celstreng geplaatst – tussen het voorglas en de cellen, en tussen de cellen en het achterglas of de achterplaat – waardoor een continu afgesloten omgeving rond het elektrische circuit ontstaat.

Tijdens het lamineerproces wordt de PVB-film in een laminator onder vacuümdruk verwarmd, waardoor deze zacht wordt, rond de celgeometrie vloeit en zich hecht aan zowel de glasoppervlakken als de celoppervlakken. Terwijl het afkoelt, stolt de film tot een taaie, transparante, visco-elastische matrix die de cellen mechanisch ondersteunt, het celcircuit elektrisch isoleert van het glas en het frame, de differentiële thermische uitzetting tussen het glas en het silicium buffert en een barrière creëert tegen het binnendringen van vocht dat anders corrosie van de celmetallisatie, delaminatie van het inkapselingsmiddel en uiteindelijk elektrische degradatie van de module zou veroorzaken. De kwaliteit en specificatie van de PVB-film bepalen rechtstreeks hoe goed elk van deze functies wordt uitgevoerd gedurende de levensduur van de module.

Wat zijn de belangrijkste prestatie-eigenschappen van PVB-film van fotovoltaïsche kwaliteit?

De prestaties van een fotovoltaïsche kwaliteit PVB-tussenlaagfilm wordt gekenmerkt door een reeks eigenschappen die gezamenlijk de geschiktheid ervan voor module-inkapseling bepalen. Elke eigenschap heeft meetbare specificaties die verantwoordelijke fabrikanten publiceren en die moduleproducenten moeten verifiëren door middel van inkomende kwaliteitscontrole en periodieke kwalificatietests.

Optische transmissie

Een hoge optische transmissie in het golflengtebereik dat fotovoltaïsche cellen in elektriciteit omzetten – ongeveer 300 tot 1200 nm voor kristallijn silicium – is essentieel om parasitaire optische verliezen binnen de inkapselende laag te voorkomen. PVB-films van fotovoltaïsche kwaliteit bereiken doorgaans initiële transmissiewaarden van meer dan 90% over het zichtbare spectrum, gemeten op gelamineerde glasmonsters vóór versnelde veroudering. De initiële transmissie is echter minder belangrijk dan het behoud van de transmissie na langdurige UV-blootstelling en thermische cycli. Een film die begint bij een doorlaatbaarheid van 92%, maar na vijf jaar blootstelling in het veld tot 80% vergeelt, veroorzaakt meetbaar en permanent vermogensverlies. Hoogwaardige PV-PVB-formuleringen bevatten gehinderde amine-lichtstabilisatoren (HALS) en UV-absorbers die speciaal zijn geselecteerd om de vorming van chromoforen in de polymeermatrix onder continue zonnestraling te voorkomen.

Transmissiesnelheid van vochtdamp

Het binnendringen van waterdamp is een van de belangrijkste mechanismen van langdurige degradatie van modules. Vocht veroorzaakt corrosie van de zilver- en aluminiummetallisatie op zonnecellen, bevordert delaminatie op de grensvlakken tussen inkapselingsglas en inkapselingscel, en versnelt potentieel geïnduceerde degradatie (PID) in modules die op hoge systeemspanningen werken. PVB heeft een inherent hogere vochtdamptransmissiesnelheid (MVTR) dan EVA – het alternatieve inkapselingsmiddel dat het meest wordt gebruikt in de industrie – wat betekent dat glas-glas moduleconstructies sterk de voorkeur hebben wanneer PVB wordt gebruikt, omdat de dubbele glaslagen het effectieve pad voor het binnendringen van vocht dramatisch verminderen in vergelijking met een polymeer achterblad. Voor glas-glas PVB-modules is het vocht dat door de randafdichting dringt de beperkende factor, en een passend ontwerp van de randafdichting is essentieel om de vochtbestendigheid van de film zelf aan te vullen.

Hechtsterkte op glas- en celoppervlakken

De hechting tussen de PVB-film en het voorglas, het achterglas en de celoppervlakken moet sterk en stabiel blijven over het volledige temperatuurbereik dat een in het veld geïmplementeerde module ervaart – van onder -40°C in installaties met een koud klimaat tot boven 85°C in woestijnomgevingen. Delaminatie, die zich manifesteert als zichtbare belletjes of witte vlekken in het modulelaminaat, is zowel esthetisch onaanvaardbaar als praktisch schadelijk omdat gedelamineerde gebieden hun vochtbarrièrefunctie verliezen en optische verstrooiing creëren die de celproductie vermindert. PVB-films van fotovoltaïsche kwaliteit zijn samengesteld met hechtingsbevorderende additieven en zijn verkrijgbaar met gecontroleerde hechtingsniveaus - een parameter die kan worden aangepast om een ​​evenwicht te vinden tussen sterke structurele binding en het gecontroleerde loslaatgedrag dat vereist is in sommige moduleontwerpen.

Volumeweerstand en elektrische isolatie

Het inkapselingsmiddel moet gedurende zijn hele levensduur een hoge elektrische weerstand behouden om lekstromen van het celcircuit naar het moduleframe en de montagestructuur te voorkomen. Verlies aan weerstandsvermogen – dat kan optreden wanneer de vochtabsorptie hoog is of wanneer het polymeer afbreekt – verhoogt de lekstroom, verergert PID in hoogspanningssystemen en creëert veiligheidsrisico's in natte omstandigheden. Hoogwaardige PVB van fotovoltaïsche kwaliteit behoudt een volumeweerstand boven 10¹³ Ω·cm onder vochtige omstandigheden, een specificatie die moet worden geverifieerd door middel van vochtige hittetests bij 85°C / 85% relatieve vochtigheid gedurende 1000 uur in overeenstemming met de IEC 61215-protocollen.

Hoe verhoudt PVB zich tot EVA en andere zonne-energie-inkapselingsmiddelen?

Ethyleen-vinylacetaat (EVA)-copolymeerfilm heeft historisch gezien de markt voor zonne-inkapselmiddelen gedomineerd vanwege de lage kosten, het beproefde lamineerproces en de brede compatibiliteit met zowel kristallijn silicium als dunnefilmceltechnologieën. EVA heeft echter goed gedocumenteerde zwakke punten die de belangstelling hebben gewekt voor alternatieve inkapselingsmiddelen, waaronder PVB, polyolefine-elastomeer (POE) en ionomeerfilms. De onderstaande tabel vat de belangrijkste vergelijkende kenmerken samen die relevant zijn voor moduleontwerpers en inkoopteams.

Een cruciaal voordeel van PVB ten opzichte van standaard EVA is de afwezigheid van azijnzuurvorming tijdens veroudering. Wanneer EVA bij blootstelling aan UV en verhoogde temperaturen wordt afgebroken, komt er azijnzuur vrij als bijproduct van de omkeerreactie van de verknoping. Azijnzuur tast de metallisatie van de cellen aan, tast antireflectiecoatings aan en tast bepaalde dunnefilmcelstructuren aan. PVB genereert onder geen enkele blootstelling aan veldomstandigheden azijnzuur, waardoor het een aanzienlijk chemisch inert inkapselingsmiddel is voor moduleontwerpen met een lange levensduur en voor dunnefilmtechnologieën die bijzonder gevoelig zijn voor blootstelling aan zuur.

Welke toepassingen zijn het meest geschikt voor PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit?

PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit vindt zijn sterkste commerciële rechtvaardiging in toepassingen waarbij de levensduur van modules, optische prestaties, structurele integriteit onder mechanische belasting en weerstand tegen specifieke degradatiemodi prioriteit krijgen boven de initiële materiaalkosten. Verschillende toepassingscategorieën profiteren consequent van PVB-inkapseling.

• Gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche zonne-energie (BIPV) is een van de meest natuurlijke oplossingen voor PVB-inkapseling. BIPV-modules dienen tegelijkertijd als architectonische beglazingselementen en elektriciteitsopwekkende componenten, waarbij de structurele veiligheidsprestaties van gelaagd architectonisch glas – inclusief het vasthouden van fragmenten na breuk – vereist zijn, gecombineerd met de optische en elektrische prestaties van een zonnepaneel. PVB heeft een decennialange geschiedenis van veiligheidscertificeringen op het gebied van architectonisch gelaagd glas, en formuleringen van fotovoltaïsche kwaliteit dragen deze veiligheidsreferenties rechtstreeks over in het BIPV-product.
• Glas-glas bifaciale modules bedoeld voor hoogspanningssystemen op nutsschaal profiteren van de goede PID-weerstand van PVB en de afwezigheid van azijnzuurgeneratie, die beide belangrijker worden naarmate de systeemspanningen boven de 1000V stijgen en de levensduur van de modules richting de 30 jaar en langer gaat.
• Frameloze glas-glasmodules voor carports, pergola's en architecturale luifels vereisen een inkapselingsmiddel dat een sterke randhechting behoudt zonder de mechanische ondersteuning van een conventioneel aluminium frame. De hoge hechting van PVB op glasoppervlakken en de mechanische sterkte maken het zeer geschikt voor deze structureel veeleisende installaties.
• Fabrikanten van dunnefilmmodules die cadmiumtelluride (CdTe) of koper-indium galliumselenide (CIGS) celtechnologieën gebruiken, geven de voorkeur aan PVB, juist omdat deze technologieën gevoelig zijn voor het azijnzuur dat EVA kan genereren, en de chemische inertie van PVB de chemie van het celoppervlak beschermt gedurende de hele levensduur van de module.

Waar moeten modulefabrikanten op letten bij het selecteren van een leverancier van PVB-tussenlaagfilms?

Het selecteren van een PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit is een beslissing die van invloed is op de prestatie van de module, de garantieaansprakelijkheid en de financierbaarheid - het vermogen om projectfinanciering aan te trekken van kredietverstrekkers die een aangetoonde betrouwbaarheid van de module vereisen. Een rigoureus leveranciersevaluatieproces moet rekening houden met de volgende dimensies:

• Vraag volledige technische gegevensbladen aan over de optische transmissie voor en na 1000 uur UV-blootstelling volgens IEC 61345, vochtige warmteprestaties volgens IEC 61215, volumeweerstand onder vochtige omstandigheden, afpelhechting op glas bij meerdere temperaturen en de transmissiesnelheid van vochtdamp. Elke leverancier die deze gegevenspunten niet kan verstrekken, mag niet in aanmerking komen voor kwalificatie.
• Controleer of de film is opgenomen in succesvolle IEC 61215- en IEC 61730-modulekwalificatietests bij ten minste één gecertificeerde modulefabrikant, en vraag om de specifieke testrapportreferenties in plaats van algemene claims van overeenstemming te accepteren.
• Evalueer het kwaliteitsmanagementsysteem van de leverancier, batch-tot-batch consistentiegegevens en diktetolerantiespecificaties. Variatie in de dikte van de PVB-film over de rolbreedte en langs de rollengte heeft rechtstreeks invloed op de uniformiteit van het lamineren en moet binnen ±5% van de nominale specificatie liggen.
• Beoordeel de opslag- en verwerkingsvereisten zorgvuldig: PVB-film is hygroscopisch en moet worden opgeslagen in gecontroleerde vochtigheidsomstandigheden onder 30% relatieve vochtigheid om vochtabsorptie voorafgaand aan het lamineren te voorkomen, wat de belvrije laminering en de uiteindelijke optische kwaliteit in gevaar brengt.
• Houd rekening met de technische ondersteuningsmogelijkheden van de leverancier voor de optimalisatie van het lamineerproces. Het lamineertemperatuurprofiel, de vacuümhoudtijd en de perscyclusparameters voor PVB verschillen van die voor EVA, en een ervaren leverancier zou in staat moeten zijn om toepassingsspecifieke procesbegeleiding en ondersteuning bij probleemoplossing te bieden tijdens de overgang van EVA naar PVB-inkapseling.

PVB-tussenlaagfilm van fotovoltaïsche kwaliteit neemt een goed gedefinieerde en verdedigbare positie in in het landschap van zonne-energie-inkapselingssystemen. Voor toepassingen waarbij chemische inertheid, structurele veiligheidsprestaties, behoud van optische kwaliteit en compatibiliteit met glas-glas modulearchitectuur prioriteit krijgen, biedt het een combinatie van eigenschappen die EVA niet kan evenaren en die steeds belangrijker zullen worden naarmate de industrie de levensduur van modules en systeemspanningen verder opdrijft dan de huidige normen vereisen.