Laminator Vacuümpompen: Typen en het EVA-venster
Inhoudsopgave
Een laminator wordt beoordeeld op opbrengst, en de opbrengst wordt grotendeels bepaald door één component waar kopers tijdens een fabrieksbezoek zelden naar kijken: de vacuümpompset. Een verkeerde keuze levert microbelletjes op die geen enkele inspectie achteraf kan verwijderen.
PV-moduleproductie · Laminatieproces · door Jerry, Ooitech
1. Het EVA-venster dat al het andere bepaalt
Ethyleenvinylacetaat smelt niet simpelweg en blijft dan liggen. Het doorloopt twee afzonderlijke fasen, en de tijd tussen beide is de tijd waarbinnen het vacuümsysteem moet werken.
| Fase | Temperatuur | Wat het betekent voor vacuüm |
|---|---|---|
| Smelten | Ongeveer 70–80 °C | De film komt in zijn gesmolten fase. Dit is het ideale moment om te evacueren, omdat het encapsulatiemateriaal zacht genoeg is om ingesloten lucht vrij te geven, maar nog niet is begonnen uit te harden. |
| Crosslinken | Ongeveer 130 °C | Crosslinken begint en versnelt. Onder deze temperatuur is de reactie zeer langzaam, wat precies de reden is waarom de eerste kamer van een tweekamerlaminator normaal op of onder 125 °C wordt gehouden. |
Alles wat volgt is een gevolg van het interval tussen die twee temperaturen. Als de kamer al heet is wanneer de film smelt, is het interval tussen smelten en crosslinken kort. In een eenkamerproces zit de kamer doorgaans boven 140 °C, waardoor er slechts ongeveer 60 tot 90 seconden overblijft om het vereiste vacuüm te bereiken. Mist u dat venster, dan blijft er lucht ingesloten in het encapsulatiemateriaal, wat microbelletjes en defecten vormt die later in de afgewerkte module zichtbaar worden.
Afb. 1: Een laminator met zijn vacuümpompset ernaast op de fabrieksvloer. De pompen zijn een aparte installatie met eigen leidingen, buffervat en service toegang, waardoor ze gemakkelijk over het hoofd worden gezien tijdens de lay-outplanning en duur zijn om later te verplaatsen.
2. Waarom tweekamerlaminatoren bestaan
Het tweekamerontwerp is in wezen een manier om tijd te kopen. Door de eerste kamer in het bereik van 100 tot 120 °C te houden, smelt het encapsulatiemateriaal langzamer en begint het crosslinken later, wat het ontgassingsvenster aanzienlijk verlengt ten opzichte van wat een enkele hete kamer toestaat. De module wordt vervolgens overgebracht naar een tweede, hetere kamer om het crosslinken te voltooien.
Dat is de procesreden achter een beslissing die anders een puur mechanische keuze lijkt. Het verklaart ook waarom het vacuümsysteem geen randaccessoire is: het is het deel van de machine dat moet presteren binnen het venster dat het thermische ontwerp creëert. De bredere context van de laminatiestap wordt behandeld in de laminatiefase van het productieproces, en de machine zelf in onze gids voor de zonnepaneellaminator.
Afb. 2: Een laminatorkamer met het deksel open. Het kamervolume, de staat van de afdichting en de pompsnelheid bepalen samen hoe snel het vereiste vacuüm wordt bereikt, en dus of het ontgassingsvenster wordt gehaald of gemist.
3. De drie pomptypen die u op een laminator zult vinden
Roterende kleppenpomp
De oliegesmeerde roterende kleppenpomp is het werkpaard van laminatie-vacuümsystemen. Een enkele unit pompt doorgaans met 60 tot 100 liter per seconde. In het pomphuis is een rotor excentrisch gemonteerd, met schoepen die door veren en middelpuntvliedende kracht naar buiten worden geduwd om tegen de boring te blijven. De sikkelvormige ruimte tussen rotor en boring is verdeeld in verschillende kamers met veranderend volume.
Elke kamer doorloopt een continu driefasig proces. Het opent naar de inlaat terwijl het uitzet en zuigt gas naar binnen. Dan sluit het af en krimpt het, waardoor het ingesloten gas wordt gecomprimeerd. Ten slotte overschrijdt de druk de atmosferische druk en tilt het gas de uitlaatklep op, waarna het door de olielaag naar buiten gaat. Dit is een verdringerpomp: hij verplaatst vaste gasvolumes in plaats van te vertrouwen op een ander mechanisme.
De olie doet meer dan smeren. Het dicht de spelingen tussen de schoepen en de boring af zodat gas niet kan teruglekken, het smeert de bewegende delen, en omdat de uitlaatklep onder olie zit, voorkomt het dat de atmosfeer terugstroomt in de kamer wanneer de pomp stopt. Alle drie de functies zijn belangrijk in een laminatiesysteem, waar terugstroming de module zou verontreinigen.
Roots-pomp
Een Roots-pomp wordt bijna nooit alleen gebruikt. Op een laminator dient hij als boosterfase, en een gangbare configuratie voor de eerste kamer is twee roterende kleppenpompen met één Roots-pomp. Pompsnelheden boven 1.200 liter per seconde zijn typisch, wat de reden is dat hij wordt gebruikt waar volume snel moet worden verplaatst.
Het mechanisme bestaat uit twee achtvormige rotoren, via tandwielen aangedreven om synchroon in tegengestelde richtingen te draaien. De rotoren raken elkaar of de boring nooit; spelingen liggen in de orde van 0,1 tot 0,3 mm, dus er is geen olie nodig voor afdichting of smering in de pompkamer.
Het gevolg van dat ontwerp is de sleutel tot het begrijpen waar hij thuishoort. Een Roots-pomp heeft geen interne compressie: gas wordt opgevangen in een vaste ruimte en rondgedragen naar de uitlaat zonder te worden samengeperst. Wanneer die ruimte naar de uitlaat opent, stroomt gas met hogere druk terug, dus de pomp kan op zichzelf geen hoge compressieverhouding bereiken of naar de atmosfeer afvoeren. Hij heeft een voorpomp nodig om het systeem naar een druk te brengen waarop de Roots-fase efficiënt werkt. Dat is de echte reden waarom een Roots-pomp wordt gecombineerd met roterende kleppenpompen in plaats van ze te vervangen.
Fig. 3: Een Roots-pomp met aandrijfmotor. Groot pompend vermogen, geen contact tussen de rotoren, en geen vermogen om zelfstandig tegen atmosferische druk te werken. Het is een booster door ontwerp, niet door conventie.
Droge schroefpomp
De droge schroefpomp is een volledig olievrij verdringerontwerp, en in hoogwaardigere toepassingen is het de vervanging van oliegesloten pompen in plaats van een aanvulling daarop. Niets in de pompkamer gebruikt olie of water als afdichtings- of smeermiddel, en het resultaat is een schoon vacuüm zonder olie-overdracht naar het proces.
Binnenin wordt een paar parallelle spiraalvormige rotoren met tegengestelde draairichting aangedreven door precisie-timing-tandwielen en draaien ze met hoge snelheid in tegengestelde richtingen. Net als bij het Roots-ontwerp raken de rotoren elkaar of de behuizing niet aan, dus is er geen smeermiddel nodig in het gaspad. Gas wordt opgevangen tussen de schroef en de behuizing en naar de uitlaat gevoerd, en het volume neemt geleidelijk af onderweg, zodat het gas wordt gecomprimeerd voordat het wordt afgevoerd.
Veel ontwerpen gebruiken een variabele spoed langs de rotor. Dit verdeelt de compressie gelijkmatiger en geeft het gas meer gelegenheid om te worden gekoeld tijdens het transport, wat de temperatuur van het pomphuis onder controle houdt. Op een laminator, waar de gasstroom EVA-vluchtige stoffen bij verhoogde temperatuur meevoert, is die thermische beheersing onderdeel van de geschiktheid van de pomp voor de taak, niet een optionele verfijning.
4. De drie vergelijken
| Roterende schoepenpomp | Roots | Droge schroefpomp | |
|---|---|---|---|
| Rol op een laminator | Primaire pomp | Booster, gekoppeld aan roterende schoepenpomp | Primaire pomp, olievrij alternatief |
| Typische pompsnelheid | 60–100 L/s per eenheid | Boven 1.200 L/s | Afhankelijk van de toepassing |
| Afdichtingsmedium | Olie | Geen, alleen nauwe speling | Geen, alleen nauwe speling |
| Interne compressie | Ja | Nee | Ja, langs de schroef |
| Kan alleen naar de atmosfeer afvoeren | Ja | Nee, vereist een voorpomp | Ja |
| Proceszuiverheid | Olie aanwezig; terugstroming moet worden beheerst | Schone pompkamer | Volledig olievrij gaspad |
| Verbruiksartikelen | Olie en filters | Minimaal | Minimaal |
Gelezen als een aankoopbeslissing in plaats van een technische rangschikking, is de afweging eenvoudig. Een set roterende schoepenpompen kost minder en is goed begrepen, tegen de prijs van olieverversingen, filtervervangingen en het beheersen van terugstroming. Een Roots-booster is niet optioneel op grotere kamers, omdat de schoepenpompen alleen het volume niet snel genoeg kunnen verplaatsen binnen het venster. Een droge schroefpomp haalt olie volledig uit het gaspad en wordt meestal gekozen waar besmettingsrisico of onderhoudslast de beslissende factor is.
5. Waarom de pompset in de laminatorspecificatie thuishoort
Omdat de pompconfiguratie wordt gedimensioneerd op het kamervolume en het ontgassingsvenster, is het een specificatie-item van de laminator, geen aparte aankoop. Drie vragen beslechten het meeste.
- Wat is het kamervolume en de doeldruk? Samen met de vensterlengte bepaalt dit de vereiste pompsnelheid en dus of een enkele schoepenpomp voldoende is of een Roots-booster nodig is.
- Enkele of dubbele kamer? Een machine met dubbele kamer laat de eerste kamer koeler draaien, wat het venster verlengt en de vereiste momentane snelheid versoepelt, maar voegt een tweede kamer toe om te evacueren. Dit wordt verder behandeld in hoe de juiste zonnepaneellaminator te kiezen.
- Wat is het onderhoudsplan? Olie- en filterintervallen bij een schoepenset, tegenover de hogere kapitaalkosten en lagere verbruikslast van een droge schroefpomp. Over een levensduur van tien jaar liggen de twee totalen dichter bij elkaar dan de aankoopprijzen suggereren.
Een vacuümsysteem dat te klein is voor de kamer faalt niet onmiddellijk. Het produceert modules die de eindinspectie doorstaan en later falen, en de defectsignatuur — microbelletjes en holtes in het inkapselingsmateriaal — is het onderwerp van niet elke laminaatbel is de schuld van het inkapselingsmateriaal. De keuze van inkapselingsmateriaal hangt samen met hetzelfde venster, zoals uiteengezet in onze gids over EVA-, POE- en EPE-inkapselingsfilms.
FAQ
Waarom laat een laminator met dubbele kamer de eerste kamer koeler draaien?
Om het ontgassingsvenster te verlengen. EVA smelt rond 70 tot 80 °C en begint rond 130 °C te crosslinken. De eerste kamer op ongeveer 100 tot 120 °C houden vertraagt beide fasen, waardoor het vacuümsysteem meer tijd krijgt om ingesloten lucht te verwijderen voordat het inkapselingsmateriaal begint te stollen.
Waarom combineren laminatoren een Roots-pomp met roterende schoepenpompen?
Omdat een Roots-pomp niet zelfstandig naar de atmosfeer kan afvoeren. De rotoren vangen gas op in een vast volume zonder het te comprimeren, dus gas stroomt terug bij de uitlaat en het kan alleen geen hoge compressieverhouding bereiken. Het levert een hoge pompsnelheid voor zijn formaat, en de roterende schoepenpompen leveren de compressie die het gas eruit krijgt. Twee schoepenpompen plus één Roots-pomp is een gangbare opstelling voor de eerste kamer.
Wat doet de olie in een roterende schoepenpomp?
Drie dingen. Het dicht de spelingen tussen de schoepen en de pompboring af zodat gas niet kan teruglekken, het smeert de bewegende delen, en omdat de uitlaatklep in olie is ondergedompeld, voorkomt het dat de atmosfeer terugstroomt in de kamer wanneer de pomp niet draait.
Is een droge schroefpomp de extra kosten waard?
Het hangt ervan af wat je optimaliseert. Een droge schroefpomp heeft geen olie of water in de pompkamer, dus het vacuüm is schoon en er is geen olie-overdracht naar de module, en de verbruikslast is lager. Daar staat tegenover dat de kapitaalkosten hoger zijn. Waar besmettingsrisico of onderhoudspersoneel de beperking is, valt de berekening meestal in het voordeel uit; waar kapitaal krap is en het proces goed beheerst wordt, blijft een schoepenset levensvatbaar.
Waarom is de EVA-temperatuur zo belangrijk voor het vacuümsysteem?
Omdat de twee thermische fasen de deadline bepalen. De film laat ingesloten lucht alleen effectief vrij zodra deze gesmolten is, en stopt daarmee zodra het crosslinken begint. Het vacuümsysteem moet binnen dat interval de vereiste druk bereiken, wat bij een proces met één kamer boven 140 °C slechts 60 tot 90 seconden kan zijn.
Wat gebeurt er als de kamer niet snel genoeg wordt leeggepompt?
Lucht blijft opgesloten in het encapsulatiemateriaal terwijl het uithardt, waardoor microbelletjes en holtes ontstaan. Deze zijn niet altijd zichtbaar bij de uitgang van de laminator, waardoor het probleem gemakkelijk over het hoofd wordt gezien totdat opbrengstgegevens of veldretouren het aan het licht brengen. Het defect is net zo vaak een pompcapaciteitsprobleem als een encapsulatiemateriaalprobleem.
Slotgedachten
De vacuümpompset is waar het thermische ontwerp van een laminator een mechanische vereiste wordt. EVA smelt bij 70 tot 80 °C en crosslinkt vanaf ongeveer 130 °C, en het vacuümsysteem moet de kamer evacueren binnen het interval tussen beide. Daarom draaien tweekamermachines met een koelere eerste kamer, daarom verschijnen Roots-boosters op grotere kamers, en daarom is olievrij pompen het overwegen waard waar contaminatie of onderhoud de beperkende factor is. Wanneer u een laminator specificeert, vraag dan om het kamervolume, de pompconfiguratie, de pompsnelheden en de haalbare afpomptijd als een set — een machine die zonder deze wordt geoffreerd, is een machine waarvan u de opbrengst niet kunt voorspellen. Als u laminators evalueert voor een nieuwe lijn, stuur ons dan het moduleformaat en de doelcapaciteit en wij werken samen met u de kamer- en pompdimensionering door. Om de machine in context te zien, de OTCY-2754DD single-layer double-chamber laminator pagina behandelt de kamerindeling in detail.
