Niet elke laminaatbel is de schuld van de encapsulant: de echte oorzaken achter bellen in zonnepanelen

Inleiding

Every time a bubble shows up in a solar module, people rush to blame the EVA/EPE film. It's not that simple.

Bij het inkapselen van PV-modules zijn laminatiebellen het meest voorkomende en het hardnekkigst terugkerende kwaliteitsdefect. De meeste mensen in de industrie geloven vast dat laminatiebellen allemaal worden veroorzaakt door kwaliteitsproblemen van de EVA/EPE-encapsulant. Dat is niet waar. Defecten in de encapsulant zijn slechts een van de vele oorzaken. Grondstoffouten, abnormale laminatieapparatuur, menselijke bedieningsfouten en een ongecontroleerde werkomgeving kunnen allemaal verschillende soorten laminatiebellen veroorzaken.

Bellen lijken een cosmetisch oppervlaktedefect, maar ze blijven de vermogensopbrengst, langetermijnstabiliteit en levensduur van de module beïnvloeden. Ze zijn een van de kernverborgen oorzaken achter buitendegradatie, delaminatie en falen. Deze blog bekijkt de classificatie van bellen, de oorzaken en de schade aan de prestaties vanuit meerdere invalshoeken, en geeft u een nauwkeurige basis voor procesoptimalisatie en defecttracering.

Soorten laminatiebellen in PV-modules en hun oorzaken

Op basis van vorm, verdeling en vormingsmechanisme vallen laminatiebellen in twee hoofdcategorieën.

Restbellen

Deze verschijnen voornamelijk in de celopeningen, stringafstanden, module randen en vier hoeken. Ze verschijnen als dichte kleine bellen, strookvormige bellen of sneeuwvlokvormige bellen. De kernoorzaak is dat lucht tussen de lagen niet volledig wordt afgevoerd tijdens het lamineren en dat het vacuüm ontgassen onvolledig is. Het zijn fysieke restbellen, meestal gekoppeld aan apparatuurparameters, het bedieningsproces en het stapelproces, waarbij materiaaldefecten een zeer klein aandeel vormen. Deze bellen zijn in het begin klein, zeer verborgen en kunnen nog steeds voldoen aan de kwaliteitsnormen van elke fabriek. In massaproductie worden ze gemakkelijk over het hoofd gezien, maar het risico op latere uitzetting is zeer hoog.

Gedetailleerde analyse:

• Storingen in het vacuümsysteem: Verminderde prestaties van de vacuümpomp, lekkende vacuümleidingen, onvoldoende vacuümniveau, te korte evacuatietijd of onvoldoende pompsnelheid zorgen er allemaal voor dat de lucht tussen de lagen niet volledig wordt verwijderd. Dit is de belangrijkste oorzaak van resterende luchtbellen.

• Temperatuur- en drukonevenwicht: Te snel verwarmen of te hoog voorverwarmen zorgt ervoor dat het folieoppervlak snel verknoopt en uithardt, waardoor interne lucht en vocht tussen de lagen worden opgesloten en ingesloten bellen ontstaan. Onvoldoende laminatiedruk of te korte houdtijd zorgt ervoor dat de folie niet volledig kan vloeien en bevochtigen, waardoor holtes tussen de lagen niet kunnen worden weggedrukt, wat leidt tot grootschalige holle bellen. Ongelijkmatige temperatuur van het verwarmingsplaat, met grote lokale temperatuurverschillen, zorgt ervoor dat de folie met ongelijke snelheden uithardt en lokale bellen veroorzaakt.

• Component- en mechanische storingen: Verouderde, vervormde, gerimpelde siliconenplaten met slechte ademend vermogen kunnen geen gelijkmatige druk uitoefenen om lucht te verdrijven. Een niet-passend laminaatframe of hoogteafwijking zorgt voor slechte hechting op hoeken en randen. Een oneffen tafeloppervlak of afwijking in de overdrachtspositie verschuift de gestapelde lagen, wat allemaal leidt tot slechte ontgassing en regelmatige randbellen of hoek-sneeuwvlokbellen.

Ontgassingsbellen

Deze verschijnen meestal op het celoppervlak, rond de verbindingsstrip en in lokale modulegebieden, voornamelijk als enkele grote bellen of lokaal dichte bellen. De kernoorzaak is vocht in de materialen (folie, glas, verbindingsstrip, cellen), vluchtige stoffen (flux, enz.) of resterende onzuiverheden in hulpmaterialen. Tijdens het lamineren bij hoge temperatuur verdampen vocht en kleine molecuul-onzuiverheden onder invloed van warmte en kan het gas niet ontsnappen, waardoor het zich verzamelt tot bellen. Dit hangt voornamelijk samen met de kwaliteit van grondstoffen, de controle van hulpmaterialen en de voorbehandeling van materialen. Er zijn dus ook veel materiaalgerelateerde oorzaken — wees niet zo zeker dat het de folie is elke keer dat er een bel verschijnt. Gedetailleerde analyse:

• Factoren van het inkapselingsmateriaal: EVA/EPE-folie is vrij hygroscopisch en is een veelvoorkomende materiaaltrigger. Slechte vochtwerende opslag, te lange blootstelling aan lucht na opening, of gesneden folie die niet op tijd wordt gebruikt, zal veel vocht uit de lucht absorberen. Als de verknoopingsgraad van de folie buiten specificatie is, de formule veel onzuiverheden bevat, of de batchkwaliteit onstabiel is, zal het kleine molecuul-vluchtige stoffen vrijgeven tijdens het lamineren bij hoge temperatuur. Zodra vocht en vluchtige stoffen verdampen en niet op tijd kunnen ontsnappen, vormen ze gelijkmatig dichte bellen tussen de lagen. Ongelijkmatige foliedikte of gerimpelde hechting vangt ook lokale lucht op en veroorzaakt indirect bellen.

• Glasfactoren: PV-gehard glas kan vlekken, stof of olie bevatten die moeilijk te zien zijn, of kan na het reinigen niet volledig droog zijn, waardoor waterresten aan de rand achterblijven. Onder lamineerwarmte verdampen vocht en olie en vormen lokale bellen op het glas-film grensvlak. Afwijkingen in de vlakheid van het glas of abnormale randafschuining zorgen voor losse hechting na het stapelen, waardoor lucht aan de rand niet kan ontsnappen en aanhoudende randbellen ontstaan.

• Ribbon- en fluxfactoren: Dit is een gemakkelijk over het hoofd geziene bellentrigger. Geoxideerde ribbonoppervlakken, ongelijkmatige coating of resterende olie laten gaten achter op het ribbon-film grensvlak na het solderen. Overmatig gespoten flux, of flux die na het solderen niet volledig is verdampt en gedroogd, laat organische resten achter die snel verdampen onder lamineerwarmte, waardoor strook- of puntbellen ontstaan aan beide zijden van de ribbon en rond de celgridlijnen. Dit is de kernoorzaak van bellen in het ribbongebied.

• Celfactoren: Slecht gereinigde cellen kunnen chemische resten, stof en deeltjes bevatten van textuur- en diffusiestappen. Cellen die vochtig zijn opgeslagen of oppervlaktecondensatie hebben, zullen onzuiverheden zien ontbinden en vocht verdampen onder lamineerwarmte, waardoor verspreide bellen op het celoppervlak ontstaan. Microscheuren in cellen of oppervlakteschade laten ook lokale hechtingsholtes achter en vangen lucht.

Naast apparatuur, proces en materialen: operators en omgeving

Naast apparatuur, proces en materialen kunnen menselijke bedieningsfouten en de werkomgeving ook bellendefecten veroorzaken.

• Niet-standaard menselijke bediening veroorzaakt willekeurige, onregelmatige bellen; sporadische defecten in één batch komen meestal voort uit menselijke factoren. Tijdens het stapelen kan verkeerde uitlijning bij het handmatig plaatsen van glas, film, cellen en backsheet, plus het uitrekken, kreuken of verplaatsen van de film, lokale ingesloten lucht creëren. Het aanraken van materiaaloppervlakken met blote handen laat vingerafdrukken, zweet en olie achter die bij hoge temperatuur verdampen tot grensvlakbellen. Ongelijkmatig leggen van hulpmaterialen of ribbonopstelling laat lokale bulten en zwevende gebieden achter die na lamineren hechtingsholtes worden. Operators die de materiaalvoorbehandeling niet strikt volgen — vochtige film of ongedroogde ribbon direct in productie voeren — veroorzaken ook bellen.

• Een ongecontroleerde werkomgeving veroorzaakt gemakkelijk batchgewijze belvormingsproblemen en is een belangrijke trigger voor kwaliteitsschommelingen bij massaproductie. Slechte reinheid met te veel stof in de lucht en deeltjes die op materialen neerdalen vormt een isolatielaag, wat slechte filmbevochtiging en microbelletjes veroorzaakt. Mislukte temperatuur- en vochtigheidsregeling — met hoge luchtvochtigheid — zorgt ervoor dat alle blootgestelde materialen snel vocht absorberen, waardoor het uitgassingsbelpercentage sterk stijgt. Turbulente luchtstroom en luchtuitlaten die rechtstreeks op de werktafel blazen veroorzaken snelle condensatie en stof op het materiaaloppervlak, terwijl grote temperatuurschommelingen de lamineernauwkeurigheid en de stabiliteit van de filmvoorbehandeling schaden. Bovendien komen bellen van insectenspecimens — kakkerlakken, muggen, vliegen — ook vaak voor, veroorzaakt door slechte 5S.

De Schade Gaat Verder dan Uiterlijk: Betrouwbaarheid en Veiligheid Ook

Laminaatbellen beïnvloeden meer dan alleen het uiterlijk van de module — ze raken betrouwbaarheid en veiligheid.

Uiterlijk: Directe Afkeuring, Lagere Opbrengst

Bellen doorbreken het vlakke, uniforme uiterlijk van het moduleoppervlak en vormen een zichtbaar cosmetisch defect. Ze zijn een kernfoutitem in de eerste inspectie. Volgens de inspectienormen voor PV-modules, wanneer het aantal, de grootte of de positie van bellen de specificatie overschrijdt, wordt de module direct beoordeeld als cosmetische afkeuring en kan niet worden verzonden. Dat betekent schroot- en herbewerkingsverlies, en lagere lijnopbrengst en efficiëntie. Onregelmatige bellen maken ook de lichttransmissie aan het oppervlak ongelijkmatig, wat de productconsistentie en marktperceptie schaadt.

Prestatie: Lagere Output, Sneller Vermogensverlies

Een bel is in wezen een afgesloten holte tussen lagen, die restlucht, vocht of uitgestoten gas vasthoudt, en het verandert de interne optische structuur van de module. Aan de ene kant breekt, reflecteert en verstrooit het belgebied licht, waardoor het effectieve lichtontvangstgebied van de cel wordt verminderd en de foto-elektrische conversie-efficiëntie wordt verlaagd — het initiële vermogen komt laag uit. Aan de andere kant kan in het belgebied het encapsulant niet strak hechten aan cel, glas en backsheet, waardoor de warmtegeleiding sterk daalt, lokale warmte zich opbouwt tijdens bedrijf en hotspots ontstaan. Bij langdurig gebruik schroeien hotspots voortdurend de cellen, wat microscheuren en versnelde degradatie veroorzaakt, zodat het jaarlijkse vermogensverlies ver boven de standaardwaarde uitkomt en de effectieve opwekkingslevensduur sterk krimpt.

Betrouwbaarheid: Encapsulatiefalen en Veiligheidsrisico's

Dit is de meest fundamentele en dodelijke schade door laminaatbellen. Modules staan jarenlang buiten en worden blootgesteld aan hitte, kou, regen, sneeuw, wind, zand en UV. Dag-nacht- en seizoensgebonden temperatuurschommelingen zorgen ervoor dat het gas in de bel steeds uitzet en krimpt, waardoor er voortdurend aan het interlaag-interface wordt getrokken. Onder langdurige spanning groeien kleine belletjes geleidelijk en versmelten ze, wat uiteindelijk leidt tot delaminatie en loslating tussen de folie en het glas, de cellen en de achterplaat. Zodra delaminatie optreedt, faalt de afdichting van de module volledig en blijven vocht, nattigheid en corrosieve media binnendringen, wat leidt tot oxidatie van de verbindingsstrips, corrosie van cellen, PID-degradatie, schimmelvorming en zwartverkleuring. In ernstige gevallen veroorzaakt dit isolatieverlies, lekkage of kortsluiting — veiligheidsfouten die de stabiliteit van de energieopbrengst schaden, de onderhoudskosten verhogen en risico op veiligheidsincidenten met zich meebrengen, waardoor de garantie van 25 jaar levensduur ernstig wordt ondermijnd.

Ooitech's Visie

Bellen komen zelden voort uit één enkele oorzaak, en dat is precies waarom het behandelen ervan als "een encapsulantprobleem" tijd verspilt aan het najagen van de verkeerde partij folie. Uit de lijnen die wij leveren blijkt het patroon: restbellen zijn terug te voeren op vacuüm, druk en opbouw, terwijl ontgassingsbellen terug te voeren zijn op vocht- en fluxcontrole — dus een stabiel laminaatrecept plus gedisciplineerde voorbehandeling en 5S lost meestal meer op dan het vervangen van folie ooit zal doen. Als u wilt zien hoe correct ontgassen, drukhouden en uitlijningsopbouw er op een echte productielijn uitzien, zijn de walkthroughs op ons YouTube-kanaal www.youtube.com/ooitech het bekijken waard. Zorg eerst dat het proces klopt, dan krijgt de folie een eerlijke kans.