Laminator voor zonnepanelen — Het laminatieproces uitgelegd
Inhoudsopgave
Snel antwoord: Laminatie is de stap die een losse stapel glas, encapsulant, onderling verbonden cellen en backsheet omzet in één verzegelde, starre eenheid. De laminator trekt een vacuüm om ingesloten lucht te verwijderen en oefent vervolgens druk uit terwijl de platen de stapel verwarmen tot de EVA crosslinkt. Het procesvenster is smal: crosslinking vindt plaats rond 140 °C tot 150 °C, terwijl de stapel door een gebied nabij 120 °C gaat waar de encapsulant nog vloeibaar is en gevoelig voor belvorming, en de afkoeling moet worden gecontroleerd in stappen van ongeveer 20 °C om thermische spanning op de cellen te voorkomen. Temperatuuruniformiteit over de plaat is de specificatie die de kwaliteit bepaalt, omdat een koude hoek niet-uitgeharde encapsulant achterlaat en een hete plek deze degradeert. Beide storingen zien er bij de eindinspectie identiek uit en gedragen zich na vijf jaar buiten heel anders.
PV-moduleproductie · door Jerry, Ooitech
Productieproces van zonnepanelen: Lamineren
Vandaag bekijken we een van de belangrijkste processen in de productie van zonnemodules: laminatie.
In een productielijn voor fotovoltaïsche modules is lamineren niet alleen een verwarmingsstap. Het is een van de belangrijkste processen die de uiteindelijke prestaties, betrouwbaarheid, uitstraling en levensduur van het voltooide zonnepaneel bepalen. Door gecontroleerde temperatuur, vacuüm en druk worden de zonnecellen, glas, EVA of POE encapsulant, backsheet en andere materialen tot een solide geïntegreerde module verbonden.
Een goed laminatieproces helpt het langetermijnvermogen te verbeteren en beschermt de module tegen vocht, mechanische spanning, thermische cycli en weersomstandigheden buitenshuis. Als de laminatie niet goed wordt gecontroleerd, kunnen problemen zoals bellen, slechte hechting, celbreuk, randdefecten of lage crosslinking van de inkapseling optreden.
Werkingsprincipe van een zonnemodule Laminator
Een typische zonnepaneellaminator bestaat voornamelijk uit de volgende onderdelen:
| Hoofdonderdeel | Functie |
|---|---|
| Bodemplaat / Verwarmingsplaat | Een vlak verwarmingsoppervlak. Het wordt meestal verwarmd door hogetemperatuurolie of elektrische verwarmingselementen om de vereiste procestemperatuur te bereiken. |
| Bovenklep | Uitgerust met een siliconen membraan, afdichtring en gerelateerde componenten. Het beweegt naar beneden om de kamer te sluiten en oefent druk uit via het membraan. |
| Bovenkamer | De ruimte tussen de bovenklep en het siliconen membraan. |
| Onderkamer | De ruimte tussen de verwarmingsplaat en de bovenklep na het sluiten. |
| Vacuümpomp | Wordt gebruikt om de bovenste of onderste kamer te evacueren en lucht uit de module-stapel te verwijderen. |
| Luchtpomp / Inflatiesysteem | Wordt gebruikt om de bovenste of onderste kamer op te blazen en druk uit te oefenen tijdens het lamineren. |
Na het begrijpen van deze hoofdonderdelen kunnen we stap voor stap bekijken hoe de laminator werkt.
Stap 1: Het sluiten van de deksel
Nadat de module de laminator is binnengekomen, beweegt de bovenste deksel naar beneden onder kracht van hydraulische cilinders. Wanneer deze de juiste positie bereikt, komt de afdichtring op de bovenste deksel strak in contact met de bodemplaat, waardoor een afgesloten ruimte ontstaat. Deze afgesloten ruimte is de onderste kamer.
De tekening ziet er misschien eenvoudig uit, maar helpt om de basisstructuur duidelijk uit te leggen.
Stap 2: Vacuüm trekken van de onderste kamer
Hoe snel die kamer kan worden geëvacueerd, en welke pompencombinatie het werk doet, wordt behandeld in laminator vacuümpompen en het EVA-ontgassingsvenster.
De vacuümpomp start met het evacueren van de kamer. In veel productieomgevingen duurt het vacuümproces ongeveer 6 minuten, hoewel de exacte tijd afhangt van het moduletype, het encapsulantmateriaal, het ontwerp van de laminator en het procesrecept.
Tijdens het vacuüm trekken is de bodemplaat al verwarmd. Zodra de module de laminator binnenkomt, wordt deze continu verwarmd totdat deze de ingestelde temperatuur van de verwarmingsplaat nadert. In deze verwarmingsfase begint de encapsulantfilm te smelten, veranderend van vaste naar vloeibare toestand.
De vacuümomgeving zorgt ervoor dat lucht en vluchtige gassen in de gesmolten encapsulant en de module-stapel kunnen ontsnappen. Dit is erg belangrijk. Als de ingesloten gassen niet worden verwijderd voordat de encapsulant begint uit te harden, kunnen er na het lamineren bellen in de module achterblijven.
Stap 3: Inflatie van de bovenste kamer en laminatiedruk
Na het vacuüm trekken wordt de bovenste kamer opgeblazen. Het siliconen membraan is een flexibel materiaal, dus het zet uit en vervormt onder luchtdruk. Het drukt vervolgens strak tegen het module-oppervlak en oefent gelijkmatige druk uit.
Deze druk helpt om resterende bellen uit de module te persen. Tegelijkertijd zorgt de combinatie van warmte en druk ervoor dat de vloeiende encapsulant begint uit te harden en te crosslinken. De encapsulant verandert geleidelijk van een vloeibare toestand in een stabiele vaste hechtlaag.
Dit schema toont dat na inflatie het siliconen membraan strak op de module past. Het helpt ook voorkomen dat de gesmolten encapsulant overmatig wordt uitgeperst onder druk.
Stap 4: Druk vasthouden en uitharden
Wanneer de bovenste kamer de vereiste druk bereikt, houdt de laminator deze druk gedurende een bepaalde tijd vast. Tijdens deze houdtijd blijft het encapsulant crosslinken tot de vereiste crosslinkingsgraad is bereikt.
Nadat het proces is voltooid, wordt de onderste kamer opgeblazen om de vacuümtoestand op te heffen. Tegelijkertijd wordt de bovenste kamer geëvacueerd om de druk te verlichten. Vervolgens scheidt de bovenklep van de bodemplaat en verplaatst de module zich naar de koelkamer voordat deze wordt uitgeladen.
Dit schema van een website geeft een algemeen idee van de processtroom.
Belangrijke procesopmerkingen
Anti-aanbakdoek is vereist
De module heeft geen direct contact met het siliconenmembraan of de verwarmingsplaat. Er wordt een laag anti-aanbakdoek tussen geplaatst. De belangrijkste functie is om te voorkomen dat gesmolten EVA of ander encapsulant aan de verwarmingsplaat of het siliconenmembraan blijft kleven.
Moderne laminators gebruiken meestal drie werkkamers
De meeste moderne PV-modulelaminators zijn ontworpen met drie werkkamers, en elke kamer heeft een ander procesdoel.
| Fase | Hoofddoel | Typische proceskenmerk |
|---|---|---|
| Eerste fase | Smelten van encapsulant en verwijderen van luchtbellen | Lagere temperatuur, vacuüm en kleinere druk. Meestal rond 120°C, afhankelijk van materiaal en recept. |
| Tweede fase | Crosslinking van encapsulant en definitieve hechting | Hogere temperatuur en hogere druk. Meestal rond 140°C, afhankelijk van materiaal en recept. |
| Derde fase | Koeling en vormstabilisatie | Vacuüm, zeer kleine druk en lage plaatstemperatuur rond 20°C om de module te koelen. |
De reden voor het gebruik van drie fasen is voornamelijk om de productie-efficiëntie en processtabiliteit te verbeteren.
In de eerste fase is het hoofddoel het smelten van het encapsulant en het verwijderen van luchtbellen. De temperatuur mag niet te hoog zijn en de druk mag niet te groot zijn. Als het encapsulant te vroeg begint te crosslinken, kunnen interne bellen niet goed ontsnappen en blijven er bellen achter in de afgewerkte module.
In de tweede fase is het hoofddoel crosslinking. De temperatuur is hoger en de druk is groter, wat helpt om de uithardingsreactie van het encapsulant te versnellen en de hechtingsprestaties te verbeteren.
In de derde fase is koelen de hoofdtaak. Er is slechts een kleine druk nodig om vervorming of buiging tijdens het koelen te verminderen.
Veelvoorkomende afwijkingen in het laminatieproces
| Defect | Mogelijke oorzaken |
|---|---|
| Bellen op het zonneceloppervlak | Eerste-fase temperatuur te hoog, encapsulant crosslinking voordat bellen ontsnappen, abnormale vacuümconditie, onvoldoende vacuümsnelheid of vacuümtijd te kort. |
| Sneeuwvlokachtige bellen aan randen of vier hoeken | Laminatieframehoogte kan ongeschikt zijn, of de framemaat komt niet goed overeen met de module. |
| Hechtsterkte of crosslinkingsgraad niet gekwalificeerd | Temperatuur te laag, druk te klein, houdtijd te kort of kwaliteitsprobleem met encapsulant. |
| Celbreuken na laminatie | Laminate druk te hoog, vreemde voorwerpen op hoge-temperatuurdoek of oneffen doekoppervlak. |
| Bellen rond het lintgebied | Kwaliteitsprobleem met flux, flux niet volledig gedroogd of soldeergerelateerde residuproblemen. |
Voor stabiele modulekwaliteit mogen laminatierecepten niet blindelings van het ene product naar het andere worden gekopieerd. Verschillende glasdiktes, celtechnologie, encapsulanttype, modulegrootte, backsheetstructuur en productiesnelheid kunnen allemaal aanpassing van het recept vereisen.
Ooitech's Visie
Als leverancier van apparatuur zien wij het zo: lamineren is vaak het punt waar kleine procesafwijkingen zichtbaar worden als kwaliteitsproblemen, dus fabrieken moeten het laminatorrecept behandelen als een gecontroleerde productieparameter, niet alleen als een machine-instelling. Voor hoogrendementsmodules zoals MBB, TOPCon, IBC of shingled producten zijn gelijkmatige druk, stabiele vacuümprestaties en correcte verwarmingszones bijzonder belangrijk, omdat de celstructuur en het interconnectieontwerp gevoeliger kunnen zijn voor spanning. Ooitech is van mening dat een goede modulelijn niet alleen gaat over het kopen van apparatuur, maar ook over het afstemmen van procestraining, materiaalgedrag en dagelijks onderhoud tot één stabiel productiesysteem.
