Productieproces zonnepanelen: laminatie
Productieproces zonnepanelen: laminatie
Vandaag kijken we naar een van de belangrijkste processen in de productie van zonnemodules: laminatie.
In een productielijn voor fotovoltaïsche modules is laminatie niet alleen een verwarmingsstap. Het is een van de belangrijkste processen die de uiteindelijke prestaties, betrouwbaarheid, uiterlijk en levensduur van het afgewerkte zonnepaneel bepaalt. Door middel van gecontroleerde temperatuur, vacuüm en druk worden de zonnecellen, het glas, de EVA- of POE-inkapseling, de backsheet en andere materialen samengevoegd tot een solide geïntegreerde module.
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 het deksel
Nadat de module de laminator is binnengekomen, beweegt het bovenste deksel naar beneden onder de kracht van hydraulische cilinders. Wanneer het de juiste positie heeft bereikt, komt de afdichtring op het 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 het helpt om de basisstructuur duidelijk uit te leggen.
Stap 2: Vacuüm trekken van de onderste kamer
De vacuümpomp begint de kamer te evacueren. 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, 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 het ingesloten gas niet wordt 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 moduleoppervlak 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 houdperiode 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 plaattemperatuur 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 | Lamineerframehoogte kan ongeschikt zijn, of de framemaat past niet goed bij de module. |
| Hechtsterkte of crosslinkingsgraad niet gekwalificeerd | Temperatuur te laag, druk te klein, houdtijd te kort of kwaliteitsprobleem met encapsulant. |
| Celbreuken na laminatie | Laminatiedruk te hoog, vreemde voorwerpen op hoge-temperatuurdoek of oneffen doekoppervlak. |
| Bellen rond het ribbon-gebied | 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: laminatie is vaak waar kleine procesafwijkingen zichtbare kwaliteitsproblemen worden, 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 uniforme druk, stabiele vacuümprestaties en correcte verwarmingszones bijzonder belangrijk omdat de celstructuur en interconnectieontwerp gevoeliger kunnen zijn voor spanning. Ooitech gelooft dat een goede modulelijn niet alleen gaat om het kopen van apparatuur, maar ook om het combineren van procestraining, materiaalgedrag en dagelijks onderhoud in één stabiel productiesysteem.
