Date post: | 15-Aug-2019 |
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Neue Trends bei
Rückseitenlaminaten (RSL’en)
Jürgen Jung, Agfa-Gevaert N.V. (Belgium)
Agfa
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2 Jürgen Jung – 12.11.2015
Übersicht
� Markt-Situation
� Trends bei Modulen und Auswirkung auf RSL’e
� Neue IEC 61730-1 ed 2: Auslegung d. Isolation auf Modul-Niveau
� Siehe Vortrag Jörg Althaus (Freitag, 14.40 h)
� Funktionselemente und Technologie von RSL‘en
� Neue IEC 62788-2: Charakterisierung von RSL‘en
� Zusammenfassung
Agfa
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3 Jürgen Jung – 12.11.2015
VISION
Agfa. Power by Technology
ARZONA
Core PET for Backsheets
In order to optimally capture the sun’s energy
and transform it safely, efficiently and
sustainably into electrical power, solar PV
modules require product components that
enjoy some of the world’s most advanced
technology. Committed to contribute to a
greener globe, Agfa builds on its 100+ years
of expertise in chemistry and know-how in
polyester manufacturing to meet the needs of
the PV industry by offering state-of-art
backsheet products.
ARZONA KPC260
Solar Module Backsheet
PVDF
Adhesive
PET core
UV Primer
ARZONA BS+
Solar Module Backsheet
Fluorine Coating
PET core
UV Primer
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4 Jürgen Jung – 12.11.2015
Markt-Situation
� Der Markt für Rückseitenlaminate folgt dem wachsenden Bedarf für Photovoltaik
� Erwartete Markt Entwicklung in Mio m2 (ohne Dünnschicht-Technologie)
� Daten korrigiert hinsichtlich kontinuierlicher Effizienz-Verbesserung
� Ø jährlicher Zuwachs von 10 – 14% nach “Delle” in den Jahren 2010/2011
� Bleibender Kostendruck auf Herstellungskosten von PV Modulen (letzte 12m: 10%)
� Effizienz Zunahme & Kostenreduktion verwendeter Materialien
� Das Rückseitenlaminat entspricht ca. 4-5% der Kosten eines PV Moduls
137
139
200
203 22
6 251 27
0
275 29
4 318 35
2
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200 23
6 283
344 38
0
390 41
6 453
507
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
low scenario (10% CAGR)
high scenario (14% CAGR)
Mio
m2
Spot
Pri
cin
g (U
S$
/W
p)
http://www.itrpv.netApricum
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5 Jürgen Jung – 12.11.2015
Trends – 1: Verkapselung
� Zunehmender Marktanteil für Polyolefine und Silicone erwartet, aber EVA bleibt in den kommenden 10 Jahren die dominierende Technologie für Verkapselung.
� Rückseitenlaminate werden diesem Trend folgen hinsichtlich anderer Anforderungen an „Verkapselungs-Chemie“, Adhesion und ggfls. UV Schutz (von der Glas-Seite).
http://www.itrpv.net
EVA
PO
Silicone
PVB
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6 Jürgen Jung – 12.11.2015
Trends – 2: Materialkosten
2. Design: “funktional”, aber nicht (mehr) überdimensioniert � kein Allzweck RSL, sondern spezifisch für Anwendung, d.h. abhängig von
System Spannung, Klima, Montage (Ständer/Dach), Kundenwunsch, …
3. Produktion: Richtung 1-stufiger Herstellungsverfahren� Mehr Marktanteil Co-Extrusion & Inline-Beschichtung vs. laminierten RSL’en
Verkapselung
RSL1. Materialien:� Traditionelle Fluoropolymer Filme verlieren Marktanteil� Trend zu Alternativen Materialien für Schutzschichten auf PET Kern � Anteil von reinen PET Typen (z.B. PPE) bleibt konstant� Glas und “APA” Design gewinnen Marktanteil
http://www.itrpv.net
PET
(PPE)
Glass
TPA
APATPT
Marktanteile von RSL’en sind regional
verschieden (EU, Asien, Amerika)
PET Kern
Innenschicht
Aussenschicht
Glas-Seite
Luft-Seite
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7 Jürgen Jung – 12.11.2015
Trends – 3: System-Kosten (BoS)
� Kostenvorteil auf Systemniveau durch höhere Spannung (1000 V � 1500 V)
� Dicke des RSL ist Funktion der System Spannung
� Minimale Dicke der qualifizierten Isolationsschicht (siehe: IEC 61730-1 ed 2 Tabelle 3: “Abstand durch feste Isolierung”)
� 1000V � > 150 µm und 1500V � > 300 µm
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Inverter
Baugrund
Module
Montage
Verkabelung
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8 Jürgen Jung – 12.11.2015
Auslegung der Isolierung auf Modul-Niveau IEC 61730-1 ed 2 (FDIS � IS ca. 06/16) � Jörg Althaus Fr 14.40h
� Anforderung an Material-Eigenschaften der RSL’e � Haltbarkeit unter Umwelteinflüssen
� Elektrische Durchschlagsfestigkeit (DC) = 2kV + 4x System-Voltage
� Abstand durch feste Isolierung (“DTI”) = f(System-Voltage)
� Kriechwegbildung (“CTI” + Verschmutzungsgrad) = f(System-Voltage)
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9 Jürgen Jung – 12.11.2015
Funktionselemente & Technologie polymerer RSL’e
� Funktionselemente
1. Kern-Material (95% PET)� Elektrische Isolation
� Mechanische Stärke
� Barriere- oder Membran-
funktion (H2O, O
2, CH
3COOH)
2. Aussenschicht (Luft-Seite)
� Abrasions-beständiger UV
Schutz (mit TiO2)
3. Innenschicht (Glas-Seite)
� Haftung z. Verkapselung
� UV Schutz (TiO2, HALS)
ergänzend zu Glas &
Verkapselung
4. Zwischenschichten (ggfls.)� Adhesionsschichten bei Laminat
� Metal-Schichten als H2O & O
2
Barriere
Verkapselung
RSL
PET Kern
Innenschicht
Aussenschicht
Glas-Seite
Luft-Seite
� Technologien (Aussen & Innen)
1. Fluoro-Polymer Film� Laminat
2. Polyamid-Film� Laminat oder Co-Extrusion
3. Inline-Beschichtung � Fluoro-basierte o. Halogen-
freie Schicht (Akryl, PU)
� Angepasste Formulierungen
für Adhesion & UV Schutz
4. PET (UV & Hydrolyse stabil.) � Co-Extrusion o. Mono-Schicht
� Technologien (Innen)
5. verkapselnde Haftschicht� E-layer
6. Oberflächenaktivierung� Corona
Glas
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10 Jürgen Jung – 12.11.2015
RSL Characterisierung auf Komponenten-NiveauIEC 62788-2 (CD XI/2015 � TS ca. 07/2016)
� Rahmen:
� Test Methoden für RSL-Charakterisierung & Datenblätter
� Keine Specs in 62788-2, sondern Prüfkriterien in 61730-1 ed 2.
� Test Methoden für RSL als Komponente
� Sicherheits-relevante Material Eigenschaften (vor/nach Alterung)
� Leistungs-relevante Material Eigenschaften (vor/nach Alterung)
� Eigenschaften, die während Modul Produktion relevant sein können
� Alterungsprüfungen und Überprüfung des Erhalts der mechan. & elektrischen Eigenschaften
� Test Methoden für RSL in Kombination mit “anderen Materialien”
� Adhesion mit Verkapselungs-Materialien
� Adhesion mit J-box Klebern
� Spezifische Material Kombination, nicht generisch.
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11 Jürgen Jung – 12.11.2015
RSL Charakterisierung auf Komponenten-NiveauIEC 62788-2 (CD XI/2015 � TS ca. 07/2016)
� Zweck:
� Konsolidierung der Material Test Methoden für RSL’e
� Test Methoden “ins rechte Licht rücken” (Kontext, Limitierungen)
� Verpflichtende Prüfergebnisse im Datenblatt
� Optionale Charakterisierung für FuE oder bilaterale Kommunication
� Test methoden können abhängig von Technologie des RSL sein (z.B. laminiert vs. beschichtet).
� Bedeutung / Wirkung:
1. Verbindliche Nutzung gleicher Material-Prüfungen
2. Spätere Weiterentwicklung zu einer Pre-Qualifizierung im Rahmen von
IEC 61370/61215 denkbar (analog RTE/RTI)
� Combine Tests on “component level” and “module level” to overcome limitations due to size of specimen, e.g.
a) UV Xe weathering test � coupon level
b) Cyclic stress fatigue test T/rH � module level
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12 Jürgen Jung – 12.11.2015
RSL Charakterisierung auf Komponenten-Niveau1. Sicherheits Anforderungen (entsprechend 61730-1 ed 2)
1. Elektrische Isolation
� Prüfung Durchschlagspannung (DC) ersetzt Teilentladung (AC)
� Abstand durch feste Isolierung (Dicke der isolierenden Schicht im RSL)
2. Mechanische Eigenschaften
� Zugfestigkeit und Bruchdehnung (MD & TD)
� Adhesionsstärke RSL � Verkapselung (180° Schältest)� Adhesionsstärke der Komponenten eines verleimten RSL (180° Schältest)
bzw. Gitterschnittprüfung für beschichtete RSL
� Schältests haben relativen Charakter
3. Alterungstest � Erhalt der elektrischen & mechanischen Eigenschaften
� Thermisch – RTE/RTI test (Arrhenius)
� Feuchte /Temperatur (85°/85%) – 1000h
� UV (Xenon) – 2000h @ 81 Wm-2(300-400 nm) / 70°C CAT / 20% rF / 95°C BPT*
� Prüfung der Folien von beiden Seiten.
� Entsprechend Einsatz, kann innen-liegende Seite des RSL mit einem UV Filter (Glas + 2x Verkapselung) geprüft werden.
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13 Jürgen Jung – 12.11.2015
Abstand durch feste Isolierung (Distance through Insulation / DTI)
� Prüfung, dass RSL nach Laminierung noch über hinreichende Minimal-Dicke verfügt (Tabellen 3 & 4 in 61730-1 ed 2).
� Methode auf Komponenten Niveau in Analogie zu MST 04 in 61730-1 ed 2.
� Laminierung eines 800 µm Ø Lötdrahtes in einem Aufbau G/tf/LD/V/RSL
� Standard Bedingungen für Laminierung (z.B. fast-cure EVA, 145°, 15 min)
� Dickenmessung im lichtmikroskopischen Schnittbild (Mikrotom)
161-170 µµµµm
150-153 µµµµm
PET mono
TPT
TPE vor
TPE nach
Verkapselung 450 µm)
Lötdraht
(800 µm)
Trennfolie 50 µm
Glas
RSL
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14 Jürgen Jung – 12.11.2015
RSL Charakterisierung auf Komponenten-Niveau2. Sonstige Eigenschaften (relevant für PV Modul Design und Produktion)
1. Solares Reflektionsvermögen
� Maximum der Wichtung bei 700 nm (Photon) statt 560 nm (visuell)
2. Wasserdampf-Durchlässigkeit
� Verschiedene Hypothesen: “Membrane” oder “Barriere”
3. Sauerstoff-Durchlässigkeit*
4. Abrieb-Widerstand (Sandfall-Test)*
5. Wärmeleitung
6. Widerstand gegenüber empfohlenem Reiningsmittel (z.B. IPA)
7. Widerstand gegen chemische Substanzen*
8. Adhesion der J-Box Verklebung
9. Visuelle Anmutung: Farbe, Glanz, Vergilbung
10. Handling: Rollneigung, Gewicht
11. Transport und Lagerstabilität
)* noch nicht enthalten
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15 Jürgen Jung – 12.11.2015
Zusammenfassung
� Anforderungen der RSL’e sind abhängig von
� Elektrischer und mechanischer Schutz / Witterungsbeständig
� Kostenvorteile durch System-Spannung 1000V � 1500 V
� Klima / Standort und Installations-Type (Dack, Gestell)
� Module Design
� UV Transmission Glas/Verkapselung, Barrierefunktion, Verkapselungs-Type, …
� Kostendruck führt zu “funktionalen” RSL Designs
� “traditionelle” Designs waren teilweise überdimensioniert
� Statt “Allzweck-RSL” mehr spezifische und innovative RSL Designs
� Trend zu 1-Schritt-Prozessen (Co-Extrusion und Inline Coating)
� Neuer Charakterisierungs-Standard für RSL’e (IEC TS 62788-2) in 7/2016.
� Nur Test Methoden und “Perspektive”, Anforderungen in 61730-1
� Neues Protokoll für UV Bewitterungsprüfung
� Neuer DTI test (Isolationsdicke nach Laminierung)
� Vorbereitung für Präqualifikation von RSL auf Komponenten Niveau