Influence of polymeric encapsulation materials on quality and reliability of PV modules

Titel in Übersetzung: Einfluss polymerer Einkapselungsmaterialien auf die Qualität und Zuverlässigkeit von PV Modulen

Marlene Knausz

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die präsentierte Arbeit zielte auf Verbesserungen in der Zuverlässigkeit von PV Systemen ab. Der Fokus wurde auf die Charakterisierung polymerer Materialien für Photovoltaikmodulanwendungen gerichtet. Dabei wurden das Kurz- und Langzeitverhalten sowie die Permeationseigenschaften polymerer Materialien von PV Modulen untersucht. Um Aufschluss über das Kurzzeitverhalten von polymeren Materialien zu bekommen wurden systematische Untersuchungen des thermischen Ausdehnungsverhaltens verschiedener Einkapselungsmaterialien durchgeführt. In dieser Arbeit wurde das erste Mal ein Überblick über das thermische Ausdehnungsverhalten von neun verschiedenen Einkapselungsmaterialien gegeben. Der Einfluss des thermischen Ausdehnungsverhaltens wurde als hoch relevant für den PV Modullaminationsprozess und damit dem Endprodukt identifiziert. Ebenso erwies sich die TMA als geeignete Methode für die Prüfung der Anwendbarkeit als auch Qualitätskontrolle von Einkapselungsmaterialien. Zusätzlich wurden der Einfluss des Laminationsprozesses und beschleunigter Alterungsverfahren auf eine Polyamid-basierte Rückseitenfolie untersucht. Eine physikalische Änderung im Polyamid, die einer Rekristallisation zugeordnet werden kann, wurde detektiert und als temperatur- und zeitabhängig nachgewiesen. Die Bruchdehnungswerte der Folie zeigten sich signifikant davon abhängig und waren in Querrichtung der Rückseitenfolie ausgeprägter. Der Rekristallisationsprozess mit seinem negativen Einfluss auf das mechanische Verhalten kann in Bezug auf thermische Belastungen des Laminationsprozesses oder Anwendungen in heißen Klimazonen in Hinblick auf die Zuverlässigkeit von PV Modulen vernachlässigt werden. Da eine immer wiederkehrende Frage in der Zuverlässigkeitsprüfung von PV Modulkomponenten sich über Materialunverträglichkeiten und synergistischen Effekten ergibt, wurden verschiedene beschleunigte Alterungsverfahren an einzelne und im Modul verbaute Folien getestet. Als beschleunigte Alterungsverfahren wurde einerseits die „damp heat” (DH: 85°C/ 85 % RH) Alterung in Anlehnung an die Norm IEC 61215, aber mit erweiterter Auslagerungszeit bis auf 2000 h, gewählt. Andererseits wurde die simultane Bewitterung mit erhöhter Temperatur (50°C), Feuchtigkeit (80 %) und Bestrahlung (300-2800 nm Metallhalogenidlampe, 1000 W/m²) (Climate) für 1000 h gewählt. Die Ergebnisse zeigten Nachkristallisation (physikalische Alterung) und Hydrolyse (chemische Alterung) unter DH und Climate Bedingungen. Aus den Ergebnissen kann rückgeschlossen werden, dass für die Zuverlässigkeitsprüfung unter DH Bedingungen die Auslagerungen an den Einzelmaterialien Ergebnisse liefern, die direkt mit denen im PV Module verbauten Materialien zusammenhängen. Für die Zuverlässigkeitsprüfung von Rückseitenfolien unter zusätzlicher Bestrahlung ist die Interpretation schwieriger als für die DH Alterung, da die Strahlungserwärmung ein anderes Mikroklima an den Modulen und damit höhere Temperatur im Vergleich zu den Einzelfolien induzierte. In dieser Arbeit wurde die Wasserdampf- (WVTR) und Sauerstofftransmissionsraten (OTR) von sechs verschiedenen Rückseitenfolien im ungealterten und gealterten Zustand untersucht. Ebenso wurden Ergebnisse verschiedener Messmethoden zur Erfassung der WVTR und OTR gegenübergestellt, die Schwierigkeiten bei den Vergleichbarkeiten aufzeigten. Die Ergebnisse gaben einen Überblick über das generelle Permeationsverhalten der untersuchten Folien. Veränderungen im Zuge der Alterung sind nicht vernachlässigbar und zeigten Zunahmen der OTR. Es wurde besonderer Wert auf die Temperaturabhängigkeit der WVTR und OTR Werte von vier verschiedenen Rückseitenfolien gelegt. Die Temperaturabhängigkeit beeinflusste maßgeblich die resultierenden Transmissionsraten, die dem Arrheniusansatz folgten. Die Ergebnisse zeigten generell niedrigere Aktivierungsenergien für die Indizierung von OTR.
Titel in ÜbersetzungEinfluss polymerer Einkapselungsmaterialien auf die Qualität und Zuverlässigkeit von PV Modulen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Leising, Günther, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Oreski, Gernot, Mitbetreuer (intern)
  • Pinter, Gerald, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Zuverlässigkeit
  • PV Module
  • Lebensdauer
  • polymere Einkapselung
  • Alterung polymerer Materialien
  • beschleunigte Alterung

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