Abstract
Die Witterungsstabilität von Polymeren in der Außenanwendung stellt einen Schlüsselfaktor für die Zuverlässigkeit von polymeren Bauteilen dar. Alle Polymere altern, was dazu führt, dass sich die Eigenschaften negativ über den Anwendungszeitraum ändern können. Eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren mit der Voraussetzung von annähernd gleichbleibenden Eigenschaften, wie sie in der Photovoltaik (PV) gefordert wird, kann für Polymere eine Herausforderung darstellen. Synergismen oder Antagonismen zwischen äußeren Einflüssen, wie Strahlung, Temperatur, etc. können auftreten und rufen komplexe Alterungsmechanismen hervor. Es gibt daher keine universell gültigen Methoden das Alterungsverhalten und die zugehörigen Eigenschaftsänderungen vorauszusagen, um so auf Lebensdauern zurückschließen zu können. Bei Polymeren spielt beim Alterungsverhalten die Materialart, der Anwendungsort, etc. eine erhebliche Rolle und darf somit nicht als trivial angenommen werden. Deshalb sind anwendungsspezifische und individuelle Testverfahren unumgänglich. Das geht in vielen Fällen mit einer sehr langen Alterungsdauer einher, weshalb in der Industrie und der Forschung zu beschleunigten Bewitterungsverfahren zurückgegriffen wird. Essentiell dabei ist eine zulässige Korrelation von diesen unterschiedlichen Alterungsverfahren. Deswegen beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Einfluss von verschiedenen Alterungsmethoden und dem Einfluss des Mikroklimas auf die Eigenschaften von polymeren Materialien, die in Solaranwendungen verwendet werden. Alle untersuchten Folien zeigen Änderungen in physikalischen und chemischen Eigenschaften nach natürlicher und künstlicher Bewitterung in Abhängigkeit der Intensität der Einflussfaktoren und des Mikroklimas. Eine signifikante Abhängigkeit der Kristallisationstemperatur von der durch Gelpermeationschromatographie charakterisierten Molmasse ist feststellbar. Somit kann zum Nachweis von chemischer Degradation an Polyesterfolien, anstatt des aufwändigen nasschemischen Verfahrens, eine deutlich einfachere thermische Analyse verwendet werden. Infrarotspektroskopie im Messmodus der abgeschwächten Totalreflektion ist trotz kleiner Unterschiede in den Spektren kein geeignetes Verfahren um Alterung durch Hydrolyse an Polyestern zu charakterisieren. Ein Vergleich von natürlicher und standardisierter, künstlicher Bewitterung wird an polymeren Mehrschichtfolien (Backsheets) durchgeführt. Dabei können die Eigenschaftsveränderungen nach 30 monatiger natürlicher Bewitterung nicht mit bis zu 3000 Stunden künstlicher Alterung korreliert werden. Es ist bei der beschleunigten Simulation von natürlichen Alterungsvorgänge essentiell, die Alterungsmechanismen während der natürlichen Bewitterung möglichst genau zu kennen, um diese nachstellen zu können. Daher sind künstliche Auslagerungen streng nach Norm bzw. eine Anpassung der Normen zu überdenken. Die Korrelation der standardbeschleunigten mit der ultrabeschleunigten Alterung von Backsheets auf Polyesterbasis wird überprüft. Die gemessenen Veränderungen in thermischen und mechanischen Eigenschaften bei beiden Auslagerungsverfahren zeigen vergleichbare Werte. Allerdings muss davon ausgegangen werden, dass es Unterschiede im Alterungsmechanismus gibt. Für eine schnelle Qualitätsprüfung zur Ermöglichung einer raschen Materialentwicklung an Polyester-basierten Backsheets ist der Druckkochtest bei 120°C für 96 Stunden dennoch geeignet. Auswirkungen des Mikroklimas auf Polyolefin-basierte Einkapselungsmaterialien werden untersucht. Ein verschiedenartiger Probenaufbau (Folien- und laminierte Modulproben) verursacht während der künstlichen Auslagerung unterschiedliche Ausprägungen an Alterungsprozessen. Bereits im ungealterten Zustand sind Unterschiede nachweisbar. Demnach ist das Testen von Polyolefin-basierten Einkapselungsfolien als Einzelfolien für die Charakterisierung der Langzeitstabilität eines PV Moduls nicht aussagekräftig.
Titel in Übersetzung | Natürliche und künstliche Bewitterungstests an Polymerfolien für Solaranwendungen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2017 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Polymerfolie
- Natürliche Bewitterung
- Künstliche Bewitterung
- Photovoltaik Modul
- Backsheet
- Einkapselung
- Alterungsverhalten