Neue Trends bei

Rückseitenlaminaten (RSL’en)

Jürgen Jung, Agfa-Gevaert N.V. (Belgium)

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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

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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

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200

203 22

6 251 27

0

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4 318 35

2

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6 283

344 38

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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

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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

http://www.itrpv.net

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