Weathering stability of polymeric materials developed for PV modules operating in harsh climatic conditions

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die Zuverlässigkeit von PV-Modulen ist jedoch ein wesentlicher Qualitätsfaktor und stellt die Hersteller somit vor eine große Herausforderung. Um eine ausreichende Zuverlässigkeit und ein nachhaltiges Produkt mit möglichst niedrigen Kosten zu erreichen, können mehrere Ansätze verfolgt werden: 1) Änderung der Materialien der Modulkomponenten, 2) Änderungen im Design und Herstellungsprozess des Moduls und 3) Optimierung beziehungsweise Weiterentwicklung der derzeitigen Qualitäts- und Zuverlässigkeitstests. Das Hauptziel dieser Arbeit ist daher zu verstehen, inwiefern sich der Ersatz von gegenwärtig verwendeten Materialien durch alternative Materialien, Änderungen im Moduldesign und klimaspezifisch beschleunigte Alterungstests auf die Beständigkeit von PV-Modulen auswirken. Nach einer Einführung und einer Übersicht über den Zusammenhang zwischen vorherrschenden Klimabedingungen und der daraus folgenden Alterung von Kunststoffkomponenten im PV-Modul im Kapitel 1, beschäftigt sich Kapitel 2 mit den Ergebnissen einer Machbarkeitsstudie zum Einsatz von Rückseitenfolien aus co-extrudiertem Polyolefin anstatt der Verwendung der herkömmlichen Rückseitenfolien aus einer Kombination von Polyethylenterephtalat (PET) und Fluorpolymeren. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen eine hervorragende Stabilität der neuen Polyolefin-Rückseitenfolien. Diese Eigenschaften können zu einer Verringerung der Versprödung und Rissbildung von Rückseitenfolien führen. Ein großer Nachteil von Ethylen-Vinylacetat (EVA)ist die peroxidische Vernetzung im Herstellungsprozess und die Bildung von Essigsäure beim Abbau des Materials, was zu diversen Versagensmechanismen im Modul führen kann. Kapitel 3 beschäftigt sich daher mit der Bewitterungsstabilität von alternativen Einbettungsmaterialien aus Polyolefinen (Thermoplastisches Polyolefin (TPO) und Polyolefin-Elastomer (POE)) auf Modulebene. Mittels FTIR-Spektroskopie im ATR-Modus konnte ein starker Einfluss des Rückseitenmaterials und des Mikroklimas im Modul auf die Alterung der vorderen Einbettungsfolie nachgewiesen werden. TPO zeigte eine sehr gute Stabilität sowohl im Modul mit PET-Rückseite, als auch im Modul mit Glasrückseite. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bestätigen, dass das PV-Design (Rückseitenmaterial) eine wichtige Rolle bei der Beständigkeit der vorderen Einbettungsfolie spielt. In Kapitel 4 wird der Unterschied der thermomechanischen Stabilität von herkömmlichen und alternativen Einbettungsfolien beschrieben. Um den Einfluss von Alterungsmechanismen auf das thermomechanische Verhalten von Einbettungsfolien zu untersuchen, wurden mittels Thermomechanischer Analyse (TMA) Messungen an laminierten Einbettungsfolien vor und nach 1000 Stunden Damp-Heat-Bewitterung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten einen starken Einfluss der Morphologie (z.B. Kristallinität) auf das thermomechanische Verhalten. Das Material mit der geringsten Kristallinität (EVA) hat die höchste thermische Ausdehnung gezeigt, welche im Herstellungsprozess und während der Betriebszeit eines PV-Moduls zur Bildung von Eigenspannungen im Modul führen kann. Gemäß der letztgültigen Norm IEC 61215, liefert die Damp-Heat-Bewitterung von Modulen die meisten Informationen über die Alterung von Einbettungsmaterialien. Allerdings ist dieser Test nicht für eine Vorhersage der Langzeitperformance geeignet. In Kapitel 5 werden daher Einflüsse klimaspezifischer beschleunigter Bewitterungstests auf die Alterung von EVA-Einbettungsfolien auf Modulebene untersucht. Mit der Raman-Konfokal-Spektroskopie konnte eine geeignete Methode für eine schnelle, zerstörungsfreie, qualitative und quantitative Beurteilung der Alterung von EVA in den PV-Modulen gefunden werden. Im Vergleich zu standardisierten Untersuchungen zeigten Messungen mittels Raman-Konfokal-Spektroskopie signifikante Unterschiede in der Degradation von EVA, das im Modul verschiedenen Bewitterungsbedienungen ausges

Details

Titel in ÜbersetzungWitterungsbeständigkeit von Kunststoffkomponenten für PV Module die unter rauen Klimabedienungen dienen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Erceg, Matko, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Pinter, Gerald, Beurteiler A (intern)
StatusVeröffentlicht - 2019