Artikel aktualisiert am 30.04.2023
von Boris Stippe | ca: 8 Min. zu lesen

Zellverkapselung

Wie funktioniert die Solarzellen-Schutzschicht?

Unter Zellverkapselung versteht man die Beschichtung von Solarzellen mit einem Schutzmaterial, um sie vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen zu schützen. Dieses Schutzmaterial kann aus einer Vielzahl von Polymeren bestehen, die durch Laminieren, Beschichten oder Aufsprühen auf die Zellen aufgebracht werden.

Zellverkapselung schützt vor Eindringen von Feuchtigkeit
Zellverkapselung schützt vor Eindringen von Feuchtigkeit (Bildquelle: Subhakitnibhat – stock.adobe.com)

Die Zellverkapselung ist ein wichtiger Bestandteil der Solarzellentechnologie, bei der die Solarzellen mit einer Schutzschicht umgeben werden, um sie vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die Beschichtung wird durch verschiedene Techniken wie Laminieren, Beschichten oder Aufsprühen aufgebracht und besteht in der Regel aus polymeren Materialien wie Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyolefinen. Diese Schutzschicht dient dazu, die empfindlichen elektronischen Komponenten der Solarzellen vor Feuchtigkeit, Schmutz, Temperaturschwankungen und mechanischen Belastungen zu schützen, die die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Solarzellen beeinträchtigen können.

Die Zellverkapselung ist ein integraler Bestandteil bei der Herstellung von Solarmodulen, da sie die Lebensdauer und Haltbarkeit der Solarzellen verlängert und damit die Leistung und Effizienz des gesamten Solarmoduls verbessert. Die Schutzschicht ist so konzipiert, dass sie den Lichteinfall in die Solarzellen nicht behindert und gleichzeitig die Wärmeableitung fördert, um die Hitzeentwicklung im Modul zu reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht die Zellverkapselung die Integration mehrerer Solarzellen in einem Modul und trägt somit zur Kosteneffizienz bei der Herstellung von Solarzellen bei.

Warum ist die Verkapselung von Zellen für die Solarstromerzeugung wichtig?

Die Verkapselung von Solarzellen ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Solarmodulen und trägt wesentlich zur Erzeugung von Solarstrom bei. Die Verkapselung schützt die empfindlichen elektronischen Komponenten der Solarzellen vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub, mechanischen Belastungen und UV-Strahlung. Ohne diese Schutzschicht könnten die Solarzellen schnell beschädigt werden, was ihre Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen würde.

Die Verkapselung der Solarzellen spielt auch eine wichtige Rolle bei der Wärmeableitung. Wenn Solarzellen Strom erzeugen, erwärmen sie sich, was ihren Wirkungsgrad beeinträchtigen kann. Die Schutzschicht der Verkapselung hilft, die Wärme abzuleiten und die Betriebstemperatur der Solarzellen auf einem optimalen Niveau zu halten. Eine hohe Betriebstemperatur der Solarzellen führt zu einer stärkeren Degradation der Solarzellen und damit zu einer geringeren Effizienz und Leistung.

Auch die Integration mehrerer Zellen in einem Solarmodul wird durch die Verkapselung von Solarzellen ermöglicht. Dies ist eine wichtige Funktion, um die Produktionskosten von Solarmodulen zu senken und den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen. Durch die Verkapselung von Solarzellen können diese auch in unterschiedlichen Formen und Größen hergestellt werden, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.

Welche Materialien werden für die Verkapselung der Zellen verwendet?

Für die Einkapselung von Solarzellen werden verschiedene Materialien verwendet, je nach den Anforderungen an die Schutzschicht und den spezifischen Anwendungen der Solarmodule. Die gebräuchlichsten Materialien sind Polymere wie Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) und Polyolefine.

EVA ist das am häufigsten verwendete Polymer für die Verkapselung von Solarzellen. EVA ist eine lichtdurchlässige und flexible Schutzschicht, die eine hervorragende Haftung auf den Solarzellen aufweist. EVA bietet eine hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen. Außerdem ist EVA eine sehr kostengünstige Option für die Verkapselung von Solarzellen.

PVB ist ein weiteres Polymer, das zur Verkapselung von Solarzellen verwendet wird. PVB bietet eine hohe Transparenz und Lichtdurchlässigkeit, was zu einer verbesserten Leistung der Solarzellen führt. PVB ist auch sehr beständig gegen Feuchtigkeit, UV-Strahlung und Temperaturschwankungen. Außerdem ist PVB ein sehr festes Material, das den Solarzellen zusätzlichen Schutz gegen mechanische Beanspruchung bietet.

Polyolefine sind eine Gruppe von Polymeren, die ebenfalls für die Verkapselung von Solarzellen verwendet werden können. Polyolefine bieten eine hohe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und UV-Strahlung sowie eine hohe Wärmebeständigkeit. Außerdem sind Polyolefine sehr umweltfreundlich, da sie recycelbar sind und keine giftigen Chemikalien enthalten.

In einigen Fällen werden auch Materialien auf Siliziumbasis wie Glas oder Beschichtungen aus Nanopartikeln als Schutzschicht für Solarzellen verwendet. Glas ist eine sehr langlebige und robuste Schutzschicht, die eine hohe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, UV-Strahlung und mechanische Belastungen aufweist. Eine relativ neue Technologie sind Beschichtungen mit Nanopartikeln, die eine sehr dünne Schutzschicht auf den Solarzellen bilden und so die Leistung der Solarzellen verbessern können.

Wie erfolgt die Zellverkapselung?

Die Verkapselung erfolgt durch das Aufbringen einer Schutzschicht auf die Solarzellen. Die Schutzschicht besteht in der Regel aus polymeren Materialien wie Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyolefinen und wird auf unterschiedliche Weise auf die Solarzellen aufgebracht.

Eine gängige Methode zur Verkapselung von Solarzellen ist das Laminieren. Bei diesem Verfahren wird die Schutzschicht zwischen die Solarzellen und eine transparente Oberflächenschicht, die aus Glas oder Kunststoff bestehen kann, eingebracht. Die Schutzschicht wird durch Hitze und Druck aktiviert und bildet eine feste Verbindung zwischen den Solarzellen und der Oberflächenschicht. So entsteht eine dauerhafte und wasserdichte Schutzschicht, die die Solarzellen vor Feuchtigkeit und mechanischer Beanspruchung schützt.

Eine weitere Methode zur Verkapselung von Solarzellen ist die Beschichtung. Dabei wird die Schutzschicht direkt auf die Oberfläche der Solarzellen aufgebracht. Die Schutzschicht wird in der Regel durch Sprühen oder Walzen aufgebracht und anschließend durch Erhitzen oder Trocknen aktiviert. Die Beschichtung ist ein kostengünstiges und flexibles Verfahren, da eine große Bandbreite an Polymermaterialien und Schichtdicken verwendet werden kann. Im Vergleich zum Laminieren ist die Beschichtung jedoch weniger beständig gegen mechanische Beanspruchung und UV-Strahlung.

Eine dritte Methode zur Verkapselung von Solarzellen ist das Sputtern. Dabei wird die Schutzschicht auf die Solarzellen aufgesprüht. Die Schutzschicht wird durch Trocknen oder Aushärten aktiviert und bildet eine feste Verbindung zwischen den Solarzellen und der Schutzschicht. Das Sputtern ist ein sehr flexibles Verfahren, da es eine große Bandbreite an Polymermaterialien und Schichtdicken zulässt. Allerdings ist die Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung und UV-Strahlung geringer als beim Laminieren.

Kann die Zellverkapselung repariert werden?

Eine Beschädigung der Verkapselung kann zu Leistungsverlusten führen und die Lebensdauer der Solarzellen verkürzen. In einigen Fällen kann eine beschädigte Zellverkapselung repariert werden, in anderen Fällen muss das gesamte Modul ausgetauscht werden.

Ist die Beschädigung der Verkapselung gering, kann eine Reparatur durchgeführt werden, um die Schutzschicht wiederherzustellen und die Lebensdauer der Solarzellen zu verlängern. Eine Reparatur kann in der Regel durch Entfernen des beschädigten Bereichs und Aufbringen einer neuen Schutzschicht auf die betroffenen Bereiche erfolgen. Die Reparatur sollte jedoch von einem Fachmann durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Verkapselung ordnungsgemäß wiederhergestellt wird und die Leistung und Lebensdauer der Solarzellen nicht beeinträchtigt wird.

In einigen Fällen kann eine beschädigte Verkapselung nicht repariert werden und ein Austausch des gesamten Moduls ist erforderlich. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verkapselung stark beschädigt ist oder die Solarzellen selbst beschädigt sind. Ein Austausch des Moduls kann erforderlich sein, um die Leistung und den Wirkungsgrad der Solarzellen zu erhalten und sicherzustellen, dass das Solarmodul seine maximale Lebensdauer erreicht.

Es ist wichtig zu beachten, dass eine beschädigte Verkapselung nicht immer offensichtlich ist. Ein beschädigtes Modul kann auf den ersten Blick normal aussehen, aber eine sorgfältige Inspektion kann Schäden an der Verkapselung und an den Solarzellen erkennen lassen. Es ist daher ratsam, beschädigte Solarmodule von einem Fachmann untersuchen zu lassen, um die Ursache des Schadens zu ermitteln und die beste Vorgehensweise für die Reparatur oder den Austausch festzulegen.

Beeinträchtigt die Verkapselung die Leistung der Solarzellen?

Die Frage, ob die Verkapselung die Leistung der Solarzellen beeinträchtigt, ist komplex und hängt von verschiedenen Faktoren ab.

In einigen Fällen kann die Verkapselung die Leistung der Solarzellen beeinträchtigen, insbesondere wenn die Schutzschicht zu dick oder undurchsichtig ist. Eine zu dicke Schutzschicht kann die Lichtdurchlässigkeit und damit die Leistung der Solarzellen verringern. Eine undurchsichtige Schutzschicht kann auch die Betriebstemperatur der Solarzellen erhöhen, was ebenfalls die Leistung beeinträchtigen kann.

Um diese Probleme zu vermeiden, wird die Schutzschicht der Verkapselung in der Regel so dünn wie möglich gehalten und auf Transparenz und Lichtdurchlässigkeit optimiert. Die meisten verwendeten Materialien sind speziell darauf ausgelegt, die Leistung der Solarzellen nicht zu beeinträchtigen. Die Schutzschicht muss eine ausreichende Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und UV-Strahlung aufweisen, ohne die Lichtdurchlässigkeit zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus kann eine gut ausgeführte Verkapselung die Leistung der Solarzellen sogar verbessern. Die Verkapselung schützt die Solarzellen vor äußeren Einflüssen, die ihre Effizienz und Lebensdauer beeinträchtigen können. Eine Verkapselung kann auch dazu beitragen, die Wärmeableitung von Solarzellen zu verbessern, was zu einer höheren Effizienz und Leistung führen kann. Die Verkapselung ermöglicht auch die Integration mehrerer Solarzellen in einem Solarmodul, was zu einer höheren Leistung führen kann.

Fazit

Ein wichtiger Bestandteil der Solarzellentechnologie ist die Zellverkapselung, bei der die empfindlichen elektronischen Komponenten der Solarzellen durch eine Schutzschicht aus Polymeren vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Schmutz und mechanischer Belastung geschützt werden. Die Beschichtung kann durch Laminieren, Lackieren oder Sputtern auf die Solarzellen aufgebracht werden. Die Verkapselung erhöht die Lebensdauer und Haltbarkeit der Solarzellen und verbessert damit die Leistung und Effizienz des gesamten Solarmoduls. Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) und Polyolefine sind die am häufigsten verwendeten Polymere für die Verkapselung von Solarzellen. Eine beschädigte Zellverkapselung kann in einigen Fällen repariert werden, in anderen Fällen muss das gesamte Modul ausgetauscht werden.

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