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Materialprüfung

Bestrahlungsprüfungen für Materialien in der Photovoltaik

Die Zuverlässigkeit eines Photovoltaikmoduls hängt auch von den eingesetzten Materialien und ihrem Zusammenspiel ab. Einbettungsmaterialien, Rückseitenfolien, Beschichtungen, Klebstoffe und Dichtstoffe erfüllen unterschiedliche Aufgaben und müssen ihre relevanten Eigenschaften unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen erhalten.

Strahlung, Temperatur und Feuchtigkeit können Materialien und Grenzflächen verändern. Bestrahlungsprüfungen ermöglichen es, ausgewählte Einflüsse gezielt zu untersuchen. Dabei können sowohl einzelne Proben als auch repräsentative Schichtverbunde betrachtet werden. Untersuchungen an PV-Rückseitenfolien zeigen beispielsweise, weshalb Materialveränderungen und ihr Bezug zum Aufbau des Moduls gemeinsam bewertet werden sollten.

BF Engineering entwickelt die Bestrahlungstechnik für entsprechende Materialprüfungen. Die Auslegung richtet sich nach dem Prüfling, den relevanten Wellenlängenbereichen und den vorgesehenen Untersuchungs- und Auswerteverfahren.

Vom Einzelwerkstoff zum repräsentativen Schichtverbund

Materialprüfungen können bereits während der Auswahl geeigneter Werkstoffe ansetzen. Kleine Proben erleichtern es, unterschiedliche Formulierungen oder Beschichtungen unter gleichen Bedingungen zu vergleichen. Dabei lässt sich die Untersuchung auf ausgewählte Materialeigenschaften konzentrieren.

Für Fragen zum späteren Modulaufbau können zusätzliche Prüfungen an Schichtverbunden sinnvoll sein. Denn das Verhalten eines Einzelmaterials lässt sich nicht ohne Weiteres auf den eingebauten Zustand übertragen. Angrenzende Schichten, Verarbeitung und Einbaulage beeinflussen, welche Belastung eine Komponente tatsächlich erfährt.

Typische Prüflinge:

Einbettungsmaterialien und transparente Polymerproben
Rückseitenfolien und mehrschichtige Folienverbunde
Gläser mit unterschiedlichen Beschichtungen
Klebstoffe, Dichtstoffe und Randabdichtungen
Kleine Testlaminate und repräsentative Materialverbunde

Die Strahlung passend zur Materialfrage auswählen

Das Belastungsprofil wird aus dem Untersuchungsziel abgeleitet. Für eine Fragestellung kann eine gezielte UV-Exposition sinnvoll sein, während für eine andere eine breiterbandige Bestrahlung benötigt wird. Strahlungsspektrum, Intensität und Temperatur müssen deshalb gemeinsam festgelegt werden.

Auch die Kombination oder Reihenfolge verschiedener Belastungen kann relevant sein. Soll beispielsweise eine Bestrahlung mit weiteren Klima- oder mechanischen Prüfungen verknüpft werden, werden die Übergänge zwischen den Prüfschritten dokumentiert. Eine beschleunigte Laborprüfung lässt sich dabei nur mit einer geeigneten, validierten Grundlage in eine Aussage zur Einsatzdauer übertragen.

Wichtige Bestandteile des Belastungsprofils:

Relevante Wellenlängenbereiche und Strahlungsspektrum
Bestrahlungsstärke, Expositionsdauer und Strahlungsdosis
Temperaturbedingungen während der Exposition
Gegebenenfalls Kombination mit Feuchte oder weiteren Belastungen
Reihenfolge der Prüfschritte und Bedingungen zwischen den Expositionen

Proben vergleichbar positionieren und belasten

Ein geeigneter Prüfaufbau berücksichtigt Form, Größe und Empfindlichkeit der Proben. Die Halterung soll eine definierte Position ermöglichen und die zu untersuchende Fläche möglichst wenig beeinflussen. Abschattungen, zusätzliche Wärmeableitung und Spannungen durch die Befestigung werden bei der Planung betrachtet.

Bei Materialverbunden muss festgelegt werden, welche Seite bestrahlt wird und welche Schichten sich zwischen Strahlungsquelle und untersuchtem Material befinden. Referenz- und Vergleichsproben können helfen, Veränderungen während der Exposition von anderen Einflüssen zu unterscheiden.

Für den Prüfaufbau relevant:

Probenabmessungen und verfügbare Bestrahlungsfläche
Halterung und Orientierung zur Strahlungsquelle
Bestrahlungsseite und Aufbau vorgelagerter Schichten
Positionierung von Temperatur- und Strahlungssensoren
Kennzeichnung sowie Zuordnung von Referenz- und Vergleichsproben

Die Bewertung auf die Funktion des Materials ausrichten

Welche Veränderungen entscheidend sind, hängt von der Aufgabe des Materials im Modul ab. Bei einer transparenten Schicht können optische Eigenschaften im Mittelpunkt stehen, bei einem Klebstoff dagegen die Verbindung zwischen den beteiligten Oberflächen.

Vor Beginn der Exposition werden deshalb passende Analyseverfahren und Bewertungskriterien ausgewählt. Ergänzende Untersuchungen können beispielsweise optische Messungen, Mikroskopie oder mechanische Prüfungen umfassen. Solche Verfahren werden auch in der PV-Modul- und Komponentencharakterisierung eingesetzt.

Mögliche Bewertungsgrößen:

Farbänderung, Vergilbung und Oberflächenerscheinung
Transmission, Reflexion oder andere relevante optische Eigenschaften
Rissbildung und Veränderungen im Schichtverbund
Haftfestigkeit und mechanische Eigenschaften geeigneter Proben
Elektrische oder isolierende Eigenschaften entsprechend der Materialfunktion

Bestrahlung und Materialanalyse zu einem Prüfablauf verbinden

Ein Materialprüfplatz muss sowohl die Exposition als auch die anschließende Handhabung der Proben unterstützen. Häufig sind mehrere Varianten, Referenzproben und Zwischenmessungen zu organisieren. Eine eindeutige Kennzeichnung und dokumentierte Probenpositionen erleichtern die spätere Auswertung.

BF Engineering stimmt die Bestrahlungstechnik auf die benötigten Probenformate und Prüfbedingungen ab. Schnittstellen zu Klimatisierung, Sensorik und Datenerfassung werden passend zur vorhandenen Laborinfrastruktur geplant.

Für die Integration relevant:

Anzahl und Format der zu untersuchenden Proben
Probenwechsel und Zugang für Zwischenmessungen
Temperaturführung und gegebenenfalls Klimaanbindung
Erfassung von Bestrahlungsbedingungen und Betriebszeiten
Wartung, Reinigung und Kontrolle der nutzbaren Prüffläche

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