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Nachhaltiger PU-Verbundwerkstoff: ein Durchbruch für Solarmodulrahmen

Der von Covestro und seinen Partnern gemeinsam entwickelte Solarmodulrahmen aus Polyurethan-Verbundwerkstoff (PU) erweitert das Angebot an Rahmenstoffen für Photovoltaikmodule (PV) um eine neue Lösung. Die integrierte Lösung aus einem endlosfaserverstärkten PU-Pultrusionsprofil und wasserbasiertem PU-Lack bietet den Herstellern von Solar-PV-Modulen eine neue Werkstoffoption als Alternative zu Rahmen aus Aluminiumlegierungen.

Auf der Suche nach innovativen Werkstoffen für Solarmodulrahmen

Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft spielen erneuerbare Energien wie die Solarenergie eine wichtige Rolle im derzeitigen und künftigen Energiemix. Der Rahmen ist ein wichtiger Bestandteil von Solar-PV-Modulen. Er fixiert und versiegelt die Module und die Rückwandfolie und erhöht gleichzeitig die Festigkeit der Module. Diese Verstärkung erleichtert den Transport und die Installation der Module und wirkt sich direkt auf die Montage und die Lebensdauer der Module aus.
 
Aluminiumprofile sind derzeit das vorherrschende Material für Solarmodulrahmen.  Mit der raschen Entwicklung der durch PV-Module nutzbar gemachten Solarenergie steigt Jahr für Jahr auch der Bedarf an dem für die Herstellung von Solarmodulen verwendeten Aluminium.  Primäraluminium ist der wichtigste Ausgangsstoff für die Entwicklung und Herstellung von Aluminiumprofilen. Bei der Herstellung von Primäraluminium  ist der Energieverbrauch hoch, was in der Regel auch hohe Kohlendioxidemissionen zur Folge hat.
 
Laut den Daten von www.eco.gov.cn wurden im Jahr 2020 bei der Produktion einer Tonne Primäraluminium etwa 13.500 kWh Strom verbraucht, was zu einem Gesamtenergieverbrauch der Industrie von etwa 501,2 Milliarden kWh führte. Allein der Energieverbrauch für Primäraluminium machte etwa 6,67 % des gesamten Energieverbrauchs in China aus. 
 
Da die Umsetzung von Chinas Klimazielen „3060 Carbon Peaking and Carbon Neutrality Goals“ unter makroökonomischer Kontrolle erfolgt, ist es schwierig, neue Produktionskapazitäten für 
 
 Primäraluminiumaufzubauen. Angesichts des Spannungsfeldes von rasant wachsender Nachfrage und begrenzten Produktionskapazitäten haben die Hersteller von Solarmodulen begonnen, nach neuen Technologien und wettbewerbsfähigen Alternativen zu Aluminiumlegierungen zu suchen, um sowohl die Rohstoffpreise zu kontrollieren als auch den hohen Energiebedarf einzudämmen, der typischerweise bei der Umstellung auf Sonnenlicht als erneuerbare Energiequelle im Netz entsteht.

Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff: außergewöhnliche Werkstoffeigenschaften

Der von Covestro und seinen Partnern entwickelte Rahmen für Solarmodule aus endlosfaserverstärktem Polyurethan-Verbundwerkstoff zeigt eine hervorragende Werkstoffperformance.  Da es sich bei endlosfasverstärktem PU um einen nichtmetallischen Stoff handelt, senken diese Rahmen auch den Gesamtpreis und erhöhen die Energieeffizienz für die Hersteller von Solarmodulen im Vergleich zu den herkömmlichen Rahmen aus Aluminium. Die Profile aus Polyurethan-Verbundwerkstoff von Covestro verfügen zudem über hervorragende mechanische Eigenschaften. Durch die lastgerechte Endlosfaserverstärkung ist seine axiale Zugfestigkeit ist mehr als siebenmal so hoch wie die einer typischen 

Aluminiumlegierung. Außerdem weist er eine hohe Beständigkeit gegen Salznebel- und chemische Korrosion auf.  Diese Eigenschaften sind für die Zertifizierungsprüfungen bei den Rahmen entscheidend.Photovoltaikmodule, die mit dem Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff von Covestro versiegelt sind, haben die Salznebelkorrosionsprüfung nach IEC 61701-201 für Solar-PV-Module und die Ammoniakkorrosionsprüfung nach IEC 62716:2013 bestanden.  Für Solarmodule, die in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit installiert werden (z. B. Offshore- und Küstengebiete), sind diese Korrosionsschutzeigenschaften noch wichtiger, um die erforderliche lange Lebensdauer zu gewährleisten. 
PU composite solar panel frame

Nichtmetall-Rahmen: ein idealer Ersatz für Rahmen aus Aluminiumlegierungen

Der spezifische Volumenwiderstand von PU-Verbundwerkstoffen kann  1×1014Ω-cm erreichen. Wird ein Solar-PV-Modul mit einem Nichtmetall-Rahmen versehen, reduziert dies die Wahrscheinlichkeit der Bildung eines Leckstromkreises stark, was dazu beiträgt, die Wahrscheinlichkeit der potenzial-induzierten Degradation (PID) zu verringern. Der PID-Effekt führt zu einer Leistungsabschwächung und einem Rückgang der Stromerzeugung. Daher kann eine Verringerung des PID-Effekts die Effizienz der Energieerzeugung von Solarmodulen verbessern.

Langanhaltender Schutz durch PULack auf Wasserbasis

Covestro hat einen wasserbasierten Polyurethanlack für seine Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff entwickelt, um die Rahmen von Solarmodulen zu schützen, die jahrelang im Freien stehen. Die wichtigsten Bindemittel in der Formulierung sind Bayhydrol A und Produkte der Bayhydur-Reihe.     Im Vergleich zu herkömmlichen Lacken auf Lösungsmittelbasis reduziert diese neue Lösung die VOC-Emissionen um ca. 90 % Aufgrund der starken Haftung auf dem PU-Verbundwerkstoff, der ausgezeichneten Abriebfestigkeit und der hervorragenden Witterungsbeständigkeit wird erwartet, dass sie lange haltbar sind und die Kosten für einen Neuanstrich senken. Die neue Beschichtung zeichnet sich zudem durch hohe Produktivität aus – nach dem Aufsprühen trocknet sie schnell und bildet einen dünnen Oberflächenfilm, der eine schnelle Produktanwendung ermöglicht. 

Vom TÜV Rheinland zertifizierte PV-Module mit Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff

Photovoltaik-Modulsysteme mit Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff von Covestro wurden vom TÜV Rheinland im Jahr 2021 zertifiziert. Dies zeigt, dass dieser neue Stoff die strengen Anforderungen der Erneuerbare-Energien-Branche erfüllen kann und gleichzeitig eine kohlenstoffemissionsarme, qualitativ hochwertige Lösung für die Bedürfnisse der Entwicklung darstellt.  
 
Auf Basis dieser Lösung aus integriertem Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff und wasserbasiertem PU-Lack kann Covestro die sich bietenden Wachstumschancen im Bereich der erneuerbaren Energien nutzen. Wir freuen uns darauf, mit Partnern aus der Industriekette zusammenzuarbeiten, um gemeinsam den technologischen Fortschritt einer nachhaltigen Erneuerbare-Energien-Branche voranzutreiben und eine Kreislaufwirtschaft für die neue Zukunft zu fördern! 
Beispiel: Solarmodule mit PU-Verbundrahmen wurden im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Covestro in Shanghai installiert

Vorteile von Baydur® Pultrusion für Solarmodulrahmen

  • Ausgezeichnete Werkstoffeigenschaften hervorragende mechanische Eigenschaften; hohe Beständigkeit gegen Salznebel- und chemische Korrosion.
  • Nichtmetall-Rahmen verringert den PID-Effekt und verbessert die Stromerzeugungseffizienz von PV-Modulen
  • Langanhaltender Schutz durch PU-Lack auf Wasserbasis hohe Witterungsbeständigkeit, gute Haftung auf dem PU-Verbundsubstrat und geringe VOC-Emissionen
  • Zertifizierung PV-Module von Covestro mit Rahmen aus PU-Verbundwerkstoff sind vom TÜV Rheinland zertifiziert worden

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