Perché l'anodizzazione è il trattamento superficiale principale per i telai solari

Introduzione

In un modulo fotovoltaico, il telaio in alluminio funge da materiale strutturale e di tenuta chiave. La sua quota di costo si colloca subito dopo le celle solari, di solito tra l'8,5% e il 13%, rendendolo una delle parti fondamentali che mantiene un modulo funzionante in modo affidabile all'aperto per 25 anni o più.

Esistono diversi modi per trattare la superficie di un telaio in alluminio, tra cui anodizzazione, verniciatura elettroforetica e rivestimento a polvere (PVDF). Ma l'anodizzazione (specialmente bianco-argento e nero) è diventata la scelta assolutamente mainstream. Questo non è un caso. È perché l'anodizzazione può soddisfare sistematicamente e in modo completo le severe esigenze prestazionali che un modulo fotovoltaico impone al suo telaio. Le ragioni principali possono essere raggruppate nei seguenti punti.

Costruire una barriera superiore contro la corrosione per ambienti ostili

I moduli fotovoltaici devono servire a lungo termine in tutti i tipi di climi in tutto il mondo, dai deserti aridi alle foreste pluviali umide, fino alle zone costiere, offshore e industriali altamente corrosive. Queste diverse condizioni impongono severi requisiti di resistenza agli agenti atmosferici al telaio. Il telaio in alluminio deve resistere a radiazioni UV, sbalzi di temperatura giorno-notte, nebbia salina acido-alcalina e abrasione da sabbia. L'alluminio forma naturalmente uno strato di ossido all'aria, ma è sottile (circa 0,1 μm), irregolare e poroso. In tali ambienti, quello strato naturale è protettivo quanto un foglio di carta.

L'anodizzazione utilizza un metodo elettrochimico per far crescere un film ceramico di ossido di alluminio (Al₂O₃) denso, duro e fortemente legato in situ sulla superficie della lega di alluminio. Questo strato artificialmente potenziato è la base della resistenza alla corrosione del telaio.

Lo spessore standard del film anodico per i telai fotovoltaici in alluminio è compreso tra 10 e 25 μm. Questo intervallo è stabilito tenendo conto di diversi fattori: uno spessore sufficiente del film isola efficacemente il substrato di alluminio dall'ambiente esterno, bloccando l'umidità, la nebbia salina e le piogge acide che potrebbero corrodere il telaio, prolungando così la vita utile del modulo in condizioni meteorologiche avverse all'aperto.

Se il film è troppo sottile (ad esempio, sotto i 10 μm), la protezione del telaio potrebbe essere insufficiente, portando a una rottura localizzata del film di ossido e innescando vaiolatura o crepe che influenzano la resistenza strutturale complessiva. D'altra parte, se il film è troppo spesso (oltre i 25 μm), la protezione migliora ma il costo di produzione aumenta, e uno strato eccessivamente spesso è più fragile, rendendolo più incline a rompersi sotto impatto durante l'installazione o il trasporto, riducendo effettivamente l'affidabilità.

Secondo lo standard T/CPIA 0117-2025, i film anodici sono classificati per spessore (come AA10, AA15, AA20) per adattarsi a diversi ambienti corrosivi. Ad esempio, il grado AA15 è raccomandato per ambienti più corrosivi come parchi industriali e impianti chimici, mentre AA20 è riservato ad ambienti ad altissima corrosione come aree costiere e miniere.

Fornire la giusta conduttività e sicurezza di messa a terra mantenendo l'isolamento

Questa è una proprietà apparentemente contraddittoria ma cruciale. L'alluminio è un buon conduttore, il che consente al telaio di fungere facilmente da parte del percorso di messa a terra del modulo, convogliando la corrente dei fulmini o l'elettricità statica per fornire protezione contro i fulmini e continuità di messa a terra per la sicurezza del sistema.

Tuttavia, il film anodico stesso è un eccellente isolante elettrico. Questo strato isolante protegge prima di tutto il corpo del telaio, impedendo che diventi l'anodo della corrosione elettrolitica in condizioni di umidità. In secondo luogo, isola il telaio dai supporti di montaggio e da altre parti metalliche (specialmente metalli a potenziali diversi, come i bulloni in acciaio), riducendo notevolmente la corrosione galvanica che il contatto tra metalli dissimili può causare. Casi di guasto nel fotovoltaico offshore mostrano che i telai in lega di alluminio e i bulloni in acciaio subiscono una grave corrosione elettrochimica in ambienti con nebbia salina, e un film anodico più spesso (combinato con bulloni rivestiti isolanti) è uno dei processi chiave che risolve questo problema.

PS: La messa a terra di un modulo fotovoltaico è davvero importante. Come persona che ha gestito un reclamo di un cliente in cui un fulmine ha bruciato un diodo della scatola di giunzione, quando sono arrivato sul posto ho scoperto che l'installatore non aveva adottato alcuna misura di messa a terra sul modulo (nessun uso di fori di messa a terra del telaio, rondelle perforanti o viti perforanti).

Miglioramento delle prestazioni meccaniche e della resistenza all'usura per proteggere l'integrità strutturale

Il telaio deve sopportare carichi come pressione del vento, carico di neve e impatto meccanico che il modulo subisce durante trasporto, installazione e funzionamento.

Elevata durezza e resistenza all'usura: Il film anodico ha una durezza molto elevata (tipicamente superiore a HV300), molto più alta del substrato di alluminio. Ciò aumenta la resistenza ai graffi e all'usura della superficie del telaio, proteggendolo meglio durante l'installazione e la manutenzione e riducendo i punti di inizio corrosione e la perdita di aspetto causati da danni superficiali.

Forte adesione: Il film anodico cresce direttamente dalla base di alluminio attraverso una reazione chimica e si lega come un tutt'uno con il substrato, senza il rischio di distacco o sfaldamento visto nei rivestimenti spray. Questa adesione molto forte garantisce una protezione duratura, e anche dopo dilatazione e contrazione termica a lungo termine il film non si stacca.

Supporto per una progettazione a lunga durata: Il materiale in lega di alluminio stesso può durare da 30 a 50 anni. L'anodizzazione salvaguarda ulteriormente l'integrità strutturale e la stabilità della resistenza per tutto il ciclo di vita del modulo fotovoltaico (di solito 25 anni o più). A confronto, i telai realizzati con altri materiali, come i telai in acciaio, arrugginiscono facilmente nei fori di messa a terra e in altri punti, rendendo difficile garantire una vita di 25 anni, mentre l'affidabilità a lungo termine dei telai in materiale composito è ancora in fase di verifica.

Un processo maturo e un sistema di standard completo che garantiscono qualità e fornitura

L'anodizzazione è un trattamento superficiale estremamente maturo e standard nell'industria della lavorazione dell'alluminio, con una catena di fornitura completa, alta efficienza di lavorazione e costo relativamente controllabile. Diversi rapporti di intermediazione notano che il processo di produzione del telaio in alluminio (fusione e colata - estrusione - ossidazione - lavorazione profonda) è molto maturo, il che è la base per la sua penetrazione superiore al 95% nel settore fotovoltaico.

I telai in alluminio offrono una standardizzazione matura e una qualità controllabile. Dagli standard nazionali (come GB/T 5237.2) agli standard di gruppo dell'associazione fotovoltaica (T/CPIA 0117), ci sono indicatori chiari e testabili per lo spessore del film anodico, la durezza, la qualità di sigillatura e la resistenza alla nebbia salina. Questo dà una solida base al controllo qualità e garantisce coerenza e affidabilità del prodotto.

Nella fase di incorniciatura, il telaio deve essere incollato e sigillato al vetro e al backsheet con sigillante. La superficie anodizzata ha una certa struttura microporosa che forma una buona adesione con il sigillante, garantendo una sigillatura affidabile del modulo.

Alla fine, scegliere l'anodizzazione per il telaio in alluminio del fotovoltaico è una "soluzione ottimale" verificata attraverso la pratica industriale a lungo termine.

Il punto di vista di Ooitech

Ooitech ritiene: l'anodizzazione è diventata il trattamento superficiale principale per i telai in alluminio del fotovoltaico perché soddisfa simultaneamente la resistenza alla corrosione, la sicurezza di messa a terra, la resistenza meccanica e il controllo di qualità standardizzato per una vita utile del modulo superiore a 25 anni.