Das Jahr 2024 markiert einen Wendepunkt für die Photovoltaikindustrie. Der intensive Wettbewerb treibt rasante Fortschritte in der Zelltechnologie und bei industriellen Anwendungen voran, die das Tempo von vor zehn Jahren deutlich übertreffen. Trotz dieser Innovationen bleibt die Wahl der Verkapselungsfolie – ob POE (Polyolefin-Elastomer), EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer) oder EPE – ein zentrales und viel diskutiertes Thema für Glas-Glas-, Glas-Rückseitenfolien- und flexible Module.
Photovoltaikmodule im Außenbereich sind durch vier primäre Umwelteinflüsse beeinträchtigt: Wärme, Sauerstoff, Wasser und ultraviolette (UV-)Strahlung. Während biologische Aktivität in diesen Anwendungen vernachlässigbar ist, spielen die anderen Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Materialauswahl. Dieser Artikel vergleicht die Leistung von EVA und POE unter diesen Bedingungen und bietet neue Erkenntnisse und Methoden für die Materialauswahl.
1. Erhitzen
Sowohl EVA als auch POE sind nach der Vernetzung kurzzeitig temperaturbeständig bis etwa 150 °C. EVA zersetzt sich jedoch bei Temperaturen über 200 °C und setzt dabei erhebliche Mengen an Essigsäure frei, während POE bis zu Temperaturen über 300 °C stabil bleibt.
2. Sauerstoff
Bei Raumtemperatur weisen beide Materialien eine gute Oxidationsbeständigkeit auf. EVA enthält jedoch Spuren freier Essigsäuremonomere, die bei erhöhten Temperaturen oxidationsanfällig sind. POE hingegen, das vollständig aus chemisch stabilen Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen besteht, benötigt deutlich höhere Temperaturen, um mit Sauerstoff zu reagieren.
3. Wasser
Die Estergruppen von EVA sind hydrolyseanfällig, wodurch Carboxylgruppen entstehen, die die weitere Hydrolyse und den Materialabbau beschleunigen. POE hingegen, mit seiner vollständig aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehenden Kette, ist chemisch stabil und hydrolyseunempfindlich. Darüber hinaus weist POE eine deutlich höhere Wasserdampfbeständigkeit auf, mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) von ca. 3 g/m²·24h bei 38 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit, verglichen mit 25 g/m²·24h bei EVA. Diese geringere Durchlässigkeit verbessert die Fähigkeit von POE, interne Modulkomponenten vor Feuchtigkeitsschäden zu schützen.
4. Ultraviolette Strahlung
Die reine Kohlenstoff-Wasserstoff-Kettenstruktur von POE zeichnet sich durch starke chemische Bindungen aus – CH-Bindungen mit 414 kJ/mol und CC-Bindungen mit 332 kJ/mol – wodurch sie gegenüber UV-induzierter Spaltung resistent ist. Im Gegensatz dazu enthalten die Estergruppen von EVA CO-Bindungen mit Bindungsenergien unter 330 kJ/mol, die anfälliger für UV-Abbau sind.
Abschluss
Von den vier Schlüsselfaktoren, die die Zuverlässigkeit von Außenanwendungen beeinflussen – Hitze, Sauerstoff, Wasser und UV-Strahlung –, übertrifft POE EVA durchweg. Da PV-Zellen immer effizienter werden und höhere Zuverlässigkeitsanforderungen gestellt werden, bleibt POE die optimale Wahl für eine langfristig stabile Stromerzeugung im Außenbereich.
