Por que a anodização é o tratamento de superfície mainstream

Resposta rápida: A anodização é o tratamento de superfície predominante para molduras de alumínio de módulos solares porque forma uma camada de óxido a partir do próprio alumínio, em vez de aplicar um revestimento sobre ele. Isso é importante para um componente que se espera que sobreviva 25 anos ao ar livre: uma pintura ou revestimento em pó pode lascar e permitir que a corrosão comece na borda exposta, enquanto uma camada anodizada é integrante da superfície. A espessura é especificada pela classe de anodização, e normas como a CPIA 0117 definem as classes AA10, AA15 e AA20, com o número indicando a espessura do óxido em microns. Uma anodização mais espessa proporciona mais margem contra corrosão e custa mais. A seleção da liga da moldura interage com isso — uma extrusão 6063 com um temperamento definido, como HV300, comporta-se de forma previsível durante a anodização, enquanto uma liga mal controlada pode produzir um acabamento irregular e uma camada de óxido mais fraca.

Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introdução

Em um módulo fotovoltaico, a moldura de alumínio funciona como o principal material de vedação e estrutural. Sua participação no custo fica logo atrás das células solares, geralmente entre 8,5% e 13%, tornando-a uma das peças centrais que mantêm um módulo operando de forma confiável ao ar livre por 25 anos ou mais.

Existem várias formas de tratar a superfície de uma moldura de alumínio, incluindo anodização, pintura eletroforética e pintura a pó (PVDF). Mas a anodização (especialmente prata-branco e preto) tornou-se a escolha absoluta e mainstream. Isso não é por acaso. É porque a anodização pode atender de forma sistemática e abrangente às rigorosas exigências de desempenho que um módulo fotovoltaico impõe à sua moldura. As razões centrais podem ser agrupadas nos seguintes pontos.

Construindo uma Barreira Superior contra a Corrosão para Ambientes Severos

Os módulos fotovoltaicos precisam servir por longo prazo sob todos os tipos de climas ao redor do mundo, de desertos secos e florestas tropicais úmidas a zonas costeiras, offshore e industriais altamente corrosivas. Essas diferentes condições impõem requisitos rigorosos de intemperismo à moldura. A moldura de alumínio deve suportar radiação UV, variações de temperatura entre dia e noite, névoa ácido-alcalino-salina e abrasão de areia. O alumínio forma naturalmente uma camada de óxido no ar, mas ela é fina (cerca de 0,1μm), irregular e porosa. Em tais ambientes, essa camada natural é tão protetora quanto uma folha de papel.

A anodização usa um método eletroquímico para crescer in-situ um filme cerâmico denso, duro e fortemente aderido de óxido de alumínio (Al₂O₃) na superfície da liga de alumínio. Essa camada artificialmente reforçada é a base da resistência à corrosão da moldura.

O padrão de espessura do filme anódico para molduras de alumínio fotovoltaicas fica entre 10 e 25μm. Essa faixa é definida considerando vários fatores: espessura de filme suficiente isola efetivamente o substrato de alumínio do ambiente externo, bloqueando umidade, névoa salina e chuva ácida de corroer a moldura, o que estende a vida útil do módulo sob condições climáticas externas severas.

Se o filme for muito fino (digamos, abaixo de 10μm), a proteção da moldura pode ser insuficiente, levando à ruptura local do filme de óxido e desencadeando pitting ou trincas que afetam a resistência estrutural geral. Por outro lado, se o filme for muito espesso (acima de 25μm), a proteção melhora, mas o custo de produção aumenta, e uma camada excessivamente espessa é mais frágil, tornando-se mais propensa a trincas sob impacto durante instalação ou transporte, o que na verdade reduz a confiabilidade.

Sob o padrão T/CPIA 0117-2025, os filmes anódicos são classificados por espessura (como AA10, AA15, AA20) para corresponder a diferentes ambientes de corrosão. Por exemplo, o grau AA15 é recomendado para ambientes mais corrosivos, como parques industriais e plantas químicas, enquanto o AA20 é reservado para ambientes de corrosão muito alta, como áreas costeiras e minas.

Fornecendo a Condutividade e a Segurança de Aterramento Adequadas Mantendo o Isolamento

Esta é uma propriedade aparentemente contraditória, mas crucial. O alumínio é um bom condutor, o que permite que a moldura sirva facilmente como parte do caminho de aterramento do módulo, canalizando corrente de raio ou estática para fornecer proteção contra raios e continuidade de aterramento para a segurança do sistema.

No entanto, o próprio filme anódico é um excelente isolante elétrico. Essa camada isolante primeiro protege o corpo da moldura, impedindo que ele se torne o ânodo da corrosão eletrolítica em condições úmidas. Em segundo lugar, isola a moldura de suportes de montagem e outras peças metálicas (especialmente metais em potenciais diferentes, como parafusos de aço), aliviando bastante a corrosão galvânica que o contato entre metais dissimilares pode causar. Casos de falha em fotovoltaica offshore mostram que molduras de liga de alumínio e parafusos de aço sofrem séria corrosão eletroquímica em ambientes de névoa salina, e um filme anódico mais espesso (combinado com parafusos revestidos de isolamento) é um dos processos-chave que resolve esse problema.

PS: O aterramento de um módulo fotovoltaico realmente importa. Como a pessoa que lidou com uma reclamação de cliente em que um raio queimou um diodo de caixa de junção, quando cheguei ao local descobri que o instalador não havia tomado nenhuma medida de aterramento no módulo (sem uso de furos de aterramento da moldura, arruelas perfurantes ou parafusos perfurantes).

Melhorando o Desempenho Mecânico e a Resistência ao Desgaste para Proteger a Integridade Estrutural

A moldura precisa suportar cargas como pressão do vento, carga de neve e impacto mecânico que o módulo encontra durante transporte, instalação e operação.

Alta dureza e resistência ao desgaste: O filme anódico tem dureza muito alta (tipicamente acima de HV300), muito superior à do substrato de alumínio. Isso aumenta a resistência a riscos e desgaste da superfície da moldura, protegendo-se melhor durante instalação e manutenção e reduzindo pontos de início de corrosão e perda de aparência causados por danos na superfície.

Forte adesão: O filme anódico cresce diretamente a partir da base de alumínio por meio de uma reação química e se liga como um só com o substrato, sem nenhum dos riscos de descascamento ou lascamento vistos em revestimentos pulverizados. Essa adesão muito forte garante proteção duradoura, e mesmo após expansão e contração térmica de longo prazo o filme não se soltará.

Suporte ao design de longa vida: O próprio material de liga de alumínio pode durar de 30 a 50 anos. A anodização protege ainda mais a integridade estrutural e a estabilidade de resistência ao longo de todo o ciclo de vida do módulo fotovoltaico (geralmente 25 anos ou mais). Em comparação, molduras feitas de outros materiais, como molduras de aço, enferrujam facilmente em furos de aterramento e outros pontos, tornando uma vida de 25 anos difícil de garantir, enquanto a confiabilidade de longo prazo de molduras de material compósito ainda está sendo verificada.

Um Processo Maduro e um Sistema Completo de Padrões que Garantem Qualidade e Fornecimento

A anodização é um tratamento de superfície extremamente maduro e padronizado na indústria de processamento de alumínio, com uma cadeia de suprimentos completa, alta eficiência de processamento e custo relativamente controlável. Vários relatórios de corretoras observam que o processo de fabricação de molduras de alumínio (fusão e fundição - extrusão - oxidação - processamento profundo) é muito maduro, o que é a base para sua penetração superior a 95% no campo fotovoltaico.

Os quadros de alumínio oferecem padronização madura e qualidade controlável. Dos padrões nacionais (como GB/T 5237.2) aos padrões de grupo da associação fotovoltaica (T/CPIA 0117), existem indicadores claros e testáveis para a espessura, dureza, qualidade de vedação e resistência à névoa salina do filme anódico. Isso dá ao controle de qualidade uma base sólida e garante a consistência e confiabilidade do produto.

Na etapa de enquadramento, a moldura precisa ser colada e selada ao vidro e backsheet com selante. A superfície anodizada possui uma certa estrutura microporosa que forma boa adesão com o selante, garantindo uma vedação confiável do módulo.

No final, escolher a anodização para o quadro de alumínio fotovoltaico é uma "solução ótima" verificada através da prática de longo prazo da indústria.

Visão da Ooitech

A Ooitech acredita: a anodização tornou-se o tratamento de superfície mainstream para quadros de alumínio fotovoltaicos porque satisfaz simultaneamente a resistência à corrosão, a segurança de aterramento, a resistência mecânica e o controle de qualidade padronizado ao longo da vida útil de mais de 25 anos de um módulo.