모든 라미네이트 기포가 봉지재(Encapsulant) 탓은 아니다: 태양광 모듈 기포의 실제 원인

소개

태양광 모듈에 기포가 나타날 때마다 사람들은 서둘러 EVA/EPE 필름을 탓합니다. 하지만 그렇게 단순하지 않습니다.

PV 모듈 봉지재 공정에서 라미네이트 기포는 가장 흔하고 가장 끈질기게 반복되는 품질 결함입니다. 업계의 대부분의 사람들은 라미네이트 기포가 모두 EVA/EPE 봉지재 품질 문제로 발생한다는 고정 관념을 가지고 있습니다. 이는 사실이 아닙니다. 봉지재 결함은 많은 원인 중 하나일 뿐입니다. 원자재 결함, 비정상적인 라미네이션 장비, 작업자 조작 오류, 통제 불능의 작업장 환경은 모두 다른 유형의 라미네이트 기포를 유발할 수 있습니다.

기포는 표면의 미관상 결함처럼 보이지만, 모듈의 출력, 장기 안정성 및 수명에 계속 영향을 미칩니다. 이는 옥외 열화, 박리 및 고장의 핵심 숨은 원인 중 하나입니다. 이 블로그는 기포 분류, 근본 원인 및 성능 손상을 다양한 각도에서 살펴보고, 공정 최적화 및 결함 추적을 위한 정확한 기준을 제공합니다.

PV 모듈 라미네이트 기포의 유형 및 원인

기포의 모양, 분포 및 형성 메커니즘에 따라 라미네이트 기포는 두 가지 핵심 범주로 나뉩니다.

잔류 기포

이들은 주로 셀 간격, 스트링 간격, 모듈 가장자리 및 네 모서리에 나타납니다. 밀집된 작은 기포, 띠 모양 기포 또는 눈꽃 모양 기포로 나타납니다. 핵심 원인은 라미네이션 중 층간 공기가 완전히 배출되지 않고 진공 탈기가 불완전하기 때문입니다. 이는 물리적 잔류 기포로, 주로 장비 매개변수, 작업 공정 및 적층 공정과 관련이 있으며, 재료 결함은 매우 작은 비중을 차지합니다. 이러한 기포는 처음에는 작고 은폐성이 높아 각 공장의 품질 기준을 통과할 수도 있습니다. 양산에서는 쉽게 간과되지만, 이후 팽창 위험은 매우 높습니다.

상세 분석:

• 진공 시스템 결함: 진공 펌프 성능 저하, 진공 라인 누설, 진공도 부족, 배기 시간이 너무 짧거나 펌핑 속도가 부적절하면 층간 공기를 완전히 배출하지 못합니다. 이는 잔류 기포의 주요 원인입니다.

• 온도 및 압력 불균형: 가열이 너무 빠르거나 예열 온도가 너무 높으면 필름 표면이 빠르게 가교 및 경화되어 내부 공기와 수분이 층 사이에 갇혀 래핑된 기포를 형성합니다. 라미네이션 압력이 부족하거나 유지 시간이 너무 짧으면 필름이 충분히 흐르고 젖지 않아 층간 공극이 압출되지 못해 넓은 면적의 중공 기포가 발생합니다. 가열판 온도가 불균일하고 국부 온도 차이가 크면 필름 경화 속도가 일정하지 않아 국부 기포가 발생합니다.

• 부품 및 기계적 고장: 노화, 변형, 주름진 실리콘 시트는 통기성이 좋지 않아 공기를 배출하기 위해 균일한 압력을 가할 수 없습니다. 라미네이션 프레임 크기 불일치 또는 높이 편차로 인해 모서리와 가장자리의 접착이 불량합니다. 테이블 표면이 고르지 않거나 이송 정밀도 편차로 적층 스택이 이동하여 탈기 불량과 규칙적인 가장자리 기포 또는 모서리 눈꽃 기포가 발생합니다.

탈기 기포

이들은 주로 셀 표면, 리본 주변 및 모듈의 국부 영역에 나타나며, 주로 단일 대형 기포 또는 국부적으로 밀집된 기포로 나타납니다. 핵심 원인은 재료(필름, 유리, 리본, 셀) 내부의 수분, 휘발성 물질(플럭스 등) 또는 보조 재료의 잔류 불순물입니다. 고온 라미네이션 중 수분과 저분자 불순물이 열에 의해 기화되고 가스가 빠져나갈 수 없어 기포로 모입니다. 이는 주로 원자재 품질, 보조 재료 관리 및 재료 전처리와 관련이 있습니다. 따라서 재료 측 원인도 많습니다 — 기포가 나타날 때마다 필름 때문이라고 단정하지 마십시오. 상세 분석:

• 봉지재 요인: EVA/EPE 필름은 흡습성이 상당히 높으며 일반적인 재료 트리거입니다. 방습 보관이 불량하거나, 개봉 후 공기 노출 시간이 너무 길거나, 절단된 필름을 제때 사용하지 않으면 공기 중의 많은 수분을 흡수합니다. 필름의 가교도가 규격을 벗어나거나, 배합에 불순물이 많거나, 배치 품질이 불안정하면 고온 라미네이션 중 저분자 휘발성 물질이 방출됩니다. 수분과 휘발성 물질이 기화되어 제때 빠져나가지 못하면 층 사이에 균일하게 밀집된 기포를 형성합니다. 필름 두께가 불균일하거나 접착 시 주름이 지면 국부 공기가 갇혀 간접적으로 기포를 유발할 수 있습니다.

• 유리 요인: PV 강화유리는 육안으로 잘 보이지 않는 얼룩, 먼지 또는 기름이 묻어 있을 수 있으며, 세척 후 완전히 건조되지 않아 가장자리에 물자국이 남을 수 있습니다. 라미네이션 열에 의해 수분과 기름이 증발하여 유리-필름 계면에 국부적인 기포가 형성됩니다. 유리의 평탄도 편차 또는 비정상적인 모서리 모따기로 인해 적층 후 접착이 느슨해져 가장자리 공기가 빠져나가지 못하고 지속적인 가장자리 기포가 형성됩니다.

• 리본 및 플럭스 요인: 이는 쉽게 간과되는 기포 유발 요인입니다. 산화된 리본 표면, 불균일한 코팅 또는 잔여 오일은 솔더링 후 리본-필름 계면에 틈을 남깁니다. 과도하게 분사된 플럭스 또는 솔더링 후 완전히 증발 및 건조되지 않은 플럭스는 유기 잔류물을 남기며, 이는 라미네이션 열에서 빠르게 증발하여 리본 양쪽과 셀 그리드라인 주변에 스트립 또는 점 형태의 기포를 형성합니다. 이것이 리본 영역 기포의 핵심 원인입니다.

• 셀 요인: 세척이 불량한 셀은 텍스처링 및 확산 공정에서 발생한 화학 잔류물, 먼지 및 입자를 포함할 수 있습니다. 습기가 차거나 표면에 결로가 있는 셀은 라미네이션 열에서 불순물이 분해되고 수분이 증발하여 셀 표면에 산발적인 기포를 형성합니다. 셀의 미세 균열 또는 표면 손상은 또한 국부적인 접착 공극을 남기고 공기를 가둡니다.

장비, 공정 및 재료를 넘어: 작업자와 환경

장비, 공정 및 재료 외에도 인간의 작업 오류와 작업장 환경도 기포 결함을 유발할 수 있습니다.

• 비표준 인간 작업 은 무작위적이고 불규칙한 기포를 유발합니다. 단일 배치의 산발적 결함은 대부분 인간 요인에서 비롯됩니다. 적층 중 유리, 필름, 셀 및 백시트를 수동으로 배치할 때 정렬 불량과 필름의 늘어남, 주름 또는 어긋남은 국부적인 공기 갇힘을 만듭니다. 맨손으로 재료 표면을 만지면 지문, 땀 및 기름이 남아 고온에서 증발하여 계면 기포가 됩니다. 보조 재료 배치 또는 리본 배열이 고르지 않으면 국부적인 돌출부와 뜬 영역이 생겨 라미네이션 후 접착 공극이 됩니다. 재료 전처리를 엄격히 따르지 않고 습기가 있는 필름이나 건조되지 않은 리본을 생산에 투입하는 작업자도 기포를 유발합니다.

• 통제되지 않은 작업장 환경 배치 버블 문제를 쉽게 유발하며 대량 생산 품질 변동의 핵심 원인입니다. 청결도가 낮아 공기 중 먼지와 입자가 재료에 침전되면 절연층이 형성되어 필름의 젖음성이 나빠지고 미세 버블이 발생합니다. 온습도 제어 실패로 습도가 높아지면 노출된 모든 재료가 빠르게 수분을 흡수하여 탈기 버블 발생률이 급격히 증가합니다. 난기류와 작업대에 직접 불어오는 공기 배출구는 재료 표면에 빠른 결로와 먼지를 유발하며, 큰 온도 변동은 적층 정밀도와 필름 전처리 안정성을 저해합니다. 게다가 바퀴벌레, 모기, 파리 같은 곤충 표본에서 발생하는 버블도 흔하며, 이는 5S 관리 부실 때문입니다.

손상은 외관에 그치지 않습니다: 신뢰성과 안전성까지

적층 버블은 모듈의 외관뿐만 아니라 신뢰성과 안전성에도 영향을 미칩니다.

외관: 직접 불량 판정, 수율 저하

버블은 모듈 표면의 평탄하고 균일한 외관을 깨뜨려 육안으로 보이는 외관 결함을 형성합니다. 이는 첫 검사에서 핵심 불량 항목입니다. PV 모듈 검사 기준에 따라 버블 수, 크기 또는 위치가 사양을 초과하면 모듈은 외관 불량으로 직접 판정되어 출하할 수 없습니다. 이는 폐기 및 재작업 손실, 라인 수율 및 효율 저하를 의미합니다. 불규칙한 버블은 표면 광 투과율을 불균일하게 만들어 제품 일관성과 시장 인식을 저해합니다.

성능: 출력 저하, 전력 손실 가속화

버블은 본질적으로 층 사이의 밀봉된 공동으로, 잔류 공기, 수분 또는 탈기 가스를 포함하며 모듈 내부 광학 구조를 변화시킵니다. 한편으로 버블 영역은 빛을 굴절, 반사, 산란시켜 셀의 유효 수광 면적을 줄이고 광전 변환 효율을 낮춥니다 — 초기 출력이 낮게 나옵니다. 다른 한편으로 버블 영역에서는 봉지재가 셀, 유리, 백시트와 밀착되지 않아 열 전도가 급격히 떨어지고, 작동 중 국부 열이 축적되어 핫스팟 위험이 발생합니다. 장기간 운전 시 핫스팟이 셀을 계속 태워 미세 균열과 열화 가속을 유발하므로 연간 전력 손실이 표준 값을 크게 초과하고 유효 발전 수명이 크게 단축됩니다.

신뢰성: 봉지 실패 및 안전 위험

이것은 라미네이트 버블로 인한 가장 핵심적이고 치명적인 손상입니다. 모듈은 열, 추위, 비, 눈, 바람, 모래 및 자외선 속에서 수년간 옥외에 노출됩니다. 주야간 및 계절별 온도 변화로 인해 버블 내부의 가스가 반복적으로 팽창하고 수축하며, 인터레이어 계면을 지속적으로 당기게 됩니다. 장기간의 응력 하에서 미세한 버블은 점차 성장하고 합쳐져 결국 필름과 유리, 셀 및 백시트 사이의 박리와 벗겨짐을 초래합니다. 일단 박리가 발생하면 모듈의 밀봉이 완전히 실패하고, 수분, 습기 및 부식성 매체가 계속 스며들어 리본 산화, 셀 부식, PID 열화, 곰팡이 및 흑화를 유발합니다. 심각한 경우 절연 저하, 누전 또는 단락을 일으켜 발전소 발전 안정성을 해치고, O&M 비용을 증가시키며, 발전소 안전 사고 위험을 초래하여 25년 서비스 수명 보증을 크게 단축시킵니다.

Ooitech의 견해

버블은 단일 원인에서 발생하는 경우가 드물며, 그래서 이를 '캡슐란트 문제'로 취급하면 잘못된 필름 배치를 추적하는 데 시간을 낭비하게 됩니다. 우리가 공급하는 라인에서 패턴이 확인됩니다: 잔류 버블은 진공, 압력 및 적층 공정으로 거슬러 올라가고, 아웃개싱 버블은 수분 및 플럭스 제어로 거슬러 올라갑니다. 따라서 안정적인 라미네이터 레시피와 규율 있는 전처리 및 5S가 필름 교체보다 더 많은 문제를 해결하는 경우가 많습니다. 실제 생산 라인에서 적절한 탈기, 유지 압력 및 적층 정렬이 어떻게 이루어지는지 확인하고 싶다면, 저희 YouTube 채널의 워크스루 www.youtube.com/ooitech 를 살펴볼 가치가 있습니다. 먼저 공정을 올바르게 설정한 다음 필름을 공정하게 테스트해야 합니다.