Aluminium is op verschillende schaalniveaus ingebed in hardware voor hernieuwbare energie: als een stroomcollectorfolie van 10 tot 20 micron in elke lithium{2}}ioncel, als lipje en railplaat in modules en pakketten, als geëxtrudeerde frames rond fotovoltaïsche modules, en als koelhardware bij het thermisch beheer van batterijen. Elke toepassing heeft zijn eigen legerings-, geleidbaarheids- en corrosiecriteria.
Stroomafnemers in lithium-ionencellen
Aluminiumfolie is de standaard kathodestroomcollector omdat de passivatielaag een stabiel, dun oxide vormt dat de celpotentiaal weerstaat, terwijl de lage dichtheid de celmassa laag houdt. Typische specificaties zijn 12 tot 20 micron, met 15 micron als gebruikelijke productiewaarde, bij een zuiverheid van 99,5 procent of hoger. De gebruikte legeringen zijn 1235, 1060, 1070 en 1100, geleverd in een werk-geharde H18-type temper die de treksterkte biedt die nodig is om coating, slitten en wikkelen te overleven zonder te kreuken. Diktetolerantie en welving zijn van cruciaal belang: een variatie van enkele microns verandert de uniformiteit van de coating, en randbramen kunnen de afscheider binnendringen. Folie voor deze taak wordt besteld volgens GB/T 3198 of de EN 546-serie, die de technische omstandigheden, mechanische eigenschappen en toleranties afzonderlijk definiëren. Veel celfabrikanten brengen ook een dunne koolstofcoating op de folie aan om de grensvlakcontactweerstand te verlagen.
Batterijlipjes, rails en behuizingen
Tabs en rails zijn zwaarder en zijn geselecteerd op elektrische geleidbaarheid in plaats van op sterkte. Legering 1050A en geleiderkwaliteit 1350 leveren ongeveer 61 procent van de geleidbaarheid van de International Annealed Copper Standard, de praktische maatstaf voor aluminium geleiders. Lipjes zijn doorgaans 0,2 tot 0,5 mm, terwijl pakketrails en verbindingen 1 tot 3 mm dik zijn en worden verbonden door ultrasoon of laserlassen in plaats van solderen. Module- en pakketbehuizingen gebruiken 6061-T6 voor structurele frames, 3003 of 1050 voor koelplaten, en 5052 of 5083 waar blootstelling aan zout wordt verwacht. Waar aluminium en koper elkaar ontmoeten in een verbinding, moet galvanische corrosie worden beheerst door vernikkelen, bimetaal overgangsplaten en door de verbinding droog te houden.
Frames en montage van zonnemodules
Fotovoltaïsche modules maken gebruik van geëxtrudeerde frames in legering 6063, meestal in de T6-uitvoering, besteld volgens ASTM B221 of een gelijkwaardige nationale profielnorm. Onder ASTM B221 vereist de T6-conditie een minimale treksterkte van 205 MPa en een minimale vloeigrens van 170 MPa, waarden die de mechanische belastingsgevallen ondersteunen die worden toegepast bij de modulekwalificatie. Modules zijn typegoedgekeurd-volgens IEC 61215 voor ontwerpkwalificatie en IEC 61730 voor veiligheid, en de mechanische belastingstest in IEC 61215 wordt gewoonlijk uitgevoerd bij 2 400 Pa, waarbij hogere niveaus worden gebruikt voor gebieden met zware sneeuwval. Frames zijn geanodiseerd volgens ISO 7599-dikteaanduidingen, meestal AA15 voor standaard buitengebruik, en montagerails gebruiken dezelfde legeringsfamilie met compatibele bevestigingsmiddelen om ongelijksoortige metaalparen te voorkomen.
Thermisch beheer en corrosie bij buitengebruik
De koeling van accu's en omvormers is gebaseerd op aluminium koude platen, micro-kanaalextrusies en koelribben met vinnen, waarbij thermische geleidbaarheid en drukval de ontwerpfactoren zijn. De levensduur bij installaties buitenshuis wordt beperkt door corrosie, dus componenten zijn gekwalificeerd door neutrale zoutsproeitests volgens ISO 9227 en, voor fotovoltaïsche systemen, door de vochtige hitte en bevriezingssequenties van IEC 61215. De veiligheid en prestaties op cel- en pakketniveau worden gedekt door normen zoals IEC 62619 voor industriële lithiumbatterijen en IEC 62660-1 voor cellen van elektrische voertuigen. In inkooptermen zijn de drie items die het vaakst afkeuring veroorzaken de tolerantie van de foliedikte, de braamhoogte op de gleufranden en de dikte van de anodische coating op frames. Deze moeten dus met een meetbare limiet worden gespecificeerd en op elke partij worden geverifieerd.
Veelgestelde vragen
Q:Welke dikte aluminiumfolie wordt gebruikt in lithium-ioncellen?
A: Kathodestroomcollectorfolie is doorgaans 12 tot 20 micron, waarbij 15 micron de meest voorkomende productiemaat is, met een zuiverheid van 99,5 procent of hoger.
Q:Welke aluminiumlegering wordt gebruikt voor batterijrails?
A: 1050A en geleiderkwaliteit 1350 zijn standaard en leveren ongeveer 61 procent van de International Annealed Copper Standard-geleidingsvermogen met goede vervormbaarheid.
Q:Waarom wordt aluminium gebruikt in plaats van koper voor de kathodecollector?
A: Bij de kathodepotentiaal vormt aluminium een stabiel passief oxide dat bestand is tegen oplossing, terwijl koper zou corroderen. Koper blijft de standaard voor de anodezijde.
Q:Welke normen hebben betrekking op frames voor fotovoltaïsche modules?
A: Frames worden geëxtrudeerd volgens ASTM B221 of een gelijkwaardige profielstandaard in legering 6063-T6, terwijl de voltooide module voldoet aan IEC 61215 en IEC 61730.
Q:Hoe wordt de corrosiebestendigheid van hardware voor buitenenergie geverifieerd?
A: Door middel van neutrale zoutsproeitests volgens ISO 9227, en voor fotovoltaïsche producten volgens de vochtige, hitte- en vochtigheidsbevriezingssequenties gespecificeerd in IEC 61215.
Q:Kunnen aluminium en koper rechtstreeks in een pakket worden samengevoegd?
A: Bij de productie worden directe verbindingen gebruikt, maar deze zijn gevoelig voor galvanische corrosie in aanwezigheid van vocht. Vernikkelen of een bimetaal overgangsplaat plus afdichting is de gebruikelijke oplossing.