Od ogniw słonecznych do gotowych modułów: Jak działa linia produkcyjna paneli słonecznych

Przydatnym sposobem na zrozumienie fabryki modułów słonecznych jest chwilowe zignorowanie nazw maszyn i obserwowanie, co dzieje się z produktem.

Na początku są kruche pojedyncze ogniwa oraz rolki lub arkusze materiału. W środku znajduje się połączony elektrycznie obwód zamknięty w luźnym stosie. Na końcu jest uszczelniony produkt z numerem seryjnym, zmierzoną mocą, zapisami kontroli i decyzją: zwolnienie, przeróbka lub odrzucenie.

Ta zmiana zachodzi w trzech głównych przekształceniach.

To spojrzenie na proces służy innemu celowi niż katalog maszyn. Czytelnicy, którzy potrzebują szczegółowego opisu urządzeń, mogą skorzystać z artykułu Ooitech na temat jakie maszyny są używane do produkcji paneli słonecznych. Tutaj pytanie brzmi, jak te operacje są od siebie zależne.

Ogniwa stają się kontrolowanym obwodem elektrycznym

Większość zakładów montażu modułów zaczyna od zakupionych ogniw fotowoltaicznych. Pierwsze decyzje produkcyjne są już osadzone w projekcie produktu: pełne ogniwo lub cięte ogniwo, konwencjonalny kontakt przedni lub tylny, liczba i położenie taśm, długość stringu, odstęp, lokalizacja wyprowadzeń i końcowy układ obwodu.

Jeśli projekt wykorzystuje dzielone ogniwa, proces laserowy przygotowuje wymagane elementy. Proces stringowania następnie lutuje taśmę przewodzącą do ogniw i łączy je szeregowo. Gotowe stringi przechodzą do układania, gdzie są pozycjonowane na przygotowanym szkle i kapsulancie. Bussing łączy stringi zgodnie z projektem elektrycznym modułu.

Operacje te są często sprzedawane jako osobne kategorie maszyn, ale fabryka doświadcza ich jako jednego ciągłego problemu: zbuduj obwód bez łamania ogniw, przegrzewania wrażliwych struktur, przesuwania geometrii lub tworzenia słabych połączeń elektrycznych.

Przekazania mają znaczenie. String może przejść własną kontrolę wzrokową, a mimo to zostać uszkodzony podczas podnoszenia, obracania lub umieszczania. Prawidłowo przylutowany string może stać się źle wyrównanym modułem, jeśli odniesienie do układania jest błędne. Taśma bussing może być podłączona elektrycznie, ale źle umieszczona dla późniejszego procesu skrzynki przyłączeniowej.

Z tego powodu obsługa ogniw, korekcja wizyjna, transport stringów, dokładność układania i kontrola bussingu powinny być projektowane razem. Kupowanie każdego stanowiska według własnej specyfikacji z broszury pomija interfejsy, w których pojawia się wiele strat produkcyjnych.

Kosztowna granica znajduje się przed laminowaniem

Przed laminowaniem moduł może być jeszcze otwarty. Uszkodzony string można wymienić. Źle umieszczoną taśmę można poprawić. Kurz można usunąć. Kapsulant lub materiał tylny można przestawić.

Po laminowaniu te same poprawki stają się trudne, nieekonomiczne lub niemożliwe bez poświęcania modułu. To sprawia, że inspekcja przed laminowaniem jest czymś więcej niż rutynową czynnością działu jakości. Jest to ekonomiczna granica w przepływie produkcyjnym.

Rozsądna bramka sprawdza dwa rodzaje dowodów.

Kontrola wizualna obejmuje rozmieszczenie materiałów, zanieczyszczenia, odstępy między ogniwami, położenie wyprowadzeń, zmarszczki, obce przedmioty oraz widoczne uszkodzenia. Kontrola EL obejmuje stan elektryczny połączonego obwodu ogniw, w tym wady, które mogą nie być widoczne w normalnym oświetleniu.

Celem nie jest tworzenie kolejnego raportu z inspekcji. Chodzi o zapobieganie przechodzeniu możliwych do uniknięcia wad do nieodwracalnego procesu. Gdy linia wielokrotnie znajduje ten sam problem na tej bramce, właściwą reakcją jest korekta procesu upstream, a nie tylko dodawanie kolejnych inspektorów.

Luźny stos staje się chronionym laminatem

Stos modułu zazwyczaj obejmuje przednią szybę, kapsułkę, połączony obwód ogniw, drugą warstwę kapsułki oraz polimerową backsheet lub tylną szybę. Systemy do cięcia i układania materiałów przygotowują te warstwy do wymiarów produktu. Urządzenia transportowe kontrolują ich krawędzie i punkty odniesienia, gdy stos przesuwa się w kierunku laminacji.

Laminator stosuje kontrolowaną kombinację próżni, ciepła, ciśnienia i czasu. Powietrze jest usuwane, kapsułka płynie i utwardza się, a wcześniej luźne warstwy stają się jedną związaną strukturą.

Ten etap jest regulowany przez recepturę, a nie tylko ustawienie temperatury. Chemia kapsułki, konstrukcja szkła, wymiary modułu, przechowywanie materiałów, zachowanie podczas odsysania, równomierność ogrzewania i warunki chłodzenia wpływają na wynik. Receptura odpowiednia dla jednego zestawu materiałów nie powinna być ślepo kopiowana do innego.

Laminator ma również ścisłe ograniczenie: nie może naprawić otrzymanego stosu. Nie może wyprostować źle umieszczonego stringa, usunąć zanieczyszczeń, przywrócić pękniętego ogniwa ani skorygować niewłaściwego materiału tylnego. Dobra laminacja zaczyna się więc na długo przed zamknięciem drzwi komory.

Przepływ fabryczny wokół tego procesu wymaga starannego planowania. Nielaminowane stosy są delikatne i zajmują miejsce. Ładowanie partiami może powodować nierównomierne przybycia i odejścia. Chłodzenie i obsługa downstream mogą ograniczać obszar, nawet jeśli sama komora wydaje się wystarczająco szybka. Użyteczna wydajność to ciągły przepływ przez całą sekcję, a nie najkrótszy wyświetlany czas receptury.

Wykończenie dodaje funkcję, a nie dekorację

Laminat może już przypominać panel słoneczny, ale pozostaje kilka funkcjonalnych zadań.

Wykończenie zaczyna się na obwodzie laminatu, gdzie nadmiar materiału jest usuwany, a krawędzie przygotowywane do wybranej konstrukcji. W produkcie z ramą uszczelniacz i profile aluminiowe są montowane w kwadratową, bezpieczną strukturę przenoszącą obciążenia do pakowania, montażu i użytkowania w terenie. Konstrukcje bezramowe i szklano-szklane prowadzą ten etap inaczej, więc ich obsługa i procesy krawędziowe muszą być określone przez rysunek produktu.

Skrzynka przyłączeniowa tworzy zewnętrzne połączenie elektryczne. Wyprowadzenia taśm muszą dotrzeć do odpowiednich zacisków, złącze elektryczne musi być stabilne, a klej lub materiał zalewowy musi chronić zespół. Czas utwardzania jest częścią czasu produkcji; zbyt wczesne przesunięcie modułu może zakłócić inaczej akceptowalny montaż.

Te etapy są czasami traktowane jako łatwy koniec linii, ponieważ obwód słoneczny został już zbudowany. To założenie jest ryzykowne. Uszkodzenie ramy, słabe uszczelnienie, słabe połączenia zacisków lub niekontrolowane nakładanie kleju mogą odrzucić moduł, który przeszedł wszystkie wcześniejsze etapy.

Moduł jest zwalniany na podstawie dowodów

Testy końcowe odpowiadają na kilka różnych pytań, a żaden pojedynczy tester nie odpowiada na wszystkie.

Po pierwsze: czy obwód jest nadal nienaruszony? Końcowa kontrola EL szuka uszkodzeń lub przerw w obwodzie, które mogły pojawić się podczas laminowania, przycinania, ramowania lub transferu.

Po drugie: jakie osiągi elektryczne zapewnia moduł? Tester IV lub symulator słońca rejestruje odpowiedź prądowo-napięciową przy kontrolowanym oświetleniu. Wynik wspiera klasyfikację mocy oraz dane elektryczne związane z modułem.

Po trzecie: czy produkt jest bezpieczny elektrycznie? Kontrole izolacji, hi-pot i ciągłości uziemienia dotyczą izolacji i ścieżek ochronnych zgodnie z konstrukcją i obowiązującym planem jakości.

Istnieje również czwarte pytanie, które łatwo przeoczyć: czy fabryka może udowodnić, jaka historia procesu należy do tego fizycznego modułu?

Kod kreskowy lub inny identyfikator seryjny może połączyć produkt z partiami ogniw lub materiałów, zapisami łączenia, obrazami inspekcji, recepturami laminowania, danymi operatora lub sprzętu, wynikami IV i wynikami testów bezpieczeństwa. W zautomatyzowanej fabryce informacje te mogą być wymieniane z systemem zarządzania produkcją. W mniejszej fabryce ta sama zasada nadal obowiązuje, nawet jeśli zbieranie danych jest prostsze.

Śledzenie zamienia wyniki testów w użyteczny zapis produkcyjny. Pomaga badać powtarzające się defekty, izolować dotknięty materiał, porównywać receptury i zapobiegać ponownemu zmieszaniu odrzuconej jednostki z zaakceptowanym zapasem.

Kolejki ujawniają prawdziwy projekt fabryki

Wydajność produkcji rzadko jest ograniczana przez maszynę o najbardziej imponujących parametrach. Jest ograniczana przez sposób, w jaki czasy cykli, partie, transfery, inspekcje, przezbrojenia, konserwacja i wstrzymania jakości oddziałują na siebie podczas zmiany.

Kolejki są użytecznym dowodem, ponieważ pokazują, gdzie linia traci koordynację.

Bufor może chronić jeden proces przed krótkimi zakłóceniami w innym, ale nie jest lekarstwem na trwałe niedopasowanie. Zbyt małe buforowanie powoduje częste postoje. Zbyt duże ukrywa problemy, zwiększa produkcję w toku, zajmuje powierzchnię podłogi i pozwala defektom przemieszczać się dalej, zanim ktokolwiek zauważy wzór.

Celem nie jest wyeliminowanie każdego momentu oczekiwania. Chodzi o to, aby wiedzieć, dlaczego oczekiwanie istnieje i czy chroni proces, czy ujawnia błąd projektowy.

Zautomatyzuj ryzyko, zanim stanie się spektaklem

Decyzje dotyczące automatyzacji są często omawiane jako wybór między fabryką półautomatyczną a w pełni automatyczną. Bardziej użyteczne pytanie brzmi: gdzie automatyzacja usuwa największe ryzyko operacyjne.

Kruche przenoszenie jest jednym z priorytetów. Wielokrotne podnoszenie i pozycjonowanie ogniw, stringów, szkła i dużych laminatów stwarza okazje do pęknięć, zarysowań i dryfu ustawienia.

Powtarzalna precyzja to kolejny. Umieszczanie stringów, geometria łączenia, dozowanie kleju, obramowanie i pozycjonowanie testowe korzystają, gdy ten sam kontrolowany ruch musi być wykonywany moduł po module.

Przekazania również zasługują na uwagę. Automatyczny transfer może zmniejszyć kolejki i ręczne interwencje, ale tylko wtedy, gdy połączone stacje korzystają z kompatybilnych referencji, logiki cyklu, zabezpieczeń i odzyskiwania po awarii.

Wreszcie automatyzacja może poprawić gromadzenie danych. Odczytywanie kodów kreskowych, wybór receptury, przesyłanie wyników testów i kierowanie odrzutów stają się bardziej niezawodne, gdy są wbudowane w proces, a nie rejestrowane później.

Praca ręczna wciąż ma swoje miejsce. Może zapewnić elastyczność podczas produkcji pilotażowej, rozwoju produktu, pracy przy mniejszej wydajności lub na etapach, gdzie osąd jest cenniejszy niż szybkość. Kompromis polega na tym, że proces musi definiować szkolenie, kontrolę, ergonomię i identyfikowalność równie starannie jak automatyczna stacja definiuje czujniki i blokady.

Układ zaczyna się od danych wejściowych, a nie od planu piętra

Dostawca nie może zaprojektować użytecznej linii produkcyjnej wyłącznie na podstawie rocznego celu wydajności. Roczna produkcja jest podsumowaniem wielu założeń operacyjnych. Układ potrzebuje samych założeń.

Te dane wejściowe zapobiegają również powszechnemu błędowi w układzie: najpierw rysowaniu schludnej linii, a następnie dopasowywaniu do niej przepływu produktu i materiału. Lepsza sekwencja to definicja produktu, przepływ procesu, bramki jakości, model cyklu, konfiguracja sprzętu, a na końcu szczegółowy plan piętra.

Źródła i powiązane lektury

• Podstawy produkcji paneli fotowoltaicznych — Departament Energii USA

• Katalog sprzętu do produkcji paneli słonecznych Ooitech

• W pełni automatyczna linia produkcyjna paneli słonecznych Ooitech

• Jakie maszyny są używane do produkcji paneli słonecznych? — Ooitech

Projektuj wstecz od modułu, który musisz wyprodukować

Linia produkcyjna staje się łatwiejsza do określenia, gdy projekt definiuje trzy wyniki: poprawny obwód, trwały laminat i gotowy moduł wsparty zapisami testów i identyfikowalności. Wybór maszyn następuje wtedy zgodnie z procesem, a nie jako jego substytut.

Ooitech może konfigurować i dostarczać systemy produkcji paneli słonecznych dla klientów na całym świecie, od fabryk z asystą operatora po linie o wysokiej automatyzacji, z doborem sprzętu, układem fabryki, instalacją, uruchomieniem, szkoleniem i wsparciem posprzedażowym dopasowanym do zamierzonego modułu i planu produkcyjnego.