Podstawy PV: Maszyna do łączenia i łączenia ogniw słonecznych

W procesie produkcji modułów fotowoltaicznych, maszyna do łączenia i szeregowania ogniw słonecznych jest jednym z kluczowych urządzeń do budowania połączeń elektrycznych między ogniwami słonecznymi. Jej główną funkcją jest lutowanie pojedynczych ogniw słonecznych z taśmami łączącymi i łączenie ich szeregowo w celu utworzenia łańcucha ogniw o zaprojektowanym napięciu wyjściowym.

Stabilny proces szeregowania bezpośrednio wpływa na moc modułu, jakość wyglądu, wydajność EL oraz długoterminową niezawodność. Dla nowoczesnych fabryk modułów PV, zwłaszcza tych produkujących moduły MBB, półogniwowe, PERC, TOPCon, HJT lub inne zaawansowane, dokładność i spójność maszyny do łączenia i szeregowania są bardzo ważne.

Klasyfikacja maszyn do łączenia i szeregowania ogniw słonecznych

W zależności od poziomu automatyzacji i procesu lutowania, maszyny do łączenia i szeregowania można ogólnie podzielić na trzy typy.

Ręczna maszyna do łączenia i szeregowania

Ręczna maszyna do łączenia i szeregowania wymaga od operatorów ręcznego umieszczania ogniw słonecznych i taśm. Proces lutowania jest również wykonywany ręcznie lub przy użyciu bardzo prostych narzędzi pomocniczych.

Główne cechy:

• Niższy koszt inwestycji w sprzęt

• Odpowiednia do produkcji małoseryjnej, linii pilotażowych, testów laboratoryjnych lub celów szkoleniowych

• Niska wydajność produkcji

• Niższa dokładność pozycjonowania

• Wyższe ryzyko pękania ogniw i niespójności lutowania

Ręczne łączenie w stringi jest rzadko stosowane w dzisiejszych dużych fabrykach modułów PV, ale nadal można je spotkać w środowiskach badawczo-rozwojowych lub bardzo małych zakładach produkcyjnych.

Półautomatyczna łączarka taśmowa

Półautomatyczna łączarka taśmowa automatyzuje część procesu podawania ogniw lub lutowania taśm, podczas gdy niektóre kroki nadal wymagają ręcznej pomocy, takie jak obsługa stringów, łączenie lub załadunek i rozładunek.

Główne cechy:

• Średnia wydajność produkcyjna

• Odpowiednia dla małych i średnich linii produkcyjnych

• Niższa inwestycja w porównaniu z w pełni automatycznym sprzętem

• Wyższa zależność od umiejętności operatora

• Większe zróżnicowanie jakości lutowania niż w przypadku w pełni automatycznych maszyn

Sprzęt półautomatyczny może być rozwiązaniem przejściowym dla producentów modernizujących się z produkcji ręcznej do zautomatyzowanej produkcji modułów PV.

W pełni automatyczna łączarka taśmowa

W pełni automatyczna łączarka taśmowa wykonuje cały proces automatycznie, w tym ładowanie ogniw, pozycjonowanie ogniw, podawanie taśmy, lutowanie, transfer stringów i połączenie z następnym procesem produkcyjnym.

Główne cechy:

• Wysoka precyzja pozycjonowania, zazwyczaj około ±0,1 mm w zależności od konfiguracji maszyny

• Wysoka wydajność produkcyjna, często osiągająca około 6800 do 8000 ogniw na godzinę w przypadku głównych szybkich maszyn

• Stabilna jakość lutowania

• Odpowiednia do ciągłych linii produkcyjnych

• Lepsza kompatybilność z nowoczesnymi technologiami modułów PV, takimi jak MBB, półogniwa i formaty ogniw wysokowydajnych

Dla głównych producentów modułów fotowoltaicznych w pełni automatyczne łączarki taśmowe stały się standardowym wyborem, ponieważ wspierają wyższą wydajność, lepszą kontrolę procesu i mniejszą zależność od pracy ludzkiej.

Zasada działania i główny proces

Zasada działania łączarki taśmowej opiera się na dokładnym pozycjonowaniu ogniw, stabilnym podawaniu taśmy, kontrolowanej temperaturze lutowania i ciągłym formowaniu stringów. Chociaż różne marki maszyn mogą stosować różne układy mechaniczne, podstawowy proces jest podobny.

Ładowanie i transfer ogniw

Ogniwa słoneczne są najpierw oddzielane od kasety z ogniwami. W wielu maszynach do delikatnego rozdzielania ogniw i zmniejszania przyczepności między cienkimi płytkami stosuje się nóż powietrzny. Następnie dysze ssące, taśmy lub robotyczne systemy manipulacyjne podnoszą ogniwa i przesyłają je kolejno do stacji lutowniczej.

Ten etap musi być płynny i niskonaprężeniowy, ponieważ nowoczesne ogniwa słoneczne stają się coraz cieńsze, a przy nieodpowiednim sterowaniu siłą mogą pojawić się mikropęknięcia.

System wizyjnego pozycjonowania

System wizyjnego pozycjonowania zazwyczaj wykorzystuje przemysłowe kamery CCD lub CMOS do rejestracji punktów znacznikowych lub cech referencyjnych na ogniwie słonecznym. Po przetworzeniu obrazu system oblicza położenie ogniwa i odchylenie kątowe.

Następnie system sterowania ruchem prowadzi ramię mechaniczne lub platformę pozycjonującą, aby ustawić ogniwo we właściwej pozycji przed lutowaniem. Jest to niezbędne do uniknięcia przesunięcia taśmy, złego ustawienia i ukrytych wad lutowania.

Proces lutowania taśmy

Proces lutowania taśmy zazwyczaj obejmuje podgrzewanie wstępne i lutowanie.

Podgrzewanie wstępne:

Uchwyt lutowniczy lub obszar lutowania jest podgrzewany wstępnie przez strefę grzewczą, taką jak płyta grzejna lub lampa grzewcza. W wielu procesach temperatura jest podnoszona powyżej 110°C przed głównym etapem lutowania. Podgrzewanie wstępne pomaga zmniejszyć szok termiczny i poprawia zwilżanie lutowia.

Lutowanie:

Maszyna umieszcza taśmę pokrytą topnikiem na szynie zbiorczej lub linii siatki ogniwa słonecznego. Pod kontrolowanym ciśnieniem i temperaturą grzania warstwa lutowia na taśmie topi się i tworzy trwałe połączenie ze srebrną elektrodą ogniwa słonecznego.

Dobre lutowanie powinno zapewnić silną przyczepność, niską rezystancję szeregową, gładkie ułożenie taśmy oraz minimalne naprężenia termiczne lub mechaniczne na ogniwie.

Tworzenie łańcucha ogniw

Po lutowaniu ogniwa są łączone jedno po drugim, tworząc łańcuch ogniw o zadanej długości, np. 10 ogniw na łańcuch, 12 ogniw na łańcuch lub inne konfiguracje w zależności od projektu modułu.

Gotowy łańcuch ogniw jest następnie przenoszony do następnego procesu, takiego jak układanie, łączenie szyn, kontrola lub przygotowanie do laminacji.

Kluczowe technologie w maszynach Tabber Stringer

Precyzyjne pozycjonowanie

Precyzyjne pozycjonowanie zależy zarówno od systemu wizyjnego, jak i algorytmu sterowania ruchem. Kamery CCD lub CMOS rejestrują położenie ogniwa, a algorytmy sterowania, takie jak PID, pomagają maszynie szybko i dokładnie korygować ruch.

Dla wysokiej jakości produkcji błąd wyrównania między ogniwem a taśmą powinien być zazwyczaj kontrolowany w granicach 0,2 mm. Jeśli odchylenie jest zbyt duże, mogą wystąpić problemy, takie jak przesunięcie lutowania, słaby wygląd, zwiększona rezystancja szeregowa, a nawet ukryte ryzyka niezawodności.

Kontrola temperatury lutowania

Kontrola temperatury jest jednym z najważniejszych czynników w lutowaniu taśm. Temperatura lutowania musi być stabilna i zazwyczaj musi być utrzymywana w wąskim zakresie, np. ±5°C, w zależności od receptury procesu.

Typowe metody ogrzewania obejmują:

• Ogrzewanie podczerwienią: Szybki wzrost temperatury, odpowiednie dla cienkich taśm, zwłaszcza o grubości 0,15 mm lub mniejszej

• Ogrzewanie płytą grzejną: Lepsza równomierność temperatury, odpowiednie do lutowania o wysokiej niezawodności i stabilnej produkcji masowej

Jeśli temperatura jest zbyt niska, lut może się nie w pełni stopić, powodując słabe połączenia lutownicze lub zimne luty. Jeśli temperatura jest zbyt wysoka, może uszkodzić ogniwo, zwiększyć naprężenia termiczne lub wpłynąć na długoterminową niezawodność modułu.

Lutowanie o niskim uszkodzeniu

Nowoczesne ogniwa słoneczne są cieńsze i bardziej kruche niż ogniwa starszej generacji. W przypadku cienkich ogniw o grubości poniżej 130 μm należy starannie kontrolować nacisk mechaniczny i naprężenia termiczne.

Wiele maszyn stosuje systemy lutowania z miękkim kontaktem, takie jak sprężynowe głowice dociskowe. Nacisk jest zazwyczaj kontrolowany w zakresie od 5 do 15 N, w zależności od typu ogniwa, taśmy i metody lutowania.

Celem jest osiągnięcie wystarczającego kontaktu dla niezawodnego lutowania, przy jednoczesnym unikaniu pęknięć, ukrytych pęknięć, odprysków krawędzi lub nadmiernego wygięcia ogniwa.

Praktyczne zastosowania w produkcji modułów PV

Tabber stringer jest używany na etapie przedniego połączenia elektrycznego w produkcji modułów PV. Jego wydajność wpływa na kilka procesów downstream i końcową jakość modułu.

Typowe zastosowania obejmują:

• Standardowa produkcja modułów z krzemu krystalicznego

• Produkcja modułów połówkowych (half-cell)

• Produkcja modułów MBB i SMBB

• Linie modułów ogniw o wysokiej wydajności PERC, TOPCon, HJT i inne

• Linie pilotażowe dla nowych struktur modułów

• Automatyzacja fabryk od produkcji półautomatycznej do w pełni automatycznej

W kompletnej linii produkcyjnej modułów PV, łącznik taśm musi współpracować z systemami cięcia ogniw, układania, łączenia, testowania EL, laminowania, ramowania, montażu skrzynki przyłączeniowej, testowania IV i kontroli końcowej. Niedopasowanie wydajności lub stabilności procesu na etapie łączenia taśm może łatwo stać się wąskim gardłem całej fabryki.

Opinia Ooitech

Jako dostawca sprzętu współpracujący z różnymi układami produkcji modułów PV, Ooitech postrzega łącznik taśm jako coś więcej niż maszynę do lutowania; jest to kluczowy punkt kontroli procesu, który decyduje o tym, czy linia modułów może działać ze stabilną wydajnością i przewidywalną produkcją. Dla fabryk modernizujących się do produkcji MBB, TOPCon lub cieńszych ogniw, należy zwrócić uwagę nie tylko na nominalną wydajność, ale także na kontrolę taśmy, naprężenia podczas obsługi ogniw, równomierność temperatury oraz kompatybilność z dalszymi procesami układania i łączenia. Dobre rozwiązanie do łączenia taśm powinno być wybrane razem z pełnym projektem linii modułów, w przeciwnym razie szybki łącznik taśm może nie zapewnić rzeczywistej wydajności produkcji.