Proces produkcji i technologia modułów fotowoltaicznych
Spis treści
Wprowadzenie do modułów fotowoltaicznych
Łańcuch przemysłu fotowoltaicznego dzieli się na cztery etapy: polikrzem, płytka, ogniwo słoneczne i moduł. Moduł PV znajduje się na końcu łańcucha, pomiędzy ogniwem słonecznym a kompletnym systemem PV.
Pojedyncze ogniwo słoneczne wytwarza tylko ograniczoną ilość energii elektrycznej. Ogniwa muszą być połączone szeregowo i zamknięte w module, aby mogły służyć jako użyteczne źródło zasilania. Moduł PV jest zatem najmniejszym niepodzielnym urządzeniem słonecznym zdolnym do samodzielnego dostarczania prądu stałego. Jako najmniejsza efektywna jednostka wytwarzająca energię składa się z dziewięciu podstawowych komponentów: ogniw słonecznych, taśm łączących, szyn zbiorczych, szkła hartowanego, EVA, folii tylnej, ramy aluminiowej, uszczelniacza i skrzynki przyłączeniowej.
Spośród czterech etapów łańcucha PV, segment modułów był najwcześniej rozwinięty i dojrzały w Chinach.
Produkcja modułów obejmuje głównie dwa kluczowe etapy: łączenie ogniw i laminację. Łączenie ogniw determinuje wydajność elektryczną modułu. Standardowa liczba ogniw w module PV wynosi 60 lub 72, połączonych 10 lub 12 miedzianymi taśmami pełniącymi rolę szyn zbiorczych, z sześcioma grupami połączonymi w jeden moduł.
Moduł PV powinien działać co najmniej 25 lat, dlatego musi wytrzymywać obciążenia środowiskowe i zapewniać pewną wytrzymałość mechaniczną. Po połączeniu ogniw materiały są zazwyczaj układane od dołu do góry jako szkło hartowane, EVA, ogniwa i folia tylna, a następnie uszczelniane przez laminację. Folia tylna i szkło hartowane zamykają ogniwa i EVA wewnątrz, podczas gdy rama aluminiowa i uszczelniacz chronią i uszczelniają krawędzie.
Ogólny proces produkcji modułów można podzielić na: lutowanie, układanie, laminowanie, testowanie EL, ramkowanie, montaż skrzynki przyłączeniowej, czyszczenie, testy IV, kontrola końcowa i pakowanie. Spośród nich lutowanie i laminowanie mają najwyższą zawartość techniczną i wartość.
Sprzęt używany w produkcji modułów
Sprzęt modułowy odpowiada bezpośrednio każdemu etapowi procesu produkcyjnego. Główne maszyny to lasery tnące, łączarki taśmowe, automatyczne urządzenia do układania, laminatory i automatyczne linie produkcyjne.
Patrząc na poszczególne etapy: etap lutowania wymaga maszyn do cięcia laserowego, spawarek do szyn zbiorczych i łączników ogniw; etap układania wymaga maszyn do układania szablonów; etap laminowania wymaga laminatora; etap testów EL wymaga testera EL; etap ramkowania wymaga automatycznych maszyn do nakładania ram i ramkowania; etap skrzynki przyłączeniowej wymaga lutownicy do skrzynek przyłączeniowych; etap czyszczenia wymaga jednostek obracania modułów; etap testów IV wymaga testera krzywej IV; kontrola końcowa wymaga jednostki inspekcyjnej obracania; a pakowanie wymaga linii pakującej.
Oprócz pojedynczych maszyn, dostawcy sprzętu mogą również zapewnić w pełni zautomatyzowane linie montażowe modułów obejmujące wszystkie etapy, umożliwiając projekty pod klucz.
Jakość i koszt modułów fotowoltaicznych bezpośrednio wpływają na jakość i koszt całego systemu. Jak więc wygląda proces produkcji modułów?
Struktura modułu
Struktura modułu półogniwowego
W modułach półogniwowych ogniwa są przecięte na pół, dzięki czemu prąd roboczy każdego ogniwa jest zmniejszony o połowę. Znacznie zmniejsza to straty elektryczne na taśmach i poprawia współczynnik cell-to-module (CTM) modułu.
Szczeliny między ogniwami w module półogniwowym są większe, co nieznacznie zwiększa ilość światła odbitego od szkła z powrotem na ogniwa. Im wyższy prąd ogniwa, tym większa korzyść z technologii półogniwowej.
Proces produkcji modułów
Proces produkcji modułów przechodzi zazwyczaj przez siedem etapów: łączenie taśmowe, układanie, laminowanie, ramkowanie, montaż skrzynki przyłączeniowej, utwardzanie i testowanie, przed końcowym pakowaniem i dostarczeniem na rynek. W przeciwieństwie do modułów pełnoogniwowych, moduły półogniwowe implementują cięcie ogniw na etapie modułu, dodając krok cięcia za pomocą lasera tnącego, po czym dostosowuje się procesy łączenia taśmowego i układania. Po stronie ogniw technologia półogniwowa wymaga dostosowania układu ogniw.
Łączenie taśmowe
Za pomocą taśm (ręcznie lub automatycznie) przód i tył każdej ogniwa są lutowane razem, tworząc połączone szeregowo ogniwa.
Kluczowe kontrole procesu: zimne lutowanie, przelutowanie, pękanie ogniw oraz siła odrywania lutu.
Główny układ dla modułów półogniwowych przyjmuje konstrukcję dwusekcyjną (jak pokazano). Górna i dolna połowa są połączone równolegle i używają diod bocznikowych. Punkt wyprowadzenia zmienia się z góry modułu pełnoogniwowego na środek, co czyni go odpowiednim do montażu pionowego.
Layup
Po połączeniu łańcuchów ogniw i przejściu kontroli, łańcuchy ogniw, szkło, przycięty EVA oraz backsheet są układane w określonej kolejności w przygotowaniu do laminacji. Podczas układania względne pozycje łańcuchów ogniw i materiałów takich jak szkło są utrzymywane stałe, a odstępy między ogniwami są regulowane, aby zapewnić dobrą podstawę do laminacji. Kolejność układania od dołu do góry to: szkło, EVA, ogniwa, EVA, włókno szklane i backsheet.
Laminacja
Złożony zespół ogniw jest umieszczany w laminatorze. Powietrze wewnątrz modułu jest usuwane przez próżnię, następnie stosuje się ciepło w celu stopienia EVA, łącząc ogniwa, szkło i backsheet. Na koniec moduł jest chłodzony i wyjmowany. Laminacja jest krytycznym etapem produkcji modułów, a temperatura i czas laminacji są określane przez właściwości EVA. Przy użyciu zwykłego EVA czas cyklu laminacji wynosi około 10 do 15 minut, a temperatura utwardzania 135 do 145 stopni Celsjusza.
Kluczowe kontrole procesu: pęcherze, zarysowania, wgniecenia, wybrzuszenia i pękanie ogniw.
Warto zauważyć, że przed laminacją wymagana jest ścisła kontrola wyglądu i test EL, aby zapewnić wydajność i bezpieczeństwo modułu.
Kontrola wyglądu
Kontrola EL
Obróbka ramy
Rama chroni krawędzie i narożniki szkła hartowanego modułu oraz laminowanego modułu, ułatwiając późniejszy montaż.
Kluczowe kontrole procesu: wgniecenia, przetarcia, zarysowania, brakujące otwory montażowe, wyciek uszczelniacza na tył, pęcherze i brak uszczelniacza.
Montaż skrzynki przyłączeniowej
Skrzynka przyłączeniowa łączy i chroni moduł PV, jednocześnie wyprowadzając prąd generowany przez moduł do użytkownika.
Kluczowe kontrole procesu: pęcherze i wyciek uszczelniacza.
Utwardzanie
Uszczelniacz wstrzyknięty podczas wcześniejszych etapów montażu ramy i skrzynki przyłączeniowej jest utwardzany, aby wzmocnić uszczelnienie i chronić moduł przed trudnymi warunkami zewnętrznymi.
Kluczowe parametry procesu: czas utwardzania, temperatura i wilgotność.
Testowanie
Parametry wydajności elektrycznej są mierzone w celu określenia klasy modułu. Obejmuje trzy główne testy: test wytrzymałości izolacji, który sprawdza bezpieczeństwo między ramą a wewnętrznymi częściami pod napięciem (ogniwa, taśmy itp.) pod wysokim napięciem; test ciągłości uziemienia, który mierzy rezystancję między ramą a ziemią, aby potwierdzić, czy uziemienie ramy jest prawidłowe; oraz test IV, który mierzy parametry wydajności elektrycznej w celu określenia klasy modułu.
Proces produkcji pojedynczego modułu PV
Robot przemysłowy umieszcza pojedyncze ogniwa PV wielkości książki na linii produkcyjnej.
Ułożone ogniwa PV są łączone i lutowane, przy czym rząd 12 ogniw jest lutowany i cięty. Przed mechanizacją ta praca wymagała około czterech lub pięciu osób pracujących jednocześnie.
Zlute ogniwa PV przechodzą kontrolę jakości. Te bez wad są wysyłane bezpośrednio do następnego etapu w celu ułożenia i organizacji.
Ogniwa PV są układane w sześć rzędów po 12 ogniw w każdej grupie.
Przeprowadzane jest ogrzewanie, klejenie i nakładanie folii.
Pierwsza warstwa to szkło, druga to EVA, środkowa to ogniwa PV, czwarta to ponownie EVA, a piąta to backsheet, używany do wodoodporności i odporności na korozję.
Grupa modułów PV monokrystalicznych ma pięć warstw. Laminacja łączy te pięć warstw w jedną.
Po laminacji i czterogodzinnym chłodzeniu, przeprowadza się ręczne usuwanie kurzu oraz kontrolę krawędzi i narożników.
Gotowy moduł PV przechodzi test funkcjonalny w symulowanym świetle słonecznym.
Przeprowadzana jest końcowa kontrola i pakowanie.
Opinia Ooitech
Ooitech uważa: produkcja modułów fotowoltaicznych sprowadza się do precyzyjnego łączenia ogniw i niezawodnej laminacji, przy czym technologia półogniw i rygorystyczne testy EL są kluczem do wyższej wydajności i długoterminowej niezawodności.
