Proces i technologia produkcji modułów słonecznych

Krótka odpowiedź: Łańcuch przemysłu fotowoltaicznego ma cztery etapy: polikrzem, wafer, ogniwo fotowoltaiczne i moduł. Moduł znajduje się na końcu, między gotowym ogniwem a zainstalowanym systemem PV. Produkcja modułów polega na przekształceniu delikatnych pojedynczych ogniw w szczelną, oramowaną, odporną na warunki atmosferyczne jednostkę: ogniwa są lutowane w łańcuchy, łańcuchy są układane z enkapsulantem EVA między przednią szybą a tylną folią, stos jest laminowany w próżni i pod wpływem ciepła, a następnie ramowany, wyposażany w puszkę przyłączeniową i testowany na testerze IV. Cięcie ogniw na połówki i układy wieloszynowe zmieniły każdy z tych etapów, zwiększając moc i zmniejszając straty rezystancyjne. Ponieważ pojedyncze ogniwo wytwarza tylko kilka watów przy około 0,6 V, to właśnie etap montażu pozwala uzyskać użyteczny moduł o mocy od 400 W do 700 W. Moduł jest również miejscem, w którym wszystkie problemy jakościowe z wcześniejszych etapów stają się widoczne jako straty wydajności.

Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech

Wprowadzenie do modułów fotowoltaicznych

Łańcuch przemysłowy fotowoltaiki 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 jedynie ograniczoną ilość energii elektrycznej. Ogniwa muszą być połączone szeregowo i zalaminowane w moduł, zanim będą mogły służyć jako użyteczne źródło zasilania. Moduł PV jest zatem najmniejszym niepodzielnym urządzeniem słonecznym zdolnym samodzielnie dostarczać prąd stały. Jako najmniejsza efektywna jednostka wytwarzająca energię, składa się z dziewięciu kluczowych komponentów: ogniw słonecznych, taśm łączących, szyn zbiorczych, szkła hartowanego, EVA, backsheet, ramy ze stopu aluminium, uszczelniacza oraz puszka przyłączeniowa.

Spośród czterech etapów łańcucha PV segment modułów najwcześniej rozwinął się i dojrzał w Chinach.

Produkcja modułów obejmuje głównie dwa kluczowe kroki: łączenie ogniw i laminowanie. Łączenie ogniw determinuje wydajność elektryczną modułu. Standardowa liczba ogniw w module PV to 60 lub 72 ogniwa, połączone 10 lub 12 taśmami miedzianymi pełniącymi funkcję szyn zbiorczych, z sześcioma grupami połączonymi w jeden moduł.

Oczekuje się, że moduł PV będzie działał co najmniej 25 lat, dlatego musi wytrzymywać obciążenia środowiskowe i zapewniać pewną wytrzymałość mechaniczną. Po połączeniu ogniw materiały układa się zazwyczaj od dołu do góry jako szkło hartowane, EVA, ogniwa i folia tylna, a następnie łączy się je przez laminowanie. Folia tylna i szkło hartowane zamykają ogniwa i EVA w środku, natomiast rama aluminiowa i uszczelniacz chronią i uszczelniają krawędzie.

Ogólny przebieg produkcji modułu można podzielić na: lutowanie, układanie, laminowanie, testy EL, ramowanie, montaż skrzynki przyłączeniowej, czyszczenie, testy IV, kontrolę końcową i pakowanie. Spośród nich lutowanie i laminowanie mają najwyższą zawartość techniczną i wartość.

Sprzęt stosowany w produkcji modułów

Wyposażenie modułu odpowiada bezpośrednio każdemu etapowi procesu produkcyjnego. Główne maszyny obejmują cięcia laserowego maszyn, tabber stringery, automatyczne urządzenia do układania, laminatory i automatyczne linie produkcyjne.

Patrząc na poszczególne etapy: etap lutowania wymaga maszyn do cięcia laserowego, maszyn do spawania szyn zbiorczych i stringerów do łączenia ogniw; etap układania wykorzystuje maszyny do umieszczania szablonów; etap laminowania wymaga laminatora; etap testowania EL wymaga testera EL; etap ramowania wymaga automatycznych urządzeń do umieszczania ram i maszynę do ramowaniaów; etap skrzynki przyłączeniowej wymaga maszyny do lutowania skrzynki przyłączeniowej; etap czyszczenia wymaga urządzeń do obracania modułów; etap testowania IV wykorzystuje tester krzywej IV; kontrola końcowa wymaga jednostki do obracania i kontroli; a pakowanie wymaga linii pakującej.

Poza pojedynczymi maszynami, dostawcy wyposażenia mogą również dostarczyć w pełni zautomatyzowane linie montażowe modułów obejmujące każdy etap, umożliwiając realizację projektów pod klucz.

Jakość i koszt modułów ogniw słonecznych bezpośrednio wpływają na jakość i koszt całego systemu. Jak więc faktycznie 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. Znacząco redukuje to straty elektryczne na taśmach i poprawia współczynnik ogniwo-do-modułu (CTM) modułu.

Przerwy między ogniwami w module półogniwowym są większe, co nieznacznie zwiększa ilość światła odbijanego od szkła z powrotem na ogniwa. Im wyższy prąd ogniwa, tym większe korzyści płynące z technologii półogniwowej.

Proces produkcji modułów

Proces produkcji modułów zazwyczaj przechodzi przez siedem etapów: łączenie w stringi, układanie, laminację, ramowanie, montaż skrzynki przyłączeniowej, utwardzanie i testowanie, przed końcowym pakowaniem i dostarczeniem na rynek. W przeciwieństwie do modułów pełnoogniwowych, moduły półogniwowe realizują cięcie ogniw na etapie modułu, dodając krok cięcia za pomocą maszyny do cięcia laserowego, po którym procesy łączenia w stringi i układania są dostosowywane. Po stronie ogniw technologia półogniwowa wymaga dostosowania układu ogniw.

Łączenie w stringi

Za pomocą taśm (ręcznie lub automatycznie) przód i tył każdego ogniwa są lutowane razem, tworząc połączony szeregowo string ogniw.

Kluczowe kontrole procesu: zimne lutowanie, przegrzane lutowanie, pękanie ogniw i wytrzymałość spoiny na rozciąganie.

Główny układ modułów półogniwowych przyjmuje konstrukcję dwusekcyjną (jak pokazano). Górna i dolna połowa są połączone równolegle i wykorzystują diody bocznikujące. Punkt wyprowadzenia zmienia się z górnej części modułu pełnogniwowego na środek, co czyni go odpowiednim do instalacji pionowej.

Układanie

Po połączeniu i kontroli ogniw, ogniwa, szkło, przycięta folia EVA i folia tylna są układane w określonej kolejności w przygotowaniu do laminowania. Podczas układania względne pozycje ogniw i materiałów takich jak szkło pozostają stałe, a odstępy między ogniwami są regulowane, aby zapewnić dobre podstawy do laminowania. Kolejność układania od dołu do góry: szkło, EVA, ogniwa, EVA, włókno szklane i folia tylna.

Laminacja

Ułożony 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 folię tylną razem. Na koniec moduł jest chłodzony i wyjmowany. Laminowanie jest krytycznym etapem produkcji modułów, a temperatura i czas laminowania są określane przez właściwości EVA. Przy użyciu zwykłej EVA czas cyklu laminowania wynosi około 10 do 15 minut, a temperatura utwardzania 135 do 145 stopni Celsjusza.

Kluczowe kontrole procesu: pęcherze, zarysowania, wgniecenia, wybrzuszenia i pęknięcia ogniw.

Warto zauważyć, że przed laminowaniem wymagana jest ścisła kontrola wyglądu i testowanie EL, aby zapewnić wydajność i bezpieczeństwo modułu.

Kontrola wyglądu

Kontrola EL

Ramy

Rama chroni krawędzie i narożniki hartowanego szkła modułu oraz laminowanego modułu, ułatwiając późniejszą instalację.

Kluczowe kontrole procesu: wgniecenia, otarcia, zarysowania, brakujące otwory montażowe, wyciek uszczelniacza na tyle, pęcherze i brak uszczelniacza.

Instalacja skrzynki przyłączeniowej

Skrzynka przyłączeniowa łączy i chroni moduł PV, jednocześnie przewodząc prąd generowany przez moduł na zewnątrz dla użytkownika.

Kluczowe kontrole procesu: pęcherze i wyciek uszczelniacza.

Utwardzanie

Uszczelniacz wstrzyknięty podczas wcześniejszych etapów ramowania i instalacji skrzynki przyłączeniowej jest utwardzany, aby wzmocnić uszczelnienie i chronić moduł przed surowymi warunkami zewnętrznymi.

Kluczowe kontrole procesu: czas utwardzania, temperatura i wilgotność.

Testowanie

Parametry wydajności elektrycznej są mierzone w celu określenia klasy modułu. Obejmuje to trzy główne testy: test wytrzymałości izolacji na przebicie, który sprawdza bezpieczeństwo między ramą a wewnętrznymi częściami czynnymi (ogniwami, taśmami 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.

Przepływ produkcji pojedynczego modułu PV

• Robot przemysłowy umieszcza pojedyncze ogniwa PV wielkości książki na linii produkcyjnej.

• Ułożone ogniwa PV są łączone i lutowane, przy czym lutuje się i tnie rząd 12 ogniw. Przed mechanizacją ta praca wymagała około czterech lub pięciu osób pracujących jednocześnie.

• Lutowane ogniwa PV przechodzą kontrolę jakości. Te bez problemów jakościowych są wysyłane bezpośrednio do następnego etapu w celu ułożenia i uporządkowania.

• Ogniwa PV są układane w sześć rzędów po 12 ogniw w każdej grupie.

• Przeprowadza się podgrzewanie, klejenie i nakładanie folii.

• Pierwsza warstwa to szkło, druga to EVA, w środku znajdują się ogniwa PV, czwarta to ponownie EVA, a piąta to folia tylna, stosowana do wodoodporności i odporności na korozję.

• Grupa modułów PV monokrystalicznych ma pięć warstw. Laminowanie łączy te pięć warstw w jedną.

• Po laminowaniu i czterech godzinach utwardzania na zimno wykonuje się ręczne usuwanie kurzu i sprawdza się krawędzie oraz narożniki.

• Gotowy moduł PV przechodzi test funkcjonalny z symulowanym światłem słonecznym.

• Przeprowadza się kontrolę końcową i pakowanie.

Opinia Ooitech

Ooitech uważa: produkcja modułów fotowoltaicznych sprowadza się do precyzyjnego łączenia ogniw w łańcuchy i niezawodnego laminowania, a technologia ogniw połówkowych i rygorystyczne testy EL są kluczem do wyższej wydajności i długoterminowej niezawodności.