Jakie maszyny są używane do produkcji paneli słonecznych?

Wejdź do fabryki paneli słonecznych i nie zobaczysz jednej gigantycznej maszyny przetwarzającej surowce w gotowe panele. To, co faktycznie widzisz, to połączona linia produkcyjna, w której każda maszyna wykonuje określoną część zadania: cięcie ogniw, lutowanie ich w stringi, układanie stringów, laminowanie modułu, montaż ramy i na koniec testowanie gotowego panelu.

Brzmi to dość prosto na papierze. W rzeczywistej produkcji każdy proces wpływa na następny. Mały błąd pozycjonowania podczas układania może stać się pęcherzem lub defektem wyrównania po laminacji. Słabe połączenie lutowane może wyglądać dobrze dla ludzkiego oka, ale pojawiać się jako ciemny obszar podczas inspekcji EL.

Dlatego dobra linia produkcyjna paneli słonecznych musi działać jako jeden zrównoważony system, a nie jako przypadkowy zbiór maszyn.

Zanim przyjrzymy się sprzętowi, jest jedno ważne rozróżnienie.

Ten artykuł dotyczy linii produkcyjnej modułów słonecznych—fabryki, która kupuje gotowe ogniwa słoneczne i montuje je w panele słoneczne. Produkcja ogniw słonecznych z płytek krzemowych to inny proces, obejmujący sprzęt do obróbki mokrej, piece dyfuzyjne, systemy PECVD lub ALD, drukarki sitowe, piece wypalające i inne specjalistyczne maszyny.

Jakie maszyny są więc używane do produkcji gotowego panelu słonecznego?

1. Tester i sortownik ogniw słonecznych

Ogniwa słoneczne z tej samej partii produkcyjnej nie zawsze są identyczne elektrycznie. Ich prąd, napięcie i maksymalna moc mogą się nieznacznie różnić. Jeśli ogniwa o znacząco różnych charakterystykach elektrycznych zostaną połączone w tym samym stringu, ogniwo o najniższej wydajności może ograniczyć wydajność całego stringu.

Tester ogniw słonecznych mierzy parametry takie jak:

• Napięcie obwodu otwartego

• Prąd zwarciowy

• Maksymalna moc

• Sprawność ogniwa

• Charakterystyka I-V

System sortowania grupuje następnie ogniwa o podobnej wydajności.

Niektóre linie produkcyjne wykorzystują również automatyczną kontrolę optyczną lub kontrolę EL na poziomie ogniwa, aby zidentyfikować uszkodzone krawędzie, ukryte pęknięcia, zanieczyszczenia i obszary nieaktywne elektrycznie, zanim ogniwa trafią do procesu łączenia.

Może się to wydawać małym krokiem, ale dokładne sortowanie pomaga zmniejszyć niedopasowanie elektryczne i poprawia spójność gotowych modułów.

2. Laserowa maszyna do cięcia ogniw słonecznych

Większość nowoczesnych modułów słonecznych wykorzystuje ogniwa cięte na pół. Moduły dachówkowe i inne specjalne konstrukcje mogą wykorzystywać jeszcze mniejsze fragmenty ogniw. W takich przypadkach pełnowymiarowe ogniwa słoneczne muszą być podzielone przed łączeniem.

Laserowa maszyna do cięcia ogniw słonecznych precyzyjnie rysuje i oddziela ogniwa. W zależności od konstrukcji modułu, może ciąć ogniwa na połowy, trzecie lub mniejsze kawałki.

Stosowane są dwie powszechne metody cięcia:

• Konwencjonalne laserowe rysowanie, a następnie mechaniczne łamanie

• Bezzniszczeniowe cięcie laserowe zaprojektowane w celu zmniejszenia naprężeń mechanicznych i termicznych

Cięcie bezzniszczeniowe staje się coraz ważniejsze, ponieważ ogniwa stają się cieńsze i większe. Mikropęknięcia powstałe podczas cięcia mogą się rozszerzać podczas łączenia, laminowania, transportu lub długotrwałej pracy na zewnątrz.

Jeśli fabryka produkuje tylko moduły z pełnymi ogniwami, laserowa maszyna do cięcia może nie być konieczna. Jednak w przypadku produkcji modułów z ogniwami ciętymi na pół i dachówkowych jest to kluczowy element linii.

3. Maszyna do łączenia taśm i ogniw

Maszyna do łączenia taśm i ogniw jest często uważana za serce linii produkcyjnej paneli słonecznych.

Jej głównym zadaniem jest lutowanie taśmy fotowoltaicznej do poszczególnych ogniw i łączenie ogniw szeregowo w celu utworzenia stringów ogniw. Nowoczesne maszyny zwykle łączą zarówno łączenie taśm, jak i łączenie ogniw w jeden automatyczny proces.

Maszyna do łączenia taśm i ogniw zazwyczaj obsługuje:

• Ładowanie i separację ogniw

• Pozycjonowanie ogniw

• Podawanie taśmy

• Aplikację topnika

• Lutowanie

• Wyrównanie stringów

• Cięcie i odrzut stringów

• Kontrola wizyjna

Prawidłowa metoda łączenia stringów zależy od technologii ogniw.

Ogniwa PERC i TOPCon mogą być zazwyczaj przetwarzane za pomocą konwencjonalnych łączarek wieloszpulkowych. Ogniwa HJT mogą wymagać lutowania w niższej temperaturze, ponieważ są bardziej wrażliwe na ciepło. Ogniwa BC, IBC, ABC i HPBC wymagają specjalistycznego sprzętu do lutowania kontaktów tylnych, ponieważ ich dodatnie i ujemne styki znajdują się po stronie tylnej.

Wybór łączarki powinien zatem opierać się na rozmiarze ogniwa, projekcie szyn zbiorczych, typie taśmy, temperaturze lutowania i strukturze modułu – a nie tylko na deklarowanej liczbie ogniw na godzinę.

4. Inline EL Inspection Stringów

Kontrola EL stringów jest zazwyczaj opcjonalną funkcją zintegrowaną z łączarką, a nie całkowicie oddzielną maszyną.

W praktyce większość producentów wybiera tę opcję, szczególnie przy produkcji modułów z ogniwami TOPCon, HJT lub BC. W przypadku tych technologii ogniw słabe połączenia lutowane, ukryte pęknięcia i nieaktywne elektrycznie obszary mogą być trudne do zidentyfikowania podczas zwykłej kontroli wizualnej.

Inline EL Inspection sprawdza string natychmiast po lutowaniu. Do połączonych ogniw przykładany jest prąd, a kamera czuła na podczerwień rejestruje obraz elektroluminescencji. Pęknięcia, obszary odłączone i słabe połączenia elektryczne pojawiają się jako nieprawidłowe ciemne obszary.

Pozwala to na usunięcie wadliwych stringów przed układaniem i laminowaniem, gdy naprawa lub wymiana jest jeszcze stosunkowo łatwa.

Offline'owy tester EL stringów może być nadal używany do próbkowania, ponownej kontroli lub analizy laboratoryjnej, ale zwykle nie jest wymagany jako oddzielne stanowisko produkcyjne, gdy łączarka zawiera już inline EL Inspection.

5. Załadunek i kontrola szkła solarnego

Szkło solarne dostarczane do nowoczesnych fabryk modułów jest zazwyczaj myte i przygotowywane przez producenta szkła. Z tego powodu dedykowana myjka do szkła nie jest zazwyczaj wymagana w standardowej linii produkcyjnej paneli słonecznych.

Automatyczny podajnik szkła umieszcza przygotowane szkło na przenośniku. Przed ułożeniem EVA lub POE szkło jest sprawdzane pod kątem:

• Kurzu i zanieczyszczeń powierzchniowych

• Zarysowań

• Uszkodzeń krawędzi

• Odprysków szkła

• Wad powłoki

• Nieprawidłowych wymiarów

Przednie szkło stanowi podstawę stosu modułu, dlatego jego pozycja musi pozostać stabilna podczas kolejnych procesów układania materiałów i ogniw.

6. Maszyny do cięcia i układania EVA, POE i backsheet

Przed układaniem, materiał enkapsulantu i warstwy tylnej muszą być przycięte do odpowiednich wymiarów modułu.

Automatyczna maszyna do cięcia i układania może przygotowywać materiały takie jak:

• Folia EVA

• Folia POE

• TPT lub inne backsheety

• Paski izolacyjne

• Materiały izolacyjne szyn zbiorczych

Po cięciu maszyna automatycznie układa enkapsulant na szkle.

W przypadku modułów szkło-szkło, polimerowy backsheet jest zastępowany drugą taflą szkła. Układ linii, laminator i sprzęt do obsługi muszą być zaprojektowane z uwzględnieniem dodatkowego ciężaru i innej struktury modułu.

Małe fabryki mogą ciąć EVA i backsheet ręcznie. Automatyczne cięcie i układanie staje się bardziej opłacalne wraz ze wzrostem mocy produkcyjnej, ponieważ poprawia spójność wymiarową i zmniejsza odpady materiałowe.

7. Automatyczna maszyna do układania (layup)

Automatyczna maszyna do układania pobiera gotowe stringi ogniw i umieszcza je na szkle i enkapsulancie.

Jest to proces precyzyjny. Odstępy między stringami, wyrównanie ogniw oraz odległość między ogniwami a krawędziami szkła muszą mieścić się w określonych tolerancjach.

Słabe wyrównanie jest łatwe do zauważenia na gotowym panelu, ale wygląd to nie jedyny problem. Nieprawidłowe pozycje stringów mogą również wpływać na enkapsulację, uszczelnienie krawędzi i długoterminową niezawodność modułu.

Automatyczna maszyna do układania zazwyczaj używa:

• Roboty przemysłowe lub systemy bramowe

• Chwytaki próżniowe

• Kamery wizyjne

• Automatyczna korekcja pozycji

• Kontrola rozstawu stringów

• Detekcja pozycji szkła

Niektóre linie produkcyjne używają oddzielnej maszyny do układania. Inne łączą pozycjonowanie stringów, układanie i łączenie szyn w jednym zintegrowanym urządzeniu.

8. Maszyna do łączenia szyn

Po ułożeniu stringów należy je połączyć elektrycznie za pomocą taśmy szyn zbiorczych.

Automatyczna maszyna do łączenia szyn spawa lub lutuje końcówki stringów zgodnie z projektem elektrycznym modułu. Może również automatycznie zginać, ciąć i pozycjonować taśmy szyn zbiorczych.

Moduły półogniwowe wymagają szczególnej uwagi, ponieważ ich górna i dolna sekcja ogniw są zazwyczaj połączone równolegle. Punkt wyprowadzenia znajduje się zwykle w pobliżu środka panelu, a nie na górze.

Proces łączenia szyn musi kontrolować:

• Pozycja szyny zbiorczej

• Temperatura spawania lub lutowania

• Wytrzymałość połączenia

• Kształt taśmy

• Rozstaw stringów

• Pozycja taśmy wyprowadzającej

Słabe połączenie szyn może spowodować utratę mocy, nadmierne lokalne nagrzewanie lub całkowitą awarię obwodu.

Na małej, półautomatycznej linii łączenie szyn może być wykonane ręcznie za pomocą narzędzi do lutowania i szablonów pozycjonujących. Fabryki o większej wydajności zwykle używają automatycznych maszyn do łączenia szyn dla lepszej powtarzalności i wydajności.

9. Tester EL przed laminacją i kontrola wizualna

Przed laminacją zmontowany moduł powinien przejść kontrolę wizualną i test EL.

To ostatnia praktyczna okazja do naprawy wielu wad produkcyjnych. Operatorzy lub automatyczne systemy kontroli sprawdzają problemy takie jak:

• Pęknięte ogniwa

• Nieprawidłowo ułożone stringi

• Brakujące taśmy

• Słabe połączenia szyn

• Nieprawidłowe pozycje wyprowadzeń

• Zanieczyszczenia wewnątrz modułu

• Pofałdowany lub przesunięty enkapsulant

• Nieprawidłowe ułożenie backsheetu

Przedlaminacyjny tester EL sprawdza stan elektryczny całego obwodu ogniw przed trwałym uszczelnieniem.

Laminacja jest praktycznie nieodwracalna. Jeśli wada zostanie wykryta po laminacji, koszt naprawy jest znacznie wyższy, a w wielu przypadkach cały moduł musi zostać zezłomowany.

10. Laminator paneli słonecznych

Laminator uszczelnia szkło, folię enkapsulacyjną, ogniwa słoneczne i backsheet – lub tylne szkło – w jedną trwałą strukturę.

Wewnątrz laminatora próżnia usuwa uwięzione powietrze ze stosu modułu. Ciepło i ciśnienie następnie utwardzają EVA lub POE, łącząc wszystkie warstwy.

Receptura laminacji zależy od:

• Rodzaju folii enkapsulacyjnej

• Rozmiaru modułu

• Grubości szkła

• Struktury szkło-backsheet lub szkło-szkło

• Technologii ogniw

• Wymagań dostawcy materiałów

Typowy cykl laminacji może trwać od 10 do 20 minut, chociaż rzeczywisty czas różni się w zależności od materiałów i sprzętu.

Laminator jest często najwolniejszym głównym procesem na linii produkcyjnej. Fabryka może zatem potrzebować kilku laminatorów pracujących równolegle.

To ważny punkt przy obliczaniu zdolności produkcyjnej. Instalacja szybszych łączeniarek nie zwiększy końcowej wydajności modułów, jeśli sekcja laminacji nie może przetwarzać paneli w tym samym tempie.

Jakość laminacji bezpośrednio wpływa na przyczepność, izolację elektryczną, odporność na wilgoć i oczekiwaną żywotność modułu.

11. Sprzęt do przycinania i kontroli polaminacyjnej

Po laminacji nadmiar EVA, POE lub backsheet pozostaje wokół krawędzi modułu. Materiał ten musi zostać usunięty przed ramowaniem.

Na małej linii operatorzy mogą przycinać krawędzie ręcznie. Wysokowydajna linia automatyczna zwykle używa maszyny do przycinania krawędzi.

Laminowany moduł jest również sprawdzany pod kątem:

• Pęcherzyków powietrza

• Delaminacji

• Przelewu folii enkapsulacyjnej

• Zarysowań

• Uszkodzenia szkła

• Ruch ogniw

• Przemieszczenie ogniw

• Zanieczyszczenie wewnątrz laminatu

Automatyczne jednostki obrotowe ułatwiają inspekcję obu stron modułu bez konieczności ręcznego podnoszenia.

12. Maszyna do klejenia i montażu ramy

Większość konwencjonalnych paneli słonecznych wykorzystuje aluminiową ramę do ochrony krawędzi szkła i zapewnienia mechanicznego wsparcia podczas transportu i instalacji.

Sekcja montażu ramy może obejmować:

• Automatyczna maszyna do klejenia ram

• System podawania profili aluminiowych

• Urządzenie do wkładania narożników

• Maszyna do montażu ram

• Pneumatyczna lub hydrauliczna maszyna do montażu ram

• Urządzenie do wykrawania ram

Uszczelniacz jest nakładany wewnątrz profili aluminiowych przed dociśnięciem czterech segmentów ramy wokół laminowanego modułu.

Gotowa rama musi być kwadratowa, stabilna i odpowiednio uszczelniona. Typowe wady montażu ramy to luźne narożniki, niedostateczna ilość uszczelniacza, nadmiar uszczelniacza, zarysowania i nieprawidłowe wymiary ramy.

Moduły bezramowe typu szkło-szkło mogą nie wymagać tego procesu, w zależności od konstrukcji produktu.

13. Maszyny do montażu puszek przyłączeniowych

Puszka przyłączeniowa zbiera wyjście elektryczne z obwodu ogniw i zapewnia połączenie między modułem a zewnętrznym systemem PV.

Proces montażu puszki przyłączeniowej może obejmować:

• Pozycjonowanie puszki przyłączeniowej

• Dozowanie silikonu lub kleju

• Lutowanie wyprowadzeń taśmowych

• Automatyczne spawanie zacisków

• Wypełnianie klejem AB

• Zalewanie

• Kontrola kabli i złączy

Maszyna do lutowania skrzynek przyłączeniowych łączy wyprowadzenia modułu z zaciskami skrzynki przyłączeniowej. Urządzenie do dozowania lub zalewania nakłada następnie uszczelniacz lub materiał wypełniający, aby chronić połączenia elektryczne przed wilgocią, ruchem i korozją.

Materiał klejący i zalewowy musi otrzymać wystarczający czas utwardzania przed końcowym testowaniem i pakowaniem.

14. Końcowy tester EL

Drugi test EL jest zwykle wykonywany po laminacji lub końcowym montażu modułu.

Ten test jest konieczny, ponieważ nowe mikropęknięcia mogą powstać podczas laminacji, przycinania, ramowania lub obsługi materiału.

Końcowy obraz EL może ujawnić:

• Mikropęknięcia ogniw

• Pęknięte ogniwa

• Odłączone palce

• Słabe połączenia lutowane

• Pęknięte szyny zbiorcze

• Nieaktywne elektrycznie obszary

• Przerwy w stringach

Automatyczne oprogramowanie do analizy obrazu może pomóc w klasyfikacji defektów, ale producent nadal potrzebuje jasnych standardów akceptacji. System musi określić, które defekty są akceptowalne, które wymagają poprawek, a które skutkują odrzuceniem.

15. Symulator słońca i tester I-V

Symulator słońca, znany również jako tester błyskowy lub tester I-V, mierzy parametry elektryczne gotowego panelu słonecznego w kontrolowanym oświetleniu.

Tester rejestruje parametry, w tym:

• Maksymalna moc

• Napięcie obwodu otwartego

• Prąd zwarciowy

• Napięcie robocze

• Prąd roboczy

• Współczynnik wypełnienia

• Sprawność modułu

• Pełna krzywa I-V

Zmierzona moc jest używana do klasyfikacji panelu i wygenerowania jego tabliczki znamionowej lub etykiety produkcyjnej.

Symulator słońca powinien mieć odpowiednie dopasowanie widmowe, równomierność oświetlenia i stabilność. Jego prędkość testowania musi również odpowiadać wydajności produkcyjnej reszty linii. W przeciwnym razie gotowe panele zaczną się gromadzić przed stanowiskiem testowym.

16. Sprzęt do testowania bezpieczeństwa

Wyjście elektryczne to tylko jedna część końcowej kontroli jakości. Panel musi być również bezpieczny elektrycznie.

Typowy sprzęt do testów bezpieczeństwa obejmuje:

• Tester wytrzymałości dielektrycznej (Hi-pot)

• Tester rezystancji izolacji

• Tester ciągłości uziemienia

• Tester prądu upływu

Test Hi-pot przykłada wysokie napięcie między wewnętrznym obwodem elektrycznym a ramą modułu w celu weryfikacji integralności izolacji.

Test ciągłości uziemienia mierzy połączenie elektryczne między ramą aluminiową a jej punktami uziemienia. Test izolacji sprawdza, czy moduł może działać bezpiecznie bez niebezpiecznych ścieżek upływu.

Są to niezbędne testy produkcyjne, a nie opcjonalne kontrole jakości.

17. Linia etykietowania, sortowania i pakowania

Po przejściu panelu przez kontrolę elektryczną, bezpieczeństwa, EL i wizualną, fabryka drukuje etykietę produktu i rejestruje końcowe wyniki testów.

Każdy moduł normalnie otrzymuje unikalny numer seryjny. Na linii automatycznej numer ten może być powiązany z systemem MES lub systemem identyfikowalności.

Fabryka może następnie prześledzić gotowy moduł z powrotem do informacji takich jak:

• Partia ogniw słonecznych

• Dane produkcyjne z łączenia taśm

• Obrazy EL

• Stanowisko układania

• Parametry laminatora

• Stanowisko ramowania

• Wynik testu I-V

• Wynik testu bezpieczeństwa

• Data produkcji i zmiana

Gotowe moduły są sortowane według klasy mocy, układane z materiałami ochronnymi i pakowane do transportu.

Pakowanie może wydawać się prostym procesem, ale nieprawidłowe układanie lub niewystarczająca ochrona mogą uszkodzić dobre moduły, zanim dotrą na plac budowy.

Półautomatyczny czy w pełni automatyczny?

Fabryka paneli słonecznych nie zawsze potrzebuje pełnej automatyzacji.

Linie półautomatyczne są często odpowiednie dla projektów pilotażowych, regionalnych producentów i fabryk o niższej planowanej wydajności. Operatorzy mogą ręcznie obsługiwać bussing, przygotowanie materiałów, przycinanie, montaż skrzynek przyłączeniowych i kontrolę wizualną.

W pełni automatyczne linie dodają obsługę robotyczną, automatyczne przenośniki, zintegrowane systemy kontroli, bufory produkcyjne i identyfikowalność danych. Zapewniają wyższą przepustowość i bardziej spójną kontrolę procesu, ale wymagają również silniejszych zdolności konserwacyjnych i lepszego zarządzania produkcją.

Właściwy poziom automatyzacji zależy od:

• Planowanej rocznej wydajności

• Projektu modułu

• Technologii ogniw

• Dostępnych inwestycji

• Lokalnych warunków pracy

• Wymagań dotyczących jakości produktu

• Planów przyszłej rozbudowy

Nie wybieraj każdej maszyny osobno

Największa maszyna nie zawsze jest najważniejsza, a najszybsza maszyna nie tworzy automatycznie najszybszej linii produkcyjnej.

Wydajność musi być zrównoważona pomiędzy cięciem ogniw, łączeniem taśm, układaniem, bussingiem, laminowaniem, ramowaniem, montażem skrzynek przyłączeniowych i testowaniem końcowym.

Fabryka potrzebuje również systemów wspomagających, takich jak:

• Automatyczne przenośniki

• Bufory produkcyjne

• Sprężarki powietrza

• Systemy próżniowe

• Chillery

• Magazynowanie materiałów

• Oprogramowanie MES i do identyfikowalności

• Przestrzeń konserwacyjna

• Obszary kontroli jakości

Projekt modułu musi być potwierdzony przed wyborem sprzętu. Linia zaprojektowana dla konwencjonalnych modułów PERC full-cell może nie być odpowiednia dla wielkoformatowych ogniw TOPCon half-cell, modułów HJT, ogniw BC lub ciężkich paneli szklano-szklanych bez wymiany kilku maszyn.

Realistyczny plan fabryki powinien zatem zaczynać się od docelowej specyfikacji modułu i rocznej wydajności produkcyjnej. Ostateczna lista maszyn pojawia się po tym.

Nasze podejście jest proste: niezawodna fabryka paneli słonecznych to nie sterta imponujących maszyn, ale zrównoważony system produkcyjny, a Ooitech może dostarczyć kompletne linie produkcyjne paneli słonecznych o mocy od 5 MW do 1,2 GW, zarówno półautomatyczne, jak i w pełni automatyczne, wraz z projektem układu fabryki, instalacją, szkoleniem, wsparciem surowcowym i globalnym serwisem posprzedażowym.