مبانی فتوولتائیک: دستگاه تاببر استرینگر سلول خورشیدی

در فرآیند تولید ماژول فتوولتائیک، دستگاه تاببر استرینگر سلول خورشیدی یکی از تجهیزات اصلی برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین سلول‌های خورشیدی است. وظیفه اصلی آن لحیم کردن سلول‌های خورشیدی منفرد با ریبون‌های اتصال و اتصال سری آن‌ها برای تشکیل یک رشته سلول با ولتاژ خروجی طراحی شده است.

یک فرآیند استرینگ پایدار به طور مستقیم بر توان ماژول، کیفیت ظاهری، عملکرد EL و قابلیت اطمینان بلندمدت تأثیر می‌گذارد. برای کارخانه‌های مدرن ماژول PV، به ویژه آنهایی که ماژول‌های MBB، نیم سلول، PERC، TOPCon، HJT یا سایر ماژول‌های پیشرفته تولید می‌کنند، دقت و ثبات تاببر استرینگر بسیار مهم است.

طبقه‌بندی دستگاه‌های تاببر استرینگر سلول خورشیدی

با توجه به سطح اتوماسیون و فرآیند لحیم کاری، دستگاه‌های تاببر استرینگر معمولاً به سه نوع تقسیم می‌شوند.

تاببر استرینگر دستی

یک تاببر استرینگر دستی نیاز دارد که اپراتورها سلول‌های خورشیدی و ریبون‌ها را به صورت دستی قرار دهند. فرآیند لحیم کاری نیز به صورت دستی یا با ابزارهای کمکی بسیار ساده انجام می‌شود.

ویژگی‌های اصلی:

• هزینه سرمایه‌گذاری کمتر تجهیزات

• مناسب برای تولید در مقیاس کوچک، خطوط پایلوت، آزمایشگاه یا اهداف آموزشی

• بازده تولید پایین

• دقت موقعیت‌یابی پایین‌تر

• ریسک بالاتر شکست سلول و ناهماهنگی لحیم کاری

رشته‌کشی دستی امروزه به ندرت در کارخانه‌های بزرگ تولید پنل‌های خورشیدی استفاده می‌شود، اما همچنان در محیط‌های تحقیق و توسعه یا خطوط تولید بسیار کوچک دیده می‌شود.

رشته‌ساز نیمه‌اتوماتیک

یک رشته‌ساز نیمه‌اتوماتیک بخشی از فرآیند تغذیه سلول یا لحیم‌کاری نوار را خودکار می‌کند، در حالی که برخی مراحل همچنان نیاز به کمک دستی دارند، مانند جابجایی رشته، اتصال بین سلولی یا بارگیری و تخلیه.

ویژگی‌های اصلی:

• بازده تولید متوسط

• مناسب برای خطوط تولید کوچک و متوسط

• سرمایه‌گذاری کمتر نسبت به تجهیزات تمام اتوماتیک

• وابستگی بیشتر به مهارت اپراتور

• تنوع بیشتر در کیفیت لحیم‌کاری نسبت به ماشین‌های تمام اتوماتیک

تجهیزات نیمه‌اتوماتیک می‌توانند یک راه حل انتقالی برای تولیدکنندگانی باشند که از تولید دستی به تولید خودکار پنل‌های خورشیدی ارتقا می‌یابند.

رشته‌ساز تمام اتوماتیک

یک رشته‌ساز تمام اتوماتیک کل فرآیند را به صورت خودکار انجام می‌دهد، شامل بارگیری سلول، موقعیت‌یابی سلول، تغذیه نوار، لحیم‌کاری، انتقال رشته و اتصال با فرآیند تولید بعدی.

ویژگی‌های اصلی:

• دقت موقعیت‌یابی بالا، معمولاً حدود ±0.1 میلی‌متر بسته به پیکربندی ماشین

• ظرفیت تولید بالا، اغلب حدود 6800 تا 8000 سلول در ساعت برای ماشین‌های پرسرعت主流

• کیفیت لحیم‌کاری پایدار

• مناسب برای خطوط تولید پیوسته

• سازگاری بهتر با فناوری‌های مدرن پنل‌های خورشیدی مانند MBB، نیم‌سلول و فرمت‌های سلول با راندمان بالا

برای تولیدکنندگان اصلی پنل‌های فتوولتائیک، رشته‌سازهای تمام اتوماتیک به انتخاب استاندارد تبدیل شده‌اند زیرا از ظرفیت بالاتر، کنترل فرآیند بهتر و وابستگی کمتر به نیروی کار پشتیبانی می‌کنند.

اصل کار و فرآیند اصلی

اصل کار یک رشته‌ساز بر اساس موقعیت‌یابی دقیق سلول، تغذیه پایدار نوار، دمای لحیم‌کاری کنترل شده و تشکیل پیوسته رشته است. اگرچه برندهای مختلف ماشین ممکن است از چیدمان‌های مکانیکی متفاوتی استفاده کنند، فرآیند پایه مشابه است.

بارگیری و انتقال سلول

سلول‌های خورشیدی ابتدا از کاست سلول جدا می‌شوند. در بسیاری از ماشین‌ها، از چاقوی هوایی برای جدا کردن ملایم سلول‌ها و کاهش چسبندگی بین ویفرهای نازک استفاده می‌شود. سپس نازل‌های مکش، تسمه‌ها یا سیستم‌های رباتیک سلول‌ها را برداشته و به ترتیب به ایستگاه لحیم‌کاری می‌فرستند.

این مرحله باید نرم و با تنش کم باشد، زیرا سلول‌های خورشیدی مدرن نازک‌تر می‌شوند و اگر نیروی جابجایی به خوبی کنترل نشود، ممکن است ترک‌های میکروسکوپی ظاهر شوند.

سیستم موقعیت‌یابی بینایی

سیستم موقعیت‌یابی بینایی معمولاً از دوربین‌های CCD یا CMOS صنعتی برای ثبت نقاط مرجع یا ویژگی‌های مرجع روی سلول خورشیدی استفاده می‌کند. پس از پردازش تصویر، سیستم موقعیت و انحراف زاویه سلول را محاسبه می‌کند.

سپس سیستم کنترل حرکت، بازوی مکانیکی یا پلتفرم موقعیت‌یابی را هدایت می‌کند تا سلول را قبل از لحیم‌کاری به موقعیت صحیح تنظیم کند. این امر برای جلوگیری از جابجایی نوار، ناهم‌راستایی و عیوب پنهان لحیم‌کاری ضروری است.

فرآیند لحیم‌کاری نوار

فرآیند لحیم‌کاری نوار معمولاً شامل پیش‌گرمایش و لحیم‌کاری است.

پیش‌گرمایش:

فیکسچر لحیم‌کاری یا ناحیه لحیم‌کاری از طریق یک ناحیه گرمایشی مانند صفحه داغ یا جعبه لامپ گرمایشی پیش‌گرم می‌شود. در بسیاری از فرآیندها، دما قبل از مرحله اصلی لحیم‌کاری به بالای 110 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. پیش‌گرمایش به کاهش شوک حرارتی و بهبود ترشوندگی لحیم کمک می‌کند.

لحیم‌کاری:

ماشین نوار آغشته به فلاکس را روی باس‌بار یا خطوط شبکه سلول خورشیدی قرار می‌دهد. تحت فشار کنترل‌شده و دمای گرمایش، لایه لحیم روی نوار ذوب شده و با الکترود نقره سلول خورشیدی اتصال محکمی ایجاد می‌کند.

لحیم‌کاری خوب باید چسبندگی قوی، مقاومت سری پایین، هم‌راستایی نرم نوار و حداقل تنش حرارتی یا مکانیکی روی سلول را ایجاد کند.

تشکیل رشته سلول

پس از لحیم‌کاری، سلول‌ها یکی یکی به هم متصل می‌شوند تا یک رشته سلول با طول از پیش تعیین‌شده، مانند 10 سلول در هر رشته، 12 سلول در هر رشته یا پیکربندی‌های دیگر بسته به طراحی ماژول، تشکیل دهند.

رشته سلول تمام‌شده سپس به فرآیند بعدی مانند لایه‌گذاری، باس‌بندی، بازرسی یا آماده‌سازی لمینیت منتقل می‌شود.

فناوری‌های کلیدی در ماشین‌های تاببر استرینگر

موقعیت‌یابی با دقت بالا

موقعیتیابی با دقت بالا به هر دو سیستم بینایی و الگوریتم کنترل حرکت بستگی دارد. دوربینهای CCD یا CMOS موقعیت سلول را ثبت میکنند، در حالی که الگوریتمهای کنترلی مانند کنترل PID به دستگاه کمک میکنند تا حرکت را سریع و دقیق تصحیح کند.

برای تولید با کیفیت بالا، خطای تراز بین سلول و روبان معمولاً باید در محدوده 0.2 میلیمتر کنترل شود. اگر انحراف بیش از حد بزرگ باشد، مشکلات رایج ممکن است شامل لحیمکاری نامرتب، ظاهر نامناسب، افزایش مقاومت سری یا حتی خطرات قابلیت اطمینان پنهان باشد.

کنترل دمای جوشکاری

کنترل دما یکی از مهمترین عوامل در لحیمکاری نواری است. دمای لحیمکاری باید پایدار باشد و معمولاً باید در محدوده باریکی مانند ±5 درجه سانتیگراد، بسته به دستور فرآیند، کنترل شود.

روشهای رایج گرمایش عبارتند از:

• گرمایش مادون قرمز: افزایش سریع دما، مناسب برای روبانهای نازک، به ویژه روبانهایی با ضخامت 0.15 میلیمتر یا کمتر

• گرمایش صفحه داغ: یکنواختی دمایی بهتر، مناسب برای لحیمکاری با قابلیت اطمینان بالا و تولید انبوه پایدار

اگر دما خیلی پایین باشد، ممکن است لحیم به طور کامل ذوب نشود و باعث اتصالات لحیم ضعیف یا لحیم سرد شود. اگر دما خیلی بالا باشد، ممکن است به سلول آسیب برساند، تنش حرارتی را افزایش دهد یا بر قابلیت اطمینان بلندمدت ماژول تأثیر بگذارد.

لحیمکاری با آسیب کم

سلولهای خورشیدی مدرن نازکتر و شکنندهتر از سلولهای نسل قدیمی هستند. برای سلولهای نازک با ضخامت کمتر از 130 میکرومتر، فشار مکانیکی و تنش حرارتی باید به دقت کنترل شود.

بسیاری از ماشینها از سیستمهای لحیمکاری با تماس نرم استفاده میکنند، مانند سرهای فشار فنری. فشار معمولاً در محدوده حدود 5 تا 15 نیوتن، بسته به نوع سلول، نوع روبان و روش لحیمکاری کنترل میشود.

هدف دستیابی به تماس کافی برای لحیمکاری قابل اعتماد در عین جلوگیری از ترکها، شکستگیهای پنهان، لبپریدگی لبه یا خمیدگی بیش از حد سلول است.

کاربردهای عملی در تولید ماژول PV

دستگاه تاببر استرینگر در مرحله اتصال الکتریکی جلویی تولید ماژول PV استفاده میشود. عملکرد آن بر چندین فرآیند پایین دستی و کیفیت نهایی ماژول تأثیر میگذارد.

کاربردهای معمول عبارتند از:

• تولید ماژول استاندارد سیلیکون کریستالی

• تولید ماژول نیمسلول

• تولید ماژول MBB و SMBB

• خطوط ماژول سلول‌های با راندمان بالا PERC، TOPCon، HJT و سایر

• خطوط تولید آزمایشی برای ساختارهای جدید ماژول

• ارتقاء اتوماسیون کارخانه از تولید نیمه خودکار به تمام خودکار

در یک خط تولید کامل ماژول فتوولتائیک، دستگاه استرینگر تیغه‌ای باید با سیستم‌های برش سلول، لایه‌گذاری، باسینگ، تست EL، لمینیشن، فریمینگ، نصب جعبه اتصال، تست IV و بازرسی نهایی هماهنگ کار کند. عدم تطابق در ظرفیت یا پایداری فرآیند در مرحله استرینگینگ می‌تواند به راحتی به یک گلوگاه برای کل کارخانه تبدیل شود.

دیدگاه Ooitech

به عنوان یک تامین‌کننده تجهیزات که با چیدمان‌های مختلف تولید ماژول PV کار می‌کند، Ooitech استرینگر تیغه‌ای را چیزی فراتر از یک دستگاه لحیم‌کاری می‌بیند؛ این یک نقطه کنترل فرآیند کلیدی است که تعیین می‌کند آیا یک خط ماژول می‌تواند با بازدهی پایدار و خروجی قابل پیش‌بینی کار کند یا خیر. برای کارخانه‌هایی که به تولید MBB، TOPCon یا سلول‌های نازک‌تر ارتقا می‌یابند، باید نه تنها به ظرفیت اسمی، بلکه به کنترل ریبون، تنش جابجایی سلول، یکنواختی دما و سازگاری با فرآیندهای لایه‌گذاری و باسینگ پایین‌دستی توجه شود. یک راه‌حل استرینگینگ خوب باید همراه با طراحی کامل خط ماژول انتخاب شود، در غیر این صورت یک استرینگر پرسرعت ممکن است همچنان نتواند راندمان تولید واقعی را ارائه دهد.