فرآیند و فناوری تولید ماژول خورشیدی
فهرست مطالب
پاسخ سریع: زنجیره صنعت فتوولتائیک چهار مرحله دارد: پلی‌سیلیکون، ویفر، سلول خورشیدی و ماژول. ماژول در پایین‌دست قرار دارد، بین سلول تمام‌شده و سیستم PV نصب‌شده. تولید ماژول سلول‌های شکننده و منفرد را می‌گیرد و آنها را به یک واحد مهر‌و‌موم‌شده، قاب‌بندی‌شده و مقاوم در برابر آب‌و‌هوا تبدیل می‌کند: سلول‌ها به رشته‌ها لحیم می‌شوند، رشته‌ها با لایه‌ی کپسول‌کننده EVA بین شیشه‌ی جلو و پشت‌ورق پشتی چیده می‌شوند، پشته تحت خلأ و حرارت لمینیت می‌شود، سپس قاب‌بندی، جعبه‌ی اتصال و فلاش روی تستر IV انجام می‌شود. برش نیم‌سلول و چیدمان‌های چند‌شینه هر مرحله را تغییر دادند، توان را افزایش و تلفات مقاومتی را کاهش دادند. چون یک سلول منفرد تنها چند وات در حدود 0.6 V تولید می‌کند، مرحله‌ی مونتاژ چیزی است که یک ماژول قابل‌استفاده 400 W تا 700 W تولید می‌کند. ماژول همچنین جایی است که همه‌ی مشکلات کیفی بالادست به‌صورت افت بازده نمایان می‌شوند.
تولید ماژول PV · توسط جری، Ooitech
مقدمه‌ای بر ماژول‌های فتوولتائیک
زنجیره صنعت فتوولتائیک به چهار مرحله تقسیم می‌شود: پلی‌سیلیکون، ویفر، سلول خورشیدی و ماژول. ماژول PV در انتهای پایین‌دست زنجیره، بین سلول خورشیدی و سیستم کامل PV قرار دارد.
یک سلول خورشیدی منفرد تنها مقدار محدودی برق تولید می‌کند. سلول‌ها باید به صورت سری متصل شده و در یک ماژول کپسوله شوند تا بتوانند به عنوان یک منبع برق قابل استفاده عمل کنند. بنابراین ماژول PV کوچک‌ترین دستگاه خورشیدی تقسیم‌ناپذیر است که قادر به تأمین خروجی جریان مستقیم به تنهایی می‌باشد. به عنوان کوچک‌ترین واحد مؤثر تولید برق، از نه جزء اصلی تشکیل شده است: سلول‌های خورشیدی، نوارهای اتصال داخلی، شینه‌ها، شیشه سکوریت، EVA، پشتیبان، قاب آلیاژ آلومینیوم، درزگیر، و جعبه اتصال.
در میان چهار مرحله زنجیره PV، بخش ماژول اولین مرحله‌ای بود که در چین توسعه یافت و به بلوغ رسید.
تولید ماژول عمدتاً شامل دو مرحله کلیدی است: اتصال سلول و لمینیشن. اتصال سلول عملکرد الکتریکی ماژول را تعیین می‌کند. تعداد استاندارد سلول‌ها برای یک ماژول PV 60 یا 72 سلول است که توسط 10 یا 12 نوار مسی به عنوان باس بار متصل می‌شوند و شش گروه به هم متصل شده و یک ماژول را تشکیل می‌دهند.
انتظار می‌رود یک ماژول PV حداقل 25 سال عمر کند، بنابراین باید در برابر تنش‌های محیطی مقاومت کرده و درجه‌ای از استحکام مکانیکی را فراهم کند. پس از اتصال سلول، مواد معمولاً از پایین به بالا به ترتیب شیشه سکوریت، EVA، سلول‌ها و پشتیبان چیده می‌شوند و سپس از طریق لمینیشن با هم مهر و موم می‌شوند. پشتیبان و شیشه سکوریت سلول‌ها و EVA را در داخل محصور می‌کنند، در حالی که قاب آلومینیومی و درزگیر از لبه‌ها محافظت و آب‌بندی می‌کنند.
گردش کار کلی تولید ماژول را می‌توان به مراحل زیر تقسیم کرد: لحیم‌کاری، چیدمان، لمینیت، تست EL، قاب‌گیری، نصب جعبه اتصال، تمیزکاری، تست IV، بازرسی نهایی و بسته‌بندی. در این میان، لحیم‌کاری و لمینیت بیشترین محتوای فنی و ارزش را دارند.
تجهیزات مورد استفاده در تولید ماژول
تجهیزات ماژول مستقیماً با هر مرحله از گردش کار تولید مطابقت دارد. ماشین‌های اصلی شامل برش لیزری ماشین‌ها، تب‌زن رشته‌سازs، تجهیزات لایه‌گذاری خودکار، لمینیتورها و خطوط تولید خودکار.
با نگاه به مراحل جداگانه: مرحله لحیم‌کاری نیازمند دستگاه‌های برش لیزری، دستگاه‌های جوش شینه و رشته‌سازهای تبل سل است؛ مرحله چیدمان از دستگاه‌های قالب‌گذاری استفاده می‌کند؛ مرحله لمینت نیازمند یک لمیناتور است؛ مرحله تست EL نیازمند یک تستر EL است؛ مرحله قاب‌بندی نیازمند دستگاه‌های خودکار قاب‌گذاری و بیشتر پنل‌های خورشیدی متعارف از یک قاب آلومینیومی استفاده می‌کنند که توسط یکمرحله جعبه اتصال نیاز به دستگاه لحیم‌کاری جعبه اتصال دارد؛ مرحله تمیزکاری نیاز به واحدهای چرخش ماژول دارد؛ مرحله تست IV از یک تستر منحنی IVاستفاده می‌کند؛ بازرسی نهایی به واحد بازرسی چرخشی نیاز دارد؛ و بسته‌بندی به خط بسته‌بندی نیاز دارد.
فراتر از ماشین‌آلات جداگانه، تأمین‌کنندگان تجهیزات می‌توانند خطوط مونتاژ کاملاً خودکار ماژول را نیز ارائه دهند که تمام مراحل را پوشش می‌دهد و پروژه‌های تحویل کلید در دست را امکان‌پذیر می‌سازد.
کیفیت و هزینه ماژول‌های خورشیدی مستقیماً بر کیفیت و هزینه کل سیستم تأثیر می‌گذارد. بنابراین گردش کار تولید ماژول واقعاً چگونه است؟
ساختار ماژول
ساختار ماژول نیم سلولی
در ماژول‌های نیم سلولی، سلول‌ها به دو نیم تقسیم می‌شوند به طوری که جریان کاری هر سلول نصف می‌شود. این امر به طور قابل توجهی تلفات الکتریکی روی ریبون‌ها را کاهش می‌دهد و نسبت سلول به ماژول (CTM) را بهبود می‌بخشد.
فاصله بین سلول‌ها در یک ماژول نیم سلولی بیشتر است و اندکی نور منعکس شده از شیشه به سلول‌ها را افزایش می‌دهد. هرچه جریان سلول بیشتر باشد، سود حاصل از فناوری نیم سلولی بیشتر است.
گردش کار تولید ماژول
فرآیند تولید ماژول به طور کلی از هفت مرحله عبور می‌کند: ریبون‌زنی (Stringing)، لایه‌گذاری، لمینیت، قاب‌گیری، نصب جعبه اتصال، پخت و تست، قبل از بسته‌بندی نهایی و تحویل به بازار. برخلاف ماژول‌های تمام سلولی، ماژول‌های نیم سلولی برش سلول را در مرحله ماژول پیاده‌سازی می‌کنند و یک مرحله برش با دستگاه برش لیزری اضافه می‌کنند، پس از آن فرآیندهای ریبون‌زنی و لایه‌گذاری تنظیم می‌شوند. در سمت سلول، فناوری نیم سلولی نیاز به تنظیم چیدمان سلول دارد.
ریبون‌زنی (Stringing)
با استفاده از روبان‌ها (به صورت دستی یا خودکار)، جلو و پشت هر سلول به یکدیگر لحیم می‌شوند تا یک رشته سلول متصل به صورت سری تشکیل شود.
کنترل‌های کلیدی فرآیند: لحیم سرد، لحیم اضافی، ترک خوردن سلول و استحکام کشش لحیم.
چیدمان اصلی برای ماژول‌های نیم سلولی از یک طرح دو قسمتی (همانطور که نشان داده شده است) استفاده می‌کند. نیمه بالایی و پایینی به صورت موازی متصل شده و از دیودهای بای پس استفاده می‌کنند. نقطه خروجی از بالای یک ماژول سلول کامل به وسط تغییر می‌کند و آن را برای نصب عمودی مناسب می‌سازد.
لایه‌گذاری
پس از اتصال رشته‌های سلول و قبولی در بازرسی، رشته‌های سلول، شیشه، EVA برش خورده و پشتیبان به ترتیب خاصی برای آماده‌سازی لمینیت چیده می‌شوند. در حین چیدمان، موقعیت نسبی رشته‌های سلول و موادی مانند شیشه ثابت نگه داشته می‌شود و فاصله بین سلول‌ها تنظیم می‌شود تا پایه خوبی برای لمینیت فراهم شود. ترتیب چیدمان از پایین به بالا عبارت است از: شیشه، EVA، سلول‌ها، EVA، فایبرگلاس و پشتیبان.
لمینیت
مجموعه سلول چیده شده در دستگاه لمینیت قرار می‌گیرد. هوای داخل ماژول با خلاء خارج می‌شود، سپس حرارت اعمال می‌شود تا EVA ذوب شود و سلول‌ها، شیشه و پشتیبان را به هم بچسباند. در نهایت، ماژول خنک شده و خارج می‌شود. لمینیت مرحله بحرانی در تولید ماژول است و دمای لمینیت و زمان توسط خواص EVA تعیین می‌شود. هنگام استفاده از EVA معمولی، زمان چرخه لمینیت حدود 10 تا 15 دقیقه با دمای پخت 135 تا 145 درجه سانتی‌گراد است.
کنترل‌های کلیدی فرآیند: حباب، خراش، فرورفتگی، برآمدگی و ترک خوردن سلول.
شایان ذکر است که قبل از لمینیت، بازرسی دقیق ظاهری و آزمایش EL برای اطمینان از عملکرد و ایمنی ماژول الزامی است.
بازرسی ظاهری
بازرسی EL
قاب‌بندی
قاب از لبه‌ها و گوشه‌های شیشه سکوریت ماژول و ماژول لمینیت شده محافظت می‌کند و نصب بعدی را آسان‌تر می‌سازد.
کنترل‌های کلیدی فرآیند: فرورفتگی، سایش، خراش، عدم وجود سوراخ‌های نصب، نشت درزگیر در پشت، حباب و کمبود درزگیر.
نصب جعبه اتصال
جعبه اتصال ماژول فتوولتائیک را متصل و محافظت می‌کند و در عین حال جریان تولید شده توسط ماژول را برای کاربر هدایت می‌کند.
کنترل‌های کلیدی فرآیند: حباب و نشت درزگیر.
پخت
درزگیر تزریق شده در مراحل قبلی قاب‌بندی و نصب جعبه اتصال، پخت می‌شود تا مهر و موم را تقویت کرده و پس از آن ماژول را از محیط‌های خارجی خشن محافظت کند.
کنترل‌های کلیدی فرآیند: زمان پخت، دما و رطوبت.
آزمایش
پارامترهای عملکرد الکتریکی برای تعیین درجه ماژول اندازه‌گیری می‌شوند. سه آزمایش اصلی شامل: آزمایش ولتاژ تحمل عایق که ایمنی بین قاب و قطعات داخلی برق‌دار (سلول‌ها، نوارها و غیره) را تحت ولتاژ بالا بررسی می‌کند؛ آزمایش پیوستگی زمین که مقاومت بین قاب و زمین را اندازه‌گیری می‌کند تا صحت اتصال زمین قاب تأیید شود؛ و آزمایش IV که پارامترهای عملکرد الکتریکی را برای تعیین درجه ماژول اندازه‌گیری می‌کند.
جریان تولید یک ماژول فتوولتائیک تکی
یک ربات صنعتی سلول‌های فتوولتائیک تکی به اندازه کتاب را روی خط تولید قرار می‌دهد.
سلول‌های فتوولتائیک چیده شده چسبانده و لحیم می‌شوند، با یک ردیف ۱۲ سلولی لحیم و برش داده می‌شود. قبل از مکانیزاسیون، این کار تقریباً به چهار یا پنج نفر نیاز داشت که همزمان کار می‌کردند.
سلول‌های فتوولتائیک لحیم شده تحت بازرسی کیفیت قرار می‌گیرند. سلول‌های بدون مشکل کیفیت مستقیماً به مرحله بعد برای چیدمان و سازماندهی فرستاده می‌شوند.
سلول‌های فتوولتائیک در هر گروه به شش ردیف ۱۲ سلولی چیده می‌شوند.
گرمایش، چسب‌زنی و اعمال فیلم انجام می‌شود.
لایه اول شیشه، لایه دوم EVA، وسط سلول‌های فتوولتائیک، لایه چهارم دوباره EVA و لایه پنجم پشتیبان است که برای ضد آب و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شود.
یک گروه ماژول فتوولتائیک مونوکریستالین پنج لایه دارد. لمینیت این پنج لایه را به یکدیگر می‌چسباند.
پس از لمینیت و چهار ساعت پخت سرد، گردگیری دستی انجام شده و لبه‌ها و گوشه‌ها بازرسی می‌شوند.
ماژول فتوولتائیک تمام شده تحت آزمایش عملکردی نور شبیه‌سازی شده خورشید قرار می‌گیرد.
بازرسی نهایی و بسته‌بندی انجام می‌شود.
دیدگاه Ooitech
Ooitech معتقد است: تولید ماژول فتوولتائیک به اتصال دقیق سلول‌ها و لمینیت قابل اعتماد خلاصه می‌شود، با فناوری نیم سلول و آزمایش EL دقیق به عنوان کلیدهای بازده بالاتر و قابلیت اطمینان بلندمدت.
