Fondamenti del Fotovoltaico: Macchina per la Stringatura delle Celle Solari

Nel processo di produzione dei moduli fotovoltaici, la macchina tabber stringer per celle solari è una delle apparecchiature principali per realizzare connessioni elettriche tra le celle solari. La sua funzione principale è saldare le singole celle solari con i ribbon di interconnessione e collegarle in serie per formare una stringa di celle con una tensione di uscita progettata.

Un processo di stringatura stabile influisce direttamente sulla potenza del modulo, sulla qualità estetica, sulle prestazioni EL e sull'affidabilità a lungo termine. Per le moderne fabbriche di moduli fotovoltaici, specialmente quelle che producono moduli MBB, mezza cella, PERC, TOPCon, HJT o altri moduli avanzati, la precisione e la consistenza del tabber stringer sono molto importanti.

Classificazione delle Macchine Tabber Stringer per Celle Solari

In base al livello di automazione e al processo di saldatura, le macchine tabber stringer possono generalmente essere suddivise in tre tipi.

Tabber Stringer Manuale

Un tabber stringer manuale richiede che gli operatori posizionino a mano le celle solari e i ribbon. Anche il processo di saldatura viene completato manualmente o con strumenti ausiliari molto semplici.

Caratteristiche principali:

• Costo di investimento dell'attrezzatura inferiore

• Adatto per produzione su piccoli lotti, linee pilota, test di laboratorio o scopi di formazione

• Bassa efficienza produttiva

• Precisione di posizionamento inferiore

• Maggiore rischio di rottura delle celle e inconsistenza della saldatura

La stringatura manuale è raramente utilizzata oggi nelle fabbriche di moduli fotovoltaici su larga scala, ma può ancora essere vista in ambienti di R&S o in impianti di produzione molto piccoli.

Tabber Stringer Semi-Automatico

Un tabber stringer semi-automatico automatizza parte del processo di alimentazione delle celle o di saldatura dei nastri, mentre alcuni passaggi richiedono ancora assistenza manuale, come la gestione delle stringhe, l'interconnessione o il carico e scarico.

Caratteristiche principali:

• Efficienza produttiva media

• Adatto per linee di produzione piccole e medie

• Investimento inferiore rispetto alle apparecchiature completamente automatiche

• Maggiore dipendenza dall'abilità dell'operatore

• Maggiore variazione nella qualità della saldatura rispetto alle macchine completamente automatiche

Le apparecchiature semi-automatiche possono essere una soluzione transitoria per i produttori che stanno passando dalla produzione manuale alla produzione automatizzata di moduli fotovoltaici.

Tabber Stringer Completamente Automatico

Un tabber stringer completamente automatico completa l'intero processo automaticamente, inclusi carico celle, posizionamento celle, alimentazione nastri, saldatura, trasferimento stringhe e connessione con il processo produttivo successivo.

Caratteristiche principali:

• Elevata precisione di posizionamento, comunemente intorno a ±0,1 mm a seconda della configurazione della macchina

• Elevata capacità produttiva, spesso raggiungendo circa 6.800 a 8.000 celle all'ora per le macchine ad alta velocità mainstream

• Qualità di saldatura stabile

• Adatto per linee di produzione continue

• Migliore compatibilità con le moderne tecnologie dei moduli fotovoltaici come MBB, mezza cella e formati di celle ad alta efficienza

Per i produttori di moduli fotovoltaici mainstream, i tabber stringer completamente automatici sono diventati la scelta standard perché supportano una maggiore capacità, un migliore controllo del processo e una minore dipendenza dalla manodopera.

Principio di funzionamento e processo principale

Il principio di funzionamento di un tabber stringer si basa sul posizionamento accurato delle celle, sull'alimentazione stabile dei nastri, sulla temperatura di saldatura controllata e sulla formazione continua di stringhe. Sebbene diverse marche di macchine possano utilizzare layout meccanici differenti, il processo di base è simile.

Caricamento e trasferimento delle celle

Le celle solari vengono prima separate dal cassetto delle celle. In molte macchine, un coltello ad aria viene utilizzato per separare delicatamente le celle e ridurre l'adesione tra i wafer sottili. Successivamente, ugelli di aspirazione, cinghie o sistemi robotici di movimentazione prelevano le celle e le inviano in sequenza alla stazione di saldatura.

Questa fase deve essere fluida e a basso stress, poiché le moderne celle solari stanno diventando più sottili e possono comparire microfratture se la forza di movimentazione non è ben controllata.

Sistema di Posizionamento Visivo

Il sistema di posizionamento visivo utilizza normalmente telecamere industriali CCD o CMOS per catturare i punti di riferimento o le caratteristiche di riferimento sulla cella solare. Dopo l'elaborazione delle immagini, il sistema calcola la posizione della cella e la deviazione angolare.

Il sistema di controllo del movimento guida quindi il braccio meccanico o la piattaforma di posizionamento per regolare la cella nella posizione corretta prima della saldatura. Questo è essenziale per evitare disallineamento del nastro, scarso allineamento e difetti di saldatura nascosti.

Processo di Saldatura del Nastro

Il processo di saldatura del nastro include solitamente il preriscaldamento e la saldatura.

Preriscaldamento:

Il dispositivo di saldatura o l'area di saldatura vengono preriscaldati attraverso una zona di riscaldamento, come una piastra calda o una scatola con lampade riscaldanti. In molti processi, la temperatura viene portata sopra i 110°C prima della fase principale di saldatura. Il preriscaldamento aiuta a ridurre lo shock termico e migliora la bagnabilità della saldatura.

Saldatura:

La macchina posiziona il nastro trattato con flussante sulla barra collettrice o sulla linea di griglia della cella solare. Sotto pressione controllata e temperatura di riscaldamento, lo strato di saldatura sul nastro si scioglie e forma un legame solido con l'elettrodo d'argento della cella solare.

Una buona saldatura dovrebbe ottenere una forte adesione, bassa resistenza in serie, allineamento regolare del nastro e stress termico o meccanico minimo sulla cella.

Formazione della Stringa di Celle

Dopo la saldatura, le celle vengono collegate una per una per formare una stringa di celle con una lunghezza preimpostata, ad esempio 10 celle per stringa, 12 celle per stringa o altre configurazioni a seconda del design del modulo.

La stringa di celle finita viene quindi trasferita al processo successivo, come l'impilamento, la connessione dei bus, l'ispezione o la preparazione per la laminazione.

Tecnologie Chiave nelle Macchine Tabber Stringer

Posizionamento ad Alta Precisione

Il posizionamento ad alta precisione dipende sia dal sistema di visione che dall'algoritmo di controllo del movimento. Telecamere CCD o CMOS catturano la posizione della cella, mentre algoritmi di controllo come il PID aiutano la macchina a correggere il movimento rapidamente e con precisione.

Per una produzione di alta qualità, l'errore di allineamento tra cella e ribbon deve generalmente essere controllato entro 0,2 mm. Se la deviazione è troppo grande, i problemi comuni possono includere saldatura fuori asse, aspetto scadente, aumento della resistenza serie o persino rischi di affidabilità nascosti.

Controllo della Temperatura di Saldatura

Il controllo della temperatura è uno dei fattori più importanti nella saldatura a stringa. La temperatura di saldatura deve essere stabile e di solito deve essere controllata entro un intervallo ristretto, ad esempio ±5°C, a seconda della ricetta di processo.

I metodi di riscaldamento comuni includono:

• Riscaldamento a infrarossi: aumento rapido della temperatura, adatto per ribbon sottili, specialmente ribbon con spessore di 0,15 mm o inferiore

• Riscaldamento a piastra calda: migliore uniformità di temperatura, adatto per saldature ad alta affidabilità e produzione di massa stabile

Se la temperatura è troppo bassa, la saldatura potrebbe non fondersi completamente, causando giunti deboli o saldature fredde. Se la temperatura è troppo alta, potrebbe danneggiare la cella, aumentare lo stress termico o influenzare l'affidabilità a lungo termine del modulo.

Saldatura a Basso Danno

Le celle solari moderne sono più sottili e fragili rispetto alle celle di vecchia generazione. Per celle sottili con spessore inferiore a 130 μm, la pressione meccanica e lo stress termico devono essere controllati attentamente.

Molte macchine utilizzano sistemi di saldatura a contatto morbido, come teste di pressatura a molla. La pressione è comunemente controllata in un intervallo di circa 5-15 N, a seconda del tipo di cella, del tipo di ribbon e del metodo di saldatura.

L'obiettivo è ottenere un contatto sufficiente per una saldatura affidabile evitando crepe, fratture nascoste, scheggiature dei bordi o eccessiva curvatura della cella.

Applicazioni Pratiche nella Produzione di Moduli Fotovoltaici

La tabber stringer è utilizzata nella fase di interconnessione elettrica frontale della produzione di moduli fotovoltaici. Le sue prestazioni influenzano diversi processi a valle e la qualità finale del modulo.

Le applicazioni tipiche includono:

• Produzione standard di moduli in silicio cristallino

• Produzione di moduli a mezza cella

• Produzione di moduli MBB e SMBB

• Linee di moduli a celle ad alta efficienza PERC, TOPCon, HJT e altre

• Linee di produzione pilota per nuove strutture di moduli

• Aggiornamenti dell'automazione di fabbrica dalla produzione semiautomatica a quella completamente automatica

In una linea di produzione completa di moduli fotovoltaici, la tabber stringer deve lavorare insieme ai sistemi di taglio celle, layup, bussing, test EL, laminazione, incorniciatura, installazione della junction box, test IV e ispezione finale. Una mancata corrispondenza nella capacità o nella stabilità del processo nella fase di stringatura può facilmente diventare un collo di bottiglia per l'intera fabbrica.

Il punto di vista di Ooitech

Come fornitore di apparecchiature che lavora con diverse configurazioni di produzione di moduli fotovoltaici, Ooitech vede la tabber stringer come più di una semplice macchina per saldare; è un punto chiave di controllo del processo che determina se una linea di moduli può funzionare con una resa stabile e una produzione prevedibile. Per le fabbriche che passano alla produzione MBB, TOPCon o con celle più sottili, occorre prestare attenzione non solo alla capacità nominale, ma anche al controllo del nastro, allo stress di manipolazione delle celle, all'uniformità della temperatura e alla compatibilità con i processi di layup e bussing a valle. Una buona soluzione di stringatura dovrebbe essere selezionata insieme alla progettazione completa della linea di moduli, altrimenti una stringer ad alta velocità potrebbe comunque non riuscire a garantire una reale efficienza produttiva.