Cella solare vs pannello solare: cosa non dicono i nomi delle macchine

Risposta rapida: La risposta breve: una cella solare e un pannello solare sono prodotti da due industrie diverse in due fabbriche diverse. La produzione delle celle parte da un wafer di silicio e utilizza forni di diffusione, PECVD e serigrafi per produrre un dispositivo da circa 0,5 V a 0,6 V, e circa il 95% delle celle commerciali è in silicio cristallino. La produzione del pannello, o modulo, parte da celle finite e utilizza una tabber stringer, una stazione di layup, un laminatore, una macchina per la cornice e un tester per assemblare da 60 a 144 celle in un modulo sigillato con potenza nominale da 400 W a 700 W. Gli impianti di celle necessitano di forni oltre 800 °C e condizioni di camera bianca; una linea di moduli opera a temperature di laminazione vicine a 150 °C in un normale capannone industriale. Ooitech costruisce linee di moduli da 5 MW a 1,2 GW e non produce attrezzature per la fabbricazione di celle. La confusione nei nomi è reale anche nel nostro catalogo, dove le macchine che manipolano le celle durante l'assemblaggio dei moduli portano nomi di celle solari.

Di Jerry, Product Marketing presso Ooitech

Ricevo una versione di questa domanda quasi ogni settimana: un acquirente chiede se produciamo celle solari, e ciò che in realtà vuole costruire è una linea di moduli. A volte hanno confrontato preventivi per fabbriche di celle per un po' prima che qualcuno chieda cosa entra all'inizio del loro processo.

Questo accade costantemente, e non è colpa dell'acquirente. Le nostre stesse macchine si chiamano cose come Solar Cell Laser Cutting Machine e Solar Cell Tabber Stringer. Manipolano celle e si trovano in una fabbrica di pannelli.

Due impianti, due attività diverse

Una cella solare è un singolo dispositivo fotovoltaico — circa 16-23 cm di diametro, che produce circa 0,5-0,6 volt. Un pannello solare ne contiene molte collegate in serie per aumentare la tensione, poi in parallelo per aumentare la corrente.

Questo è tutto il rapporto. I due prodotti sono realizzati da due industrie.

Noi di Ooitech forniamo linee di produzione di pannelli da 5 MW a 1,2 GW. Non produciamo forni di diffusione, sistemi PECVD o serigrafi. Se stai costruendo una fabbrica di celle, sono la persona sbagliata a cui chiedere.

Dove finisce la produzione delle celle

La produzione delle celle parte dal polisilicio e termina con una scatola di celle testate. Cinque fasi, all'incirca.

Il polisilicio viene fuso e poi colato in lingotti multicristallini o tirato in un lingotto monocristallino con il processo Czochralski. I lingotti vengono tagliati in wafer, puliti e texturizzati in modo da catturare più luce.

Cella solare monocristallina half-cut con busbar, prima dell'assemblaggio del modulo

Poi il drogaggio. Boro e fosforo vengono diffusi per creare una giunzione p-n, e il percorso conduttivo che si forma attorno al bordo del wafer viene rimosso per prevenire cortocircuiti. Successivamente viene applicato un rivestimento antiriflesso, di solito nitruro di silicio depositato mediante deposizione chimica in fase vapore potenziata dal plasma. Infine, i contatti metallici vengono serigrafati con pasta d'argento o di rame e cotti.

Quando questo finisce hai una cella. Viene testata, classificata per corrente, imballata e venduta. Questa è la fine di un'industria.

Circa il 95% delle celle PV commerciali è in silicio cristallino, e il resto è per lo più film sottile di tellururo di cadmio. La fabbricazione delle celle richiede molti capitali ed è dominata da una manciata di grandi attori. Ogni cambio di generazione, da Al-BSF a PERC e da PERC a TOPCon, è stato guidato dallo stesso gruppo concentrato di produttori. Solo PERC ha aggiunto circa il 12% in più di produzione energetica rispetto alla vecchia struttura Al-BSF.

Dove inizia la produzione dei pannelli

Celle solari classificate che alimentano una linea di assemblaggio di moduli su un nastro trasportatore

L'assemblaggio dei moduli preleva la scatola di celle e la trasforma in un prodotto. Sei stazioni, in ordine.

Inizia con un laser che taglia le celle a misura per formati half-cut e shingled. Un laser impostato troppo caldo danneggia il bordo della cella, e la micro-crepa che lascia rimane invisibile fino all'elettroluminescenza — a quel punto il modulo è già sigillato. Poi la stringer salda il ribbon su ogni cella e le unisce in una stringa in serie. Sulla nostra AM050FH la gamma di celle va da 161 mm a 230 mm, la rottura delle celle rimane sotto lo 0,2% e il rendimento di saldatura è superiore al 95%. Nessuno dei due difetti può essere corretto a valle. Una cella crepata che entra nel laminatore esce come scarto, non come rilavorazione.

Testa di saldatura che posiziona il nastro di rame sulle celle solari

Macchina automatica tabber stringer per celle solari in un impianto di moduli

Il layup è dove lo stack si unisce: stringhe posate sul vetro, con l'incapsulante (EVA) sopra e sotto e il backsheet sopra. Poi il laminatore crea il vuoto, applica pressione e mantiene lo stack vicino a 150 °C finché l'EVA reticoli in un'unica unità sigillata. Quella finestra di temperatura è più stretta di quanto suggeriscano le brochure delle attrezzature, e un piatto con un angolo freddo lascia incapsulante non reticolato che si delaminerà anni dopo. Il laminatore stesso è dove risiede la maggior parte di quel rischio. La cornice, la junction box e il test finale completano il modulo, e i due gate di test appartengono inline piuttosto che alla fine della linea. Un impianto che testa solo i moduli finiti ha già laminato ogni difetto di stringing in un prodotto che non può rilavorare.

Ispezione in elettroluminescenza delle stringhe di celle saldate

Ogni macchina in quella lista vive su una linea di moduli, comprese quelle che prendono il nome dalle celle.

Il lato delle celle è trattato separatamente nella nostra guida al processo di produzione delle celle solari TOPCon.

Perché la confusione costa denaro

Sbagliare questo cambia il tuo piano di capitale di un ordine di grandezza.

Una fab di celle necessita di forni ad alta temperatura, deposizione sottovuoto e un ambiente di classe cleanroom. Un impianto di moduli necessita di un capannone industriale, potenza moderata e un team tecnico che può essere formato in mesi. Per lo stesso output nominale l'investimento differisce di circa un ordine di grandezza. Questo divario si manifesta nell'edificio che affitti, nella connessione elettrica che richiedi, nei permessi, nelle competenze che assumi e in quanto tempo aspetti prima che il primo modulo vendibile esca dalla porta. Gli acquirenti che pianificano il budget per quello sbagliato o raccolgono troppo capitale che non riescono a impiegare, o raccolgono troppo poco e si bloccano a metà costruzione con uno scheletro e nessuna attrezzatura dentro.

C'è una seconda trappola. I fornitori quotano MW annui, e i MW annui sono in parte un calcolo di wattaggio. Prendi una macchina che processa 24 moduli all'ora. Valuta il modulo a 275 W e ottieni circa 57 MW all'anno. Valuta lo stesso modulo a 550 W e la stessa macchina produce improvvisamente 114 MW. Nulla nella camera, nelle pompe o nel ciclo è cambiato. Quando confronti i preventivi, chiedi moduli vendibili all'ora e converti in MW tu stesso usando il prodotto che costruirai effettivamente.

La capacità fotovoltaica installata globale ha raggiunto circa 1.185 GW alla fine del 2022, fornendo oltre il 6% dell'elettricità mondiale, e il costo dell'elettricità solare è sceso di circa l'85% dal 2010. Una crescita simile attira molti nuovi entranti nell'assemblaggio di moduli, ed è esattamente per questo che così tanti acquirenti alle prime armi arrivano alla domanda cella contro pannello.

Perché persiste la confusione

La cifra del 95% fa sembrare la produzione di celle un'industria ampia quando in realtà è ristretta e concentrata. Il fattore più importante è più vicino a casa. Le linee di moduli acquistano celle, manipolano celle, tagliano celle e testano celle tutto il giorno, quindi chiamare l'attrezzatura con il nome della cosa che tocca è naturale. Questa abitudine smette di essere utile nel momento in cui cerchi di capire cosa ti stanno vendendo.

Quattro cose da chiedere prima di confrontare i preventivi

Chiedile prima di confrontare due preventivi qualsiasi.

Inizia chiedendo la lista delle stazioni. Un preventivo per una linea di moduli elenca stringer, layup, laminatore, framing e tester — la sequenza completa è qui — mentre un preventivo per una linea di celle elenca forni, deposizione e stampa. Quella singola risposta di solito risolve la questione.

Se non lo fa, chiedi cosa entra all'inizio del processo. Wafer significa produzione di celle; scatole di celle finite significa assemblaggio di moduli. Chiedi come è fatto l'edificio — un capannone di classe cleanroom con un'alimentazione elettrica pesante indica una fab di celle, un capannone industriale ordinario una linea di moduli. E chiedi in cosa è misurato l'output: moduli all'ora è una linea di moduli, wafer all'ora è una linea di celle.

Un fornitore che non riesce a rispondere chiaramente alla prima domanda ha già risposto.

FAQ

Un pannello solare è semplicemente tante celle solari? Elettricamente, sì — da 60 a 72 celle in serie, o 144 in formato half-cut. Fisicamente è un prodotto diverso da un impianto diverso. Le celle arrivano finite e classificate; il compito della linea di moduli è interconnetterle, incapsularle e proteggerle.

Può una sola azienda gestirli entrambi? Alcuni grandi produttori lo fanno, nello stesso sito. Sono edifici separati con attrezzature separate e di solito team separati, e la maggior parte dei produttori di moduli acquista le celle da produttori specializzati di celle.

Il mio fornitore ha quotato una "macchina per celle solari". Per quale impianto è? Controlla il processo. Se salda ribbon, taglia celle per layout half-cut o testa moduli finiti, è attrezzatura per linea di moduli.

Quale è più redditizio? L'assemblaggio di moduli, secondo i numeri che vedo, ma il vantaggio è più sottile di quanto suggerisca il divario di capitale. Una linea di moduli richiede meno capitale e raggiunge la produzione in mesi, quindi diversi impianti competono per gli stessi ordini e i margini restano stretti. La fabbricazione di celle richiede molto più capitale ed è dominata da una manciata di proprietari, il che mantiene i prezzi più stabili ma rende l'ingresso quasi impossibile senza un grande bilancio. In ogni caso, l'utilizzo decide l'esito molto prima della tecnologia.

L'efficienza della cella limita ciò che il mio modulo può raggiungere? Sì, e quel tetto è fissato prima che le celle ti raggiungano. Una linea di moduli può preservare l'efficienza della cella o perderla, attraverso micro-crepe, giunti di saldatura freddi o EVA che non si è mai reticolato completamente. Non può aggiungere efficienza che la cella non aveva. Una linea di moduli protegge un tetto che non ha creato.

Il mio preventivo è in MW all'anno. È comparabile? Solo se entrambi i preventivi usano lo stesso wattaggio del modulo e le stesse ipotesi di uptime. Converti prima in moduli vendibili all'ora, poi applica il wattaggio del tuo prodotto.

Cosa fare dopo

La prossima volta che invii una richiesta, metti una riga in cima: si prega di includere la lista completa delle stazioni con il tempo di ciclo per stazione. I fornitori che ce l'hanno la invieranno in due minuti. I fornitori che non ce l'hanno invieranno invece una cifra di MW annui.