Introduzione ai moduli fotovoltaici

La catena industriale fotovoltaica è suddivisa in quattro fasi: polisilicio, wafer, cella solare e modulo. Il modulo fotovoltaico si trova a valle della catena, posizionato tra la cella solare e il sistema fotovoltaico completo.

Una singola cella solare genera solo una quantità limitata di elettricità. Le celle devono essere collegate in serie e incapsulate in un modulo prima di poter essere utilizzate come fonte di alimentazione. Il modulo fotovoltaico è quindi il più piccolo dispositivo solare indivisibile in grado di fornire corrente continua in modo autonomo. Come unità di generazione di potenza effettiva più piccola, è composto da nove componenti principali: celle solari, nastri di interconnessione, barre collettrici, vetro temperato, EVA, backsheet, telaio in lega di alluminio, sigillante e scatola di giunzione.

Tra le quattro fasi della catena fotovoltaica, il segmento dei moduli è stato il primo a svilupparsi e maturare in Cina.

La produzione dei moduli coinvolge principalmente due fasi chiave: l'interconnessione delle celle e la laminazione. L'interconnessione delle celle determina le prestazioni elettriche del modulo. Il numero standard di celle per un modulo fotovoltaico è 60 o 72 celle, collegate da 10 o 12 nastri di rame che fungono da barre collettrici, con sei gruppi interconnessi per formare un modulo.

Un modulo fotovoltaico dovrebbe durare almeno 25 anni, quindi deve resistere allo stress ambientale e fornire un certo grado di resistenza meccanica. Dopo l'interconnessione delle celle, i materiali sono tipicamente disposti dal basso verso l'alto come vetro temperato, EVA, celle e backsheet, quindi sigillati insieme tramite laminazione. Il backsheet e il vetro temperato incapsulano le celle e l'EVA all'interno, mentre il telaio in alluminio e il sigillante proteggono e sigillano i bordi.

Il flusso di lavoro complessivo di produzione dei moduli può essere suddiviso in: saldatura, stratificazione, laminazione, test EL, incorniciatura, installazione della scatola di giunzione, pulizia, test IV, ispezione finale e imballaggio. Tra questi, la saldatura e la laminazione hanno il più alto contenuto tecnico e valore.

Attrezzature utilizzate nella produzione dei moduli

Le attrezzature per moduli corrispondono direttamente a ogni fase del flusso di lavoro di produzione. Le macchine principali includono macchine da taglio laser, stringatrici per tab, attrezzature automatiche per stratificazione, laminatori e linee di produzione automatiche.

Osservando le singole fasi: la fase di saldatura richiede macchine da taglio laser, saldatrici per bus bar e stringatrici per celle; la fase di stratificazione utilizza macchine posizionatrici di template; la fase di laminazione richiede un laminatore; la fase di test EL richiede un tester EL; la fase di incorniciatura richiede macchine automatiche per posizionamento e incorniciatura; la fase della scatola di giunzione richiede una saldatrice per scatola di giunzione; la fase di pulizia richiede unità di ribaltamento dei moduli; la fase di test IV utilizza un tester di curva IV; l'ispezione finale richiede un'unità di ispezione a ribaltamento; e l'imballaggio richiede una linea di imballaggio.

Oltre alle singole macchine, i fornitori di attrezzature possono anche fornire linee di assemblaggio completamente automatizzate per moduli che coprono ogni fase, consentendo progetti chiavi in mano.

La qualità e il costo dei moduli solari influenzano direttamente la qualità e il costo dell'intero sistema. Ma come si presenta effettivamente il flusso di lavoro di produzione dei moduli?

Struttura del modulo

Struttura del modulo a mezza cella

Nei moduli a mezza cella, le celle vengono tagliate a metà in modo che la corrente operativa di ciascuna cella sia dimezzata. Ciò riduce significativamente le perdite elettriche sui ribbon e migliora il rapporto cella-modulo (CTM) del modulo.

Gli spazi tra le celle in un modulo a mezza cella sono più ampi, aumentando leggermente la luce riflessa dal vetro sulle celle. Maggiore è la corrente della cella, maggiore è il vantaggio ottenuto dalla tecnologia a mezza cella.

Flusso di lavoro di produzione dei moduli

Il processo di produzione dei moduli passa generalmente attraverso sette fasi: stringatura, stratificazione, laminazione, incorniciatura, installazione della scatola di giunzione, polimerizzazione e test, prima dell'imballaggio finale e della consegna al mercato. A differenza dei moduli a cella intera, i moduli a mezza cella implementano il taglio delle celle in fase di modulo, aggiungendo un passaggio di taglio con una macchina da taglio laser, dopodiché i processi di stringatura e stratificazione vengono adattati. Sul lato delle celle, la tecnologia a mezza cella richiede di regolare il layout delle celle.

Stringatura

Utilizzando nastri (manualmente o automaticamente), il fronte e il retro di ogni cella vengono saldati insieme per formare una stringa di celle collegate in serie.

Controlli chiave del processo: saldatura a freddo, sovrasaldatura, rottura delle celle e resistenza alla trazione della saldatura.

Il layout principale per i moduli a mezza cella adotta un design a due sezioni (come mostrato). Le metà superiore e inferiore sono collegate in parallelo e utilizzano diodi di bypass. Il punto di uscita passa dalla parte superiore di un modulo a cella intera al centro, rendendolo adatto per installazione verticale.

Layup

Dopo che le stringhe di celle sono collegate e superano l'ispezione, le stringhe di celle, il vetro, l'EVA tagliato e il backsheet vengono disposti in un ordine specifico in preparazione alla laminazione. Durante la stratificazione, le posizioni relative delle stringhe di celle e dei materiali come il vetro vengono mantenute fisse e la spaziatura tra le celle viene regolata per fornire una buona base per la laminazione. L'ordine di stratificazione dal basso verso l'alto è: vetro, EVA, celle, EVA, fibra di vetro e backsheet.

Laminazione

L'assemblaggio delle celle stratificate viene posizionato nella laminatrice. L'aria all'interno del modulo viene rimossa tramite vuoto, quindi viene applicato calore per fondere l'EVA, incollando insieme celle, vetro e backsheet. Infine, il modulo viene raffreddato e rimosso. La laminazione è il passaggio critico nella produzione del modulo, con temperatura e tempo di laminazione determinati dalle proprietà dell'EVA. Quando si utilizza EVA ordinario, il tempo del ciclo di laminazione è di circa 10-15 minuti, con una temperatura di polimerizzazione di 135-145 gradi Celsius.

Controlli chiave del processo: bolle, graffi, ammaccature, rigonfiamenti e rottura delle celle.

Vale la pena notare che prima della laminazione sono necessari un rigoroso controllo dell'aspetto e un test EL per garantire le prestazioni e la sicurezza del modulo.

Ispezione dell'aspetto

Ispezione EL

Incorniciatura

Il telaio protegge i bordi e gli angoli del vetro temperato del modulo e del modulo laminato, rendendo più facile l'installazione successiva.

Controlli chiave del processo: ammaccature, abrasioni, graffi, fori di montaggio mancanti, trabocco di sigillante sul retro, bolle e mancanza di sigillante.

Installazione della scatola di giunzione

La scatola di giunzione collega e protegge il modulo fotovoltaico mentre conduce la corrente generata dal modulo all'utente.

Controlli chiave del processo: bolle e trabocco di sigillante.

Polimerizzazione

Il sigillante iniettato durante le fasi precedenti di incorniciatura e installazione della scatola di giunzione viene polimerizzato per rafforzare la tenuta e proteggere il modulo da ambienti esterni aggressivi successivamente.

Controlli chiave del processo: tempo di polimerizzazione, temperatura e umidità.

Test

I parametri delle prestazioni elettriche vengono misurati per determinare il grado del modulo. Sono inclusi tre test principali: test di tenuta alla tensione di isolamento, che verifica la sicurezza tra il telaio e le parti interne sotto tensione (celle, nastri, ecc.) sotto alta tensione; test di continuità di terra, che misura la resistenza tra il telaio e la terra per confermare se la messa a terra del telaio è corretta; e test IV, che misura i parametri delle prestazioni elettriche per determinare il grado del modulo.

Flusso di produzione di un singolo modulo fotovoltaico

• Un robot industriale posiziona singole celle fotovoltaiche delle dimensioni di un libro sulla linea di produzione.

• Le celle fotovoltaiche disposte vengono incollate e saldate, con una fila di 12 celle saldate e tagliate. Prima della meccanizzazione, questo lavoro richiedeva circa quattro o cinque persone che lavoravano contemporaneamente.

• Le celle fotovoltaiche saldate vengono sottoposte a controllo qualità. Quelle senza problemi di qualità vengono inviate direttamente alla fase successiva per la disposizione e l'organizzazione.

• Le celle fotovoltaiche sono disposte in sei file da 12 celle ciascuna per gruppo.

• Vengono eseguiti riscaldamento, incollaggio e applicazione del film.

• Il primo strato è vetro, il secondo è EVA, al centro ci sono le celle fotovoltaiche, il quarto è ancora EVA e il quinto è il backsheet, utilizzato per impermeabilizzazione e resistenza alla corrosione.

• Un gruppo di moduli fotovoltaici monocristallini ha cinque strati. La laminazione fonde questi cinque strati in uno solo.

• Dopo la laminazione e quattro ore di polimerizzazione a freddo, viene eseguita la rimozione manuale della polvere e vengono ispezionati i bordi e gli angoli.

• Il modulo fotovoltaico finito viene sottoposto a un test funzionale con luce solare simulata.

• Vengono eseguiti l'ispezione finale e l'imballaggio.

Il punto di vista di Ooitech

Ooitech ritiene: la produzione di moduli fotovoltaici si riduce alla precisa stringatura delle celle e alla laminazione affidabile, con la tecnologia delle semicelle e i rigorosi test EL come chiavi per una maggiore efficienza e affidabilità a lungo termine.