Quali macchine vengono utilizzate per produrre pannelli solari?
Quali macchine vengono utilizzate per produrre pannelli solari?
Entrando in una fabbrica di pannelli solari non vedrete un'unica macchina gigante che trasforma le materie prime in pannelli finiti. Quello che vedrete è una linea di produzione collegata, con ogni macchina che gestisce una parte specifica del lavoro: taglio delle celle, saldatura in stringhe, disposizione delle stringhe, laminazione del modulo, installazione del telaio e infine test del pannello finito.
Sembra abbastanza semplice sulla carta. Nella produzione reale, ogni processo influisce sul successivo. Un piccolo errore di posizionamento durante il layup può diventare una bolla o un difetto di allineamento dopo la laminazione. Una saldatura scadente può sembrare a posto all'occhio umano ma apparire come un'area scura durante l'ispezione EL.
Ecco perché una buona linea di produzione di pannelli solari deve operare come un sistema bilanciato, piuttosto che come una raccolta casuale di macchine.
Prima di guardare le attrezzature, c'è un'importante distinzione.
Questo articolo riguarda una linea di produzione di moduli solari—una fabbrica che acquista celle solari finite e le assembla in pannelli solari. La produzione di celle solari da wafer di silicio è un processo diverso che coinvolge attrezzature chimiche umide, forni di diffusione, sistemi PECVD o ALD, stampanti a schermo, forni di cottura e altre macchine specializzate.
Quindi, quali macchine vengono utilizzate per produrre un pannello solare finito?
1. Macchina per test e smistamento celle solari
Le celle solari dello stesso lotto di produzione non sono sempre elettricamente identiche. La loro corrente, tensione e potenza massima possono variare leggermente. Se celle con caratteristiche elettriche significativamente diverse vengono collegate nella stessa stringa, la cella con prestazioni inferiori può limitare la resa dell'intera stringa.
Un tester di celle solari misura parametri come:
Tensione a circuito aperto
Corrente di cortocircuito
Potenza massima
Efficienza della cella
Caratteristiche della curva I-V
Il sistema di smistamento raggruppa quindi le celle con prestazioni simili.
Alcune linee di produzione utilizzano anche l'ispezione ottica automatica o l'ispezione EL a livello di cella per identificare bordi scheggiati, crepe nascoste, contaminazione e aree elettricamente inattive prima che le celle entrino nel processo di stringatura.
Può sembrare un piccolo passo, ma una smistamento accurato aiuta a ridurre il disadattamento elettrico e migliora la consistenza dei moduli finiti.
2. Macchina per il taglio laser delle celle solari
La maggior parte dei moduli solari moderni utilizza celle tagliate a metà. I moduli shingled e altri design speciali possono utilizzare sezioni di cella ancora più piccole. In questi casi, le celle solari a grandezza naturale devono essere divise prima della stringatura.
Una macchina per il taglio laser delle celle solari incide e separa le celle con alta precisione. A seconda del design del modulo, può tagliare le celle a metà, in terzi o in pezzi più piccoli.
Vengono utilizzati due metodi di taglio comuni:
Incisione laser convenzionale seguita da rottura meccanica
Taglio laser non distruttivo progettato per ridurre lo stress meccanico e termico
Il taglio non distruttivo sta diventando più importante man mano che le celle diventano più sottili e più grandi. Le microcricche create durante il taglio possono espandersi durante la stringatura, la laminazione, il trasporto o il funzionamento a lungo termine all'aperto.
Se una fabbrica produce solo moduli a cella intera, una macchina per il taglio laser potrebbe non essere necessaria. Per la produzione di moduli a mezza cella e shingled, tuttavia, è una parte fondamentale della linea.
3. Macchina Tabber Stringer
Il tabber stringer è spesso considerato il cuore di una linea di produzione di pannelli solari.
Il suo compito principale è saldare il nastro fotovoltaico sulle singole celle e collegare le celle in serie per formare stringhe di celle. Le macchine moderne di solito combinano sia la tabbing che la stringatura in un unico processo automatico.
Un tabber stringer normalmente gestisce:
Caricamento e separazione delle celle
Posizionamento delle celle
Alimentazione del nastro
Applicazione del flussante
Saldatura
Allineamento delle stringhe
Taglio e scarico delle stringhe
Ispezione visiva
Il metodo di stringatura corretto dipende dalla tecnologia delle celle.
Le celle PERC e TOPCon possono generalmente essere lavorate con stringatrici multi-busbar convenzionali. Le celle HJT potrebbero richiedere saldature a temperatura più bassa perché sono più sensibili al calore. Le celle BC, IBC, ABC e HPBC necessitano di attrezzature specializzate per la saldatura a contatto posteriore perché i loro contatti positivo e negativo si trovano entrambi sul lato posteriore.
La scelta della stringatrice dovrebbe quindi basarsi sulle dimensioni delle celle, sul design dei busbar, sul tipo di ribbon, sulla temperatura di saldatura e sulla struttura del modulo, non solo sul numero di celle all'ora pubblicizzato.
4. Ispezione EL in linea delle stringhe
L'ispezione EL delle stringhe è solitamente una funzione opzionale integrata nella stringatrice, non una macchina completamente separata.
In pratica, la maggior parte dei produttori sceglie questa opzione, specialmente quando producono moduli con celle TOPCon, HJT o BC. Con queste tecnologie di celle, giunti di saldatura deboli, crepe nascoste e aree elettricamente inattive possono essere difficili da identificare tramite ispezione visiva ordinaria.
L'ispezione EL in linea controlla la stringa immediatamente dopo la saldatura. Viene applicata una corrente alle celle collegate e una telecamera sensibile all'infrarosso cattura l'immagine di elettroluminescenza. Cricche, aree disconnesse e cattivi collegamenti elettrici appaiono come regioni scure anomale.
Ciò consente di rimuovere le stringhe difettose prima del layup e della laminazione, quando la riparazione o la sostituzione è ancora relativamente facile.
Un tester EL per stringhe offline può ancora essere utilizzato per campionamento, reispezione o analisi di laboratorio, ma normalmente non è richiesto come stazione di produzione separata quando la stringatrice include già l'ispezione EL in linea.
5. Attrezzatura per il carico e l'ispezione del vetro solare
Il vetro solare fornito alle fabbriche di moduli moderni viene normalmente lavato e preparato dal produttore del vetro. Per questo motivo, una lavatrice dedicata per il vetro generalmente non è necessaria in una linea di produzione standard di pannelli solari.
Un caricatore automatico di vetro posiziona il vetro preparato sul nastro trasportatore. Prima che venga steso l'EVA o il POE, il vetro viene controllato per:
Polvere e contaminazione superficiale
Graffi
Danni ai bordi
Schegge di vetro
Difetti di rivestimento
Dimensioni errate
Il vetro frontale costituisce la base dello stack del modulo, quindi la sua posizione deve rimanere stabile durante i successivi processi di stesura dei materiali e posizionamento delle celle.
6. Macchine per il taglio e la stesura di EVA, POE e Backsheet
Prima del layup, l'incapsulante e i materiali dello strato posteriore devono essere tagliati alle dimensioni corrette del modulo.
Una macchina automatica per il taglio e la stesura può preparare materiali come:
Film EVA
Film POE
TPT o altri backsheet
Strisce isolanti
Materiali di isolamento delle barre collettrici
Dopo il taglio, la macchina stende automaticamente l'incapsulante sul vetro.
Per i moduli vetro-vetro, il backsheet polimerico è sostituito da un secondo pezzo di vetro. Il layout della linea, il laminatore e le attrezzature di movimentazione devono quindi essere progettati per il peso aggiuntivo e la diversa struttura del modulo.
Le piccole fabbriche possono tagliare manualmente i materiali EVA e backsheet. Il taglio e la stesura automatici diventano più preziosi all'aumentare della capacità produttiva perché migliorano la consistenza dimensionale e riducono lo spreco di materiale.
7. Macchina per Layup Automatico
La macchina per layup automatico prende le stringhe di celle completate e le posiziona sul vetro e sull'incapsulante.
Questo è un processo di precisione. La spaziatura delle stringhe, l'allineamento delle celle e la distanza tra le celle e i bordi del vetro devono rimanere entro le tolleranze specificate.
Un cattivo allineamento è facile da notare su un pannello finito, ma l'aspetto non è l'unica preoccupazione. Posizioni errate delle stringhe possono anche influenzare l'incapsulamento, la sigillatura dei bordi e l'affidabilità a lungo termine del modulo.
Una macchina per layup automatico normalmente utilizza:
Robot industriali o sistemi a portale
Pinze a vuoto
Telecamere di visione
Correzione automatica della posizione
Controlli della spaziatura delle stringhe
Rilevamento della posizione del vetro
Alcune linee di produzione utilizzano una macchina di layup separata. Altre combinano posizionamento delle stringhe, layup e bussing in un'unica unità integrata.
8. Macchina di Bussing
Dopo il posizionamento delle stringhe, queste devono essere collegate elettricamente con il nastro di bussing.
Una macchina automatica di bussing salda o brasa i terminali delle stringhe secondo il progetto elettrico del modulo. Può anche piegare, tagliare e posizionare automaticamente i nastri di bussing.
I moduli a mezza cella richiedono particolare attenzione perché le sezioni superiore e inferiore delle celle sono generalmente collegate in parallelo. Il punto di uscita si trova normalmente vicino al centro del pannello invece che in alto.
Il processo di bussing deve controllare:
Posizione del nastro di bussing
Temperatura di saldatura o brasatura
Resistenza del giunto
Forma del nastro
Spaziatura delle stringhe
Posizione del nastro di uscita
Una connessione di bussing debole può causare perdita di potenza, riscaldamento locale eccessivo o guasto completo del circuito.
Su una piccola linea semi-automatica, il bussing può essere completato manualmente con strumenti di saldatura e dime di posizionamento. Le fabbriche con capacità maggiore utilizzano normalmente macchine automatiche di bussing per una migliore consistenza e produttività.
9. Tester EL pre-laminazione e ispezione visiva
Prima della laminazione, il modulo assemblato deve superare l'ispezione visiva e il test EL.
Questa è l'ultima opportunità pratica per riparare molti difetti di produzione. Gli operatori o i sistemi di ispezione automatica verificano la presenza di problemi come:
Celle incrinate
Stringhe disallineate
Nastri mancanti
Connessioni di bussing scadenti
Posizioni di uscita errate
Contaminazione all'interno del modulo
Incapsulante spiegazzato o spostato
Posizionamento errato del backsheet
Il tester EL pre-laminazione verifica le condizioni elettriche del circuito completo delle celle prima che venga sigillato permanentemente.
La laminazione è effettivamente irreversibile. Se viene rilevato un difetto dopo la laminazione, il costo di riparazione è molto più elevato e in molti casi l'intero modulo deve essere rottamato.
10. Laminatore per pannelli solari
Il laminatore sigilla vetro, incapsulante, celle solari e backsheet—o vetro posteriore—in una struttura durevole.
All'interno del laminatore, il vuoto rimuove l'aria intrappolata dal pannello. Calore e pressione quindi polimerizzano l'EVA o POE, legando tutti gli strati insieme.
La ricetta di laminazione dipende da:
Tipo di incapsulante
Dimensioni del modulo
Spessore del vetro
Struttura vetro-backsheet o vetro-vetro
Tecnologia delle celle
Requisiti del fornitore di materiali
Un ciclo tipico di laminazione può richiedere circa 10-20 minuti, anche se il tempo effettivo varia con i materiali e le attrezzature.
Il laminatore è spesso il processo principale più lento nella linea di produzione. Una fabbrica potrebbe quindi aver bisogno di diversi laminatori che operano in parallelo.
Questo è un punto importante nel calcolo della capacità produttiva. Installare stringatrici più veloci non aumenterà la produzione finale di moduli se la sezione di laminazione non può processare i pannelli alla stessa velocità.
La qualità della laminazione influisce direttamente sull'adesione, l'isolamento elettrico, la resistenza all'umidità e la vita utile prevista del modulo.
11. Attrezzatura per rifilatura e ispezione post-laminazione
Dopo la laminazione, l'eccesso di EVA, POE o backsheet rimane attorno ai bordi del modulo. Questo materiale deve essere rimosso prima dell'incorniciatura.
Su una linea piccola, gli operatori possono rifilare i bordi manualmente. Una linea automatica ad alta capacità utilizza normalmente una macchina per la rifilatura dei bordi.
Il modulo laminato viene anche ispezionato per:
Bolle d'aria
Delaminazione
Eccesso di incapsulante
Graffi
Danni al vetro
Movimento delle celle
Spostamento delle stringhe
Contaminazione all'interno del laminato
Le unità di ribaltamento automatico facilitano l'ispezione di entrambi i lati del modulo senza dover ricorrere al sollevamento manuale.
12. Incollaggio del telaio e macchina per l'incorniciatura
La maggior parte dei pannelli solari convenzionali utilizza un telaio in alluminio per proteggere i bordi del vetro e fornire supporto meccanico durante il trasporto e l'installazione.
La sezione di incorniciatura può includere:
Macchina automatica per l'incollaggio del telaio
Sistema di caricamento del telaio in alluminio
Attrezzatura per l'inserimento delle chiavi angolari
Macchina per l'assemblaggio del telaio
Macchina per incorniciatura pneumatica o idraulica
Attrezzatura per la punzonatura del telaio
Il sigillante viene applicato all'interno dei profili in alluminio prima che le quattro sezioni del telaio vengano pressate attorno al modulo laminato.
Il telaio finito deve essere squadrato, sicuro e adeguatamente sigillato. I difetti comuni di incorniciatura includono angoli allentati, sigillante insufficiente, sigillante eccessivo, graffi e dimensioni del telaio errate.
I moduli vetro-vetro senza telaio potrebbero non richiedere questo processo, a seconda del design del prodotto.
13. Macchine per l'installazione della scatola di giunzione
La scatola di giunzione raccoglie l'uscita elettrica dal circuito delle celle e fornisce la connessione tra il modulo e il sistema fotovoltaico esterno.
Il processo della scatola di giunzione può includere:
Posizionamento della scatola di giunzione
Dispensazione di silicone o adesivo
Saldatura dei cavi di uscita
Saldatura automatica dei terminali
Riempimento con colla AB
Incapsulamento
Ispezione di cavi e connettori
Una saldatrice per scatole di giunzione collega i nastri di uscita del modulo ai terminali della scatola di giunzione. Una macchina per l'applicazione di sigillante o incapsulante applica quindi materiale di tenuta o riempimento per proteggere le connessioni elettriche da umidità, movimento e corrosione.
Il materiale adesivo e di incapsulamento deve ricevere un tempo di polimerizzazione sufficiente prima dei test finali e dell'imballaggio.
14. Tester EL Finale
Un secondo test EL viene normalmente eseguito dopo la laminazione o l'assemblaggio finale del modulo.
Questo test è necessario perché nuove microcricche possono essere introdotte durante la laminazione, il taglio, la cornice o la movimentazione del materiale.
L'immagine EL finale può rivelare:
Microcricche delle celle
Celle rotte
Dita scollegate
Giunti di saldatura scadenti
Busbar rotti
Aree elettricamente inattive
Interruzioni delle stringhe
Il software automatico di analisi delle immagini può aiutare a classificare i difetti, ma il produttore ha comunque bisogno di chiari standard di accettazione. Il sistema deve definire quali difetti sono accettabili, quali richiedono rilavorazione e quali portano al rifiuto.
15. Simulatore Solare e Tester I-V
Il simulatore solare, noto anche come flash tester o tester I-V, misura le prestazioni elettriche del pannello solare finito sotto illuminazione controllata.
Il tester registra parametri tra cui:
Potenza massima
Tensione a circuito aperto
Corrente di cortocircuito
Tensione operativa
Corrente operativa
Fattore di riempimento
Efficienza del modulo
Curva I-V completa
La potenza misurata viene utilizzata per classificare il pannello e generare la sua targhetta o etichetta di produzione.
Il simulatore solare dovrebbe avere un adeguato abbinamento spettrale, uniformità della luce e stabilità. La sua velocità di test deve anche corrispondere alla capacità produttiva del resto della linea. Altrimenti, i pannelli finiti inizieranno ad accumularsi davanti alla stazione di test.
16. Apparecchiature per Test di Sicurezza
La potenza elettrica è solo una parte del controllo qualità finale. Il pannello deve anche essere elettricamente sicuro.
Le apparecchiature comuni per i test di sicurezza includono:
Tester Hi-pot
Tester di resistenza di isolamento
Tester di continuità di terra
Tester di corrente di dispersione
Il test Hi-pot applica alta tensione tra il circuito elettrico interno e il telaio del modulo per verificare l'integrità dell'isolamento.
Il test di continuità di terra misura la connessione elettrica tra il telaio in alluminio e i suoi punti di messa a terra. Il test di isolamento verifica se il modulo può funzionare in sicurezza senza percorsi di dispersione pericolosi.
Questi sono test di produzione essenziali, non controlli di qualità opzionali.
17. Linea di Etichettatura, Smistamento e Imballaggio
Dopo che il pannello ha superato l'ispezione elettrica, di sicurezza, EL e visiva, la fabbrica stampa la sua etichetta prodotto e registra i risultati finali dei test.
Ogni modulo riceve normalmente un numero di serie univoco. Su una linea automatica, questo numero può essere collegato a un sistema MES o di tracciabilità.
La fabbrica può quindi risalire a un modulo finito per informazioni come:
Lotto di celle solari
Dati di produzione della stringatrice
Immagini EL
Stazione di layup
Ricetta laminatore
Stazione di incorniciatura
Risultato test I-V
Risultato test di sicurezza
Data e turno di produzione
I moduli finiti vengono smistati per classe di potenza, impilati con materiali protettivi e imballati per il trasporto.
L'imballaggio può sembrare un processo semplice, ma un'impilatura errata o una protezione insufficiente possono danneggiare moduli buoni prima che raggiungano il sito del progetto.
Semiautomatico o completamente automatico?
Una fabbrica di pannelli solari non ha sempre bisogno della piena automazione.
Le linee semiautomatiche sono spesso adatte per progetti pilota, produttori regionali e fabbriche con capacità pianificata inferiore. Gli operatori possono gestire manualmente la bussing, la preparazione dei materiali, il taglio, l'installazione della junction box e l'ispezione visiva.
Le linee completamente automatiche aggiungono movimentazione robotica, nastri trasportatori automatici, sistemi di ispezione integrati, buffer di produzione e tracciabilità dei dati. Offrono una produttività maggiore e un controllo di processo più consistente, ma richiedono anche una maggiore capacità di manutenzione e una migliore gestione della produzione.
Il corretto livello di automazione dipende da:
Capacità annuale pianificata
Design del modulo
Tecnologia delle celle
Investimento disponibile
Condizioni di manodopera locali
Requisiti di qualità del prodotto
Piani di espansione futuri
Non Scegliere Ogni Macchina Separatamente
La macchina più grande non è sempre la più importante, e la macchina più veloce non crea automaticamente la linea di produzione più veloce.
La capacità deve essere bilanciata tra taglio celle, stringatura, layup, bussing, laminazione, incorniciatura, installazione junction box e test finale.
La fabbrica necessita anche di sistemi di supporto come:
Nastri trasportatori automatici
Buffer di produzione
Compressori d'aria
Sistemi di vuoto
Chiller
Stoccaggio materiali
Software MES e tracciabilità
Spazio per manutenzione
Aree di controllo qualità
Il design del modulo deve essere confermato prima di selezionare le attrezzature. Una linea progettata per moduli PERC full-cell convenzionali potrebbe non essere adatta per celle TOPCon half-cell di grande formato, moduli HJT, celle BC o pannelli vetro-vetro pesanti senza cambiare diverse macchine.
Un piano di fabbrica realistico dovrebbe quindi iniziare con la specifica del modulo target e la capacità produttiva annuale. La lista finale delle macchine viene dopo.
La nostra visione è semplice: una fabbrica solare affidabile non è un mucchio di macchine impressionanti ma un sistema di produzione equilibrato, e Ooitech può fornire linee di produzione di pannelli solari semi-automatiche e completamente automatiche da 5 MW a 1.2 GW, progettazione del layout della fabbrica, installazione, formazione, supporto per le materie prime e servizio post-vendita globale.
