Introduktion till fotovoltaiska moduler

Den fotovoltaiska industrikedjan är uppdelad i fyra steg: polysilikon, wafer, solcell och modul. PV-modulen finns i den nedre delen av kedjan, mellan solcellen och det kompletta PV-systemet.

En enskild solcell genererar endast en begränsad mängd elektricitet. Celler måste kopplas i serie och kapslas in i en modul innan de kan fungera som en användbar strömkälla. PV-modulen är därför den minsta odelbara solanordningen som kan ge likströmsutmatning på egen hand. Som den minsta effektiva kraftgenererande enheten består den av nio kärnkomponenter: solceller, sammanbindningsband, samlingsskenor, härdat glas, EVA, bakplan, aluminiumram, tätningsmedel och kopplingsbox.

Bland de fyra stegen i PV-kedjan var modulsegmentet det tidigaste att utvecklas och mogna i Kina.

Modulproduktion innefattar huvudsakligen två nyckelsteg: cellkoppling och laminering. Cellkoppling bestämmer modulens elektriska prestanda. Standardantalet celler för en PV-modul är 60 eller 72 celler, sammankopplade med 10 eller 12 kopparband som fungerar som samlingsskenor, med sex grupper sammankopplade för att bilda en modul.

En PV-modul förväntas hålla i minst 25 år, så den måste tåla miljöpåfrestningar och ge en viss mekanisk styrka. Efter cellkoppling arrangeras materialen vanligtvis från botten till toppen som härdat glas, EVA, celler och bakplan, och förseglas sedan genom laminering. Bakplanet och det härdade glaset kapslar in cellerna och EVA:n inuti, medan aluminiumramen och tätningsmedlet skyddar och tätar kanterna.

Det övergripande modultillverkningsflödet kan delas upp i: lödning, uppläggning, laminering, EL-testning, rammontering, kopplingsboxinstallation, rengöring, IV-testning, slutinspektion och förpackning. Bland dessa har lödning och laminering högst tekniskt innehåll och värde.

Utrustning som används vid modultillverkning

Modulutrustning motsvarar direkt varje steg i produktionsflödet. Huvudmaskinerna inkluderar laserskärmaskiner, tabber stringers, automatisk uppläggningsutrustning, laminatorer och automatiska produktionslinjer.

Om man tittar på de enskilda stegen: lödningssteget kräver laserskärmaskiner, bussbarsvetsmaskiner och celltabber stringers; uppläggningssteget använder mallplaceringsmaskiner; lamineringssteget kräver en laminator; EL-testningssteget kräver en EL-testare; rammonteringssteget kräver automatiska ramplacerings- och rammonteringsmaskiner; kopplingsboxsteget kräver en kopplingsboxlödningsmaskin; rengöringssteget kräver modulvändningsenheter; IV-testningssteget använder en IV-kurvtestare; slutinspektion kräver en vändinspektionsenhet; och förpackning kräver en förpackningslinje.

Utöver enskilda maskiner kan utrustningsleverantörer även tillhandahålla helautomatiska modulmonteringslinjer som täcker alla steg, vilket möjliggör nyckelfärdiga projekt.

Kvaliteten och kostnaden för solcellsmoduler påverkar direkt kvaliteten och kostnaden för hela systemet. Så hur ser modulproduktionsflödet egentligen ut?

Modulstruktur

Halvcellsmodulstruktur

I halvcellsmoduler skärs cellerna på mitten så att driftströmmen för varje cell halveras. Detta minskar avsevärt elektriska förluster på banden och förbättrar modulens cell-till-modul (CTM)-förhållande.

Avstånden mellan cellerna i en halvcellsmodul är större, vilket ökar ljuset som reflekteras från glaset tillbaka på cellerna något. Ju högre cellström, desto större nytta av halvcellsteknik.

Modulproduktionsflöde

Modulproduktionsprocessen går i allmänhet genom sju steg: stringning, uppläggning, laminering, rammontering, kopplingsboxinstallation, härdning och testning, innan slutlig förpackning och leverans till marknaden. Till skillnad från fullcellsmoduler implementerar halvcellsmoduler cellskärning i modulsteget, vilket lägger till ett skärningssteg med en laserskärmaskin, varefter stringnings- och uppläggningsprocesserna justeras. På cellsidan kräver halvcellsteknik justering av cellayouten.

Stringning

Med hjälp av band (antingen manuellt eller automatiskt) löds fram- och baksidan av varje cell samman för att bilda en seriekopplad cellsträng.

Viktiga processkontroller: kallödning, överlödning, cellspräckning och löddragstyrka.

Den vanligaste layouten för halvcellsmoduler använder en tvådelad design (som visas). De övre och nedre halvorna är parallellkopplade och använder bypass-dioder. Utledningspunkten flyttas från toppen av en fullcellsmodul till mitten, vilket gör den lämplig för vertikal installation.

Layup

Efter att cellsträngarna är anslutna och godkända vid inspektion, läggs cellsträngarna, glaset, klippt EVA och bakplåten ut i en specifik ordning som förberedelse för laminering. Under uppläggningen hålls de relativa positionerna för cellsträngarna och material som glaset fixerade, och avståndet mellan cellerna justeras för att ge en bra grund för laminering. Uppläggningsordningen från botten till toppen är: glas, EVA, celler, EVA, glasfiber och bakplåt.

Laminering

Den upplagda cellenheten placeras i lamineringsmaskinen. Luften inuti modulen avlägsnas med vakuum, sedan värms den för att smälta EVA, vilket binder samman cellerna, glaset och bakplåten. Slutligen kyls modulen och tas bort. Laminering är det kritiska steget i modulproduktionen, med lamineringstemperatur och tid bestämd av EVA:s egenskaper. Vid användning av vanlig EVA är lamineringscykeltiden cirka 10 till 15 minuter, med en härdningstemperatur på 135 till 145 grader Celsius.

Viktiga processkontroller: bubblor, repor, bucklor, buktning och cellspräckning.

Det är värt att notera att före laminering krävs strikt utseendeinspektion och EL-testning för att säkerställa modulens prestanda och säkerhet.

Utseendeinspektion

EL-inspektion

Inramning

Ramen skyddar kanterna och hörnen på modulens härdade glas och den laminerade modulen, vilket gör senare installation enklare.

Viktiga processkontroller: bucklor, nötning, repor, saknade monteringshål, tätningsmedelsöverskott på baksidan, bubblor och brist på tätningsmedel.

Kopplingsdosa Installation

Kopplingsdosan ansluter och skyddar PV-modulen samt leder ut den ström som modulen genererar till användaren.

Viktiga processkontroller: bubblor och tätningsmedelsöverskott.

Härdning

Tätningsmedlet som injicerades under de tidigare stegen med rammontering och kopplingsdosa härdas för att förstärka tätningen och skydda modulen från hårda yttre miljöer efteråt.

Viktiga processkontroller: härdningstid, temperatur och luftfuktighet.

Testning

Elektriska prestandaparametrar mäts för att bestämma modulens klass. Tre huvudtester ingår: isolationsspänningstest, som kontrollerar säkerheten mellan ramen och interna spänningsförande delar (celler, band etc.) under hög spänning; jordkontinuitetstest, som mäter resistansen mellan ramen och jord för att bekräfta om ramjordningen är korrekt; och IV-test, som mäter elektriska prestandaparametrar för att bestämma modulklassen.

Produktionsflöde för en enskild PV-modul

• En industrirobot placerar bokstora enskilda PV-celler på produktionslinjen.

• De arrangerade PV-cellerna binds och löds, med en rad på 12 celler som löds och kapas. Före mekanisering krävde detta arbete ungefär fyra eller fem personer som arbetade samtidigt.

• De lödda PV-cellerna genomgår kvalitetsinspektion. De utan kvalitetsproblem skickas direkt till nästa steg för arrangemang och organisering.

• PV-cellerna arrangeras i sex rader med 12 celler per grupp.

• Uppvärmning, limning och filmapplicering utförs.

• Det första lagret är glas, det andra är EVA, mitten är PV-cellerna, det fjärde är återigen EVA, och det femte är bakplåten, som används för vattentätning och korrosionsbeständighet.

• En monokristallin PV-modulgrupp har fem lager. Laminering smälter samman dessa fem lager till ett.

• Efter laminering och fyra timmars kallhärdning utförs manuell dammborttagning och kanter och hörn inspekteras.

• Den färdiga PV-modulen genomgår ett funktionstest med simulerat solljus.

• Slutinspektion och förpackning utförs.

Ooitechs syn

Ooitech anser: tillverkning av solcellsmoduler handlar om precis cellsträngning och pålitlig laminering, med halvcells-teknik och strikt EL-testning som nycklar till högre effektivitet och långsiktig tillförlitlighet.