Vilka maskiner används för att tillverka solpaneler?

Gå in i en solpanelfabrik och du kommer inte att se en enda jättemaskin som omvandlar råmaterial till färdiga paneler. Vad du faktiskt ser är en sammankopplad produktionslinje, där varje maskin hanterar en specifik del av jobbet: skära celler, löda dem till strängar, arrangera strängarna, laminera modulen, installera ramen och slutligen testa den färdiga panelen.

Det låter ganska enkelt på papperet. I verklig produktion påverkar varje process nästa. Ett litet positioneringsfel under läggning kan bli en bubbla eller inriktningsdefekt efter laminering. En dålig lödning kan se bra ut för det mänskliga ögat men framstå som ett mörkt område under EL-inspektion.

Det är därför en bra produktionslinje för solpaneler måste fungera som ett balanserat system, snarare än som en slumpmässig samling maskiner.

Innan vi tittar på utrustningen finns det en viktig distinktion.

Denna artikel handlar om en solmodulproduktionslinje—en fabrik som köper färdiga solceller och monterar dem till solpaneler. Tillverkning av solceller från kiselwafers är en annan process som involverar våtkemisk utrustning, diffusionsugnar, PECVD- eller ALD-system, screentryckare, sintringsugnar och andra specialiserade maskiner.

Så, vilka maskiner används för att tillverka en färdig solpanel?

1. Solcellstestare och sorteringsmaskin

Solceller från samma produktionsbatch är inte alltid elektriskt identiska. Deras ström, spänning och maximala effekt kan variera något. Om celler med signifikant olika elektriska egenskaper kopplas i samma sträng kan den cell med lägst prestanda begränsa hela strängens uteffekt.

En solcellstestare mäter parametrar som:

• Öppen kretsspänning

• Kortslutningsström

• Maximal effekt

• Cellverkningsgrad

• I-V-kurvegenskaper

Sorteringssystemet grupperar sedan celler med liknande prestanda.

Vissa produktionslinjer använder också automatisk optisk inspektion eller EL-inspektion på cellnivå för att identifiera kantchips, dolda sprickor, föroreningar och elektriskt inaktiva områden innan cellerna går in i stringprocessen.

Det kan verka som ett litet steg, men noggrann sortering hjälper till att minska elektrisk obalans och förbättrar konsistensen hos färdiga moduler.

2. Laserskärmaskin för solceller

De flesta moderna solpaneler använder halvceller. Shinglade och andra speciella moduldesigner kan använda ännu mindre celldelar. I dessa fall måste fullstora solceller delas innan stringning.

En laserskärmaskin för solceller ritsar och separerar cellerna med hög precision. Beroende på moduldesignen kan den skära celler i halvor, tredjedelar eller mindre bitar.

Två vanliga skärmetoder används:

• Konventionell laserritsning följt av mekanisk brytning

• Icke-förstörande laserskärning utformad för att minska mekanisk och termisk stress

Icke-förstörande skärning blir allt viktigare när cellerna blir tunnare och större. Mikrosprickor som skapas under skärning kan expandera under stringning, laminering, transport eller långvarig utomhusdrift.

Om en fabrik endast producerar fullcellsmoduler kan en laserskärmaskin vara onödig. För produktion av halvceller och shinglade moduler är den dock en kärndel av linjen.

3. Tabber Stringer-maskin

Tabber stringern betraktas ofta som hjärtat i en solpanelproduktionslinje.

Dess huvuduppgift är att löda fotovoltaiskt band på enskilda celler och koppla cellerna i serie för att bilda cellsträngar. Moderna maskiner kombinerar vanligtvis både tabbing och stringning i en automatisk process.

En tabber stringer hanterar normalt:

• Cellmatning och separering

• Cellpositionering

• Bandmatning

• Fluxapplicering

• Lödning

• Strängjustering

• Strängkapning och urladdning

• Syninspektion

Rätt strängningsmetod beror på celltekniken.

PERC- och TOPCon-celler kan i allmänhet bearbetas med konventionella multi-busbar-strängare. HJT-celler kan kräva lägre temperatur vid lödning eftersom de är mer känsliga för värme. BC-, IBC-, ABC- och HPBC-celler behöver specialiserad bakkontaktlödningsutrustning eftersom deras positiva och negativa kontakter båda sitter på baksidan.

Val av strängare bör därför baseras på cellstorlek, busbar-design, bandtyp, lödningstemperatur och modulstruktur – inte bara på den annonserade celler-per-timme-siffran.

4. Inline Sträng-EL-inspektion

Sträng-EL-inspektion är vanligtvis en valfri funktion integrerad i tabber-strängaren, snarare än en helt separat maskin.

I praktiken väljer de flesta tillverkare detta alternativ, särskilt när de producerar moduler med TOPCon-, HJT- eller BC-celler. Med dessa celltekniker kan svaga lödskarvar, dolda sprickor och elektriskt inaktiva områden vara svåra att identifiera genom vanlig visuell inspektion.

Inline-EL-inspektion kontrollerar strängen omedelbart efter lödning. En ström appliceras på de anslutna cellerna, och en infrarödkänslig kamera fångar elektroluminescensbilden. Sprickor, frånkopplade områden och dåliga elektriska anslutningar visas som onormala mörka regioner.

Detta gör att defekta strängar kan tas bort före uppläggning och laminering, när reparation eller utbyte fortfarande är relativt enkelt.

En offline sträng-EL-testare kan fortfarande användas för provtagning, ominspektion eller laboratorieanalys, men den krävs normalt inte som en separat produktionsstation när strängaren redan har inline-EL-inspektion.

5. Lastning och inspektionsutrustning för solglas

Solarglas som levereras till moderna modulfabriker är normalt tvättat och förberett av glastillverkaren. Av denna anledning krävs i allmänhet ingen dedikerad glastvättmaskin i en standardproduktionslinje för solpaneler.

En automatisk glaslastare placerar det förberedda glaset på transportbandet. Innan EVA eller POE läggs kontrolleras glaset för:

• Damm och ytkontaminering

• Repor

• Kantskador

• Glasflisor

• Beläggningsdefekter

• Felaktiga dimensioner

Frontglaset utgör basen för modulstacken, så dess position måste förbli stabil under de följande materialläggnings- och celluppläggningsprocesserna.

6. EVA-, POE- och bakskärnings- och läggningsmaskiner

Innan uppläggning måste inkapslingsmaterialet och bakre lagermaterial skäras till korrekta modulmått.

En automatisk skär- och läggningsmaskin kan förbereda material som:

• EVA-film

• POE-film

• TPT eller andra bakskivor

• Isoleringsremsor

• Busbar-isoleringsmaterial

Efter skärning lägger maskinen automatiskt inkapslingsmaterialet på glaset.

För glas-glas-moduler ersätts polymerbakskivan med en andra glasbit. Linjeupplägget, laminatorn och hanteringsutrustningen måste därför utformas för den extra vikten och den annorlunda modulstrukturen.

Små fabriker kan skära EVA- och bakskivematerial manuellt. Automatisk skärning och läggning blir mer värdefull när produktionskapaciteten ökar eftersom det förbättrar dimensionskonsistensen och minskar materialsvinnet.

7. Automatisk uppläggningsmaskin

Den automatiska uppläggningsmaskinen tar färdiga cellsträngar och placerar dem på glaset och inkapslingsmaterialet.

Detta är en precisionsprocess. Strängavstånd, cellinriktning och avståndet mellan cellerna och glaskanterna måste hållas inom specificerade toleranser.

Dålig inriktning är lätt att märka på en färdig panel, men utseendet är inte den enda oron. Felaktiga strängpositioner kan också påverka inkapsling, kantförsegling och modulens långsiktiga tillförlitlighet.

En automatisk uppläggningsmaskin använder normalt:

• Industrirobotar eller portalsystem

• Vakuumgripare

• Visionkameror

• Automatisk positionskorrigering

• Kontroll av cellavstånd

• Glaspositionsdetektering

Vissa produktionslinjer använder en separat läggningsmaskin. Andra kombinerar cellpositionering, läggning och sammanfogning i en integrerad enhet.

8. Sammanfogningsmaskin

Efter att cellsträngarna är positionerade måste de elektriskt anslutas med sammanfogningsband.

En automatisk sammanfogningsmaskin svetsar eller löder fast cellsträngarnas terminaler enligt modulens elektriska design. Den kan också automatiskt böja, kapa och positionera sammanfogningsbanden.

Halvcellsmoduler kräver särskild uppmärksamhet eftersom deras övre och nedre celldelar vanligtvis är parallellkopplade. Utledningspunkten är normalt placerad nära mitten av panelen istället för överst.

Sammanfogningsprocessen måste kontrollera:

• Sammanfogningsbandets position

• Svets- eller lödtemperatur

• Fogstyrka

• Bandets form

• Cellavstånd

• Utledningsbandets position

En svag sammanfogningsförbindelse kan orsaka effektförlust, överdriven lokal uppvärmning eller fullständigt kretsbrott.

På en liten semi-automatisk linje kan sammanfogning utföras manuellt med lödverktyg och positionsmallar. Fabriker med högre kapacitet använder normalt automatiska sammanfogningsmaskiner för bättre konsistens och genomströmning.

9. EL-test före laminering och visuell inspektion

Före laminering bör den sammansatta modulen genomgå visuell inspektion och EL-testning.

Detta är den sista praktiska möjligheten att reparera många produktionsdefekter. Operatörer eller automatiska inspektionssystem kontrollerar efter problem som:

• Spruckna celler

• Feljusterade cellsträngar

• Saknade band

• Dåliga sammanfogningsförbindelser

• Felaktiga utledningspositioner

• Föroreningar inuti modulen

• Skrynkligt eller förskjutet inkapslingsmaterial

• Felaktig placering av bakplan

EL-testaren före laminering kontrollerar det elektriska tillståndet för hela cellkretsen innan den permanent förseglas.

Laminering är i praktiken irreversibel. Om en defekt upptäcks efter laminering är reparationskostnaden mycket högre, och i många fall måste hela modulen kasseras.

10. Solpanelslaminator

Laminatorn förseglar glaset, inkapslingsmaterialet, solcellerna och bakplåten – eller bakglaset – till en hållbar struktur.

Inuti laminatorn avlägsnar vakuum instängd luft från modulstacken. Värme och tryck härdar sedan EVA eller POE och binder samman alla lager.

Lamineringsreceptet beror på:

• Typ av inkapslingsmaterial

• Modulstorlek

• Glastjocklek

• Glas-bakplåt eller glas-glas-struktur

• Cellteknik

• Krav från materialleverantör

En typisk lamineringscykel kan ta cirka 10 till 20 minuter, även om den faktiska tiden varierar med material och utrustning.

Laminatorn är ofta den långsammaste huvudprocessen i produktionslinjen. En fabrik kan därför behöva flera laminatorer som arbetar parallellt.

Detta är en viktig punkt vid beräkning av produktionskapacitet. Att installera snabbare stringers kommer inte att öka den slutliga modulproduktionen om lamineringssektionen inte kan bearbeta panelerna i samma takt.

Lamineringskvaliteten påverkar direkt vidhäftning, elektrisk isolering, fuktbeständighet och modulens förväntade livslängd.

11. Trimmnings- och efterlamineringsinspektionsutrustning

Efter laminering finns överskott av EVA, POE eller bakplåt kvar runt modulens kanter. Detta material måste avlägsnas före ramning.

På en liten linje kan operatörer trimma kanterna manuellt. En högkapacitets automatisk linje använder normalt en kanttrimmningsmaskin.

Den laminerade modulen inspekteras också för:

• Luftbubblor

• Delaminering

• Överskott av inkapslingsmaterial

• Repor

• Glasskador

• Cellrörelse

• Strängförskjutning

• Förorening inuti laminatet

Automatiska vändenheter gör det lättare att inspektera båda sidor av modulen utan att förlita sig på manuell lyftning.

12. Ramlimning och rammaskin

De flesta konventionella solpaneler använder en aluminiumram för att skydda glaskanterna och ge mekaniskt stöd under transport och installation.

Ramssektionen kan inkludera:

• Automatisk ramlimningsmaskin

• Aluminiumramslastningssystem

• Hörnnyckelinsättningsutrustning

• Rammonteringsmaskin

• Pneumatisk eller hydraulisk rammaskin

• Rampressningsutrustning

Tätningsmedel appliceras inuti aluminiumprofilerna innan de fyra ramsektionerna pressas runt den laminerade modulen.

Den färdiga ramen måste vara fyrkantig, säker och korrekt tätad. Vanliga ramdefekter inkluderar lösa hörn, otillräckligt tätningsmedel, överflödigt tätningsmedel, repor och felaktiga ramdimensioner.

Ramfria glas-glas-moduler kan kräva denna process beroende på produktdesign.

13. Kopplingsdosa Installationsmaskiner

Kopplingsdosan samlar den elektriska produktionen från cellkretsen och ger anslutningen mellan modulen och det externa PV-systemet.

Kopplingsdosaprocessen kan inkludera:

• Positionering av kopplingsdosa

• Silikon- eller limdispensering

• Lödning av utgångsband

• Automatisk terminallödning

• AB-limfyllning

• Ingjutning

• Kabel- och kontaktinspektion

En kopplingsboxlödningsmaskin ansluter modulens utledningsband till kopplingsboxens terminaler. En dispenserings- eller inkapslingsmaskin applicerar sedan tätnings- eller fyllnadsmaterial för att skydda de elektriska anslutningarna mot fukt, rörelse och korrosion.

Limmet och inkapslingsmaterialet måste få tillräcklig härdningstid före sluttestning och förpackning.

14. Slutlig EL-testare

Ett andra EL-test utförs normalt efter laminering eller slutlig modulmontering.

Detta test är nödvändigt eftersom nya mikrosprickor kan uppstå under laminering, trimning, ramning eller materialhantering.

Den slutliga EL-bilden kan avslöja:

• Mikrosprickor i celler

• Trasiga celler

• Avbrutna fingrar

• Dåliga lödningar

• Trasiga samlingsskenor

• Elektriskt inaktiva områden

• Strängavbrott

Automatisk bildanalysprogramvara kan hjälpa till att klassificera defekter, men tillverkaren behöver fortfarande tydliga acceptanskriterier. Systemet måste definiera vilka defekter som är acceptabla, vilka som kräver omarbetning och vilka som leder till avvisning.

15. Solsimulator och I-V-testare

Solsimulatorn, även känd som flash-testare eller I-V-testare, mäter den elektriska prestandan hos den färdiga solpanelen under kontrollerad belysning.

Testaren registrerar parametrar inklusive:

• Maximal effekt

• Öppen kretsspänning

• Kortslutningsström

• Driftspänning

• Driftström

• Fyllnadsfaktor

• Moduleffektivitet

• Fullständig I-V-kurva

Den uppmätta effekten används för att gradera panelen och generera dess märkskylt eller produktionsetikett.

Solsimulatorn bör ha lämplig spektral matchning, ljusuniformitet och stabilitet. Dess testhastighet måste också matcha produktionskapaciteten hos resten av linjen. Annars kommer färdiga paneler att börja ackumuleras framför teststationen.

16. Säkerhetstestutrustning

Elektrisk uteffekt är bara en del av slutkontrollen. Panelen måste också vara elektriskt säker.

Vanlig utrustning för säkerhetstestning inkluderar:

• Hi-pot-testare

• Isolationsresistansmätare

• Jordkontinuitetstestare

• Läckströmstestare

Hi-pot-testet applicerar hög spänning mellan den interna elektriska kretsen och modulramen för att verifiera isolationsintegriteten.

Jordkontinuitetstestet mäter den elektriska anslutningen mellan aluminiumramen och dess jordningspunkter. Isoleringstest kontrollerar om modulen kan fungera säkert utan farliga läckvägar.

Dessa är nödvändiga produktionstester, inte valfria kvalitetskontroller.

17. Märkning, sortering och förpackningslinje

Efter att panelen har klarat elektrisk, säkerhets-, EL- och visuell inspektion skriver fabriken ut produktetiketten och registrerar sluttestresultaten.

Varje modul får normalt ett unikt serienummer. På en automatisk linje kan detta nummer kopplas till ett MES- eller spårbarhetssystem.

Fabriken kan sedan spåra en färdig modul tillbaka till information som:

• Solcellsbatch

• Stringer-produktionsdata

• EL-bilder

• Läggningsstation

• Laminatorrecept

• Ramningsstation

• I-V-testresultat

• Säkerhetstestresultat

• Produktionsdatum och skift

De färdiga modulerna sorteras efter effektklass, staplas med skyddsmaterial och packas för transport.

Förpackning kan verka som en enkel process, men felaktig stapling eller otillräckligt skydd kan skada bra moduler innan de når projektplatsen.

Halvautomatisk eller helautomatisk?

En solpanelsfabrik behöver inte alltid full automation.

Halvautomatiska linjer är ofta lämpliga för pilotprojekt, regionala tillverkare och fabriker med lägre planerad kapacitet. Operatörer kan hantera bussning, materialförberedelse, trimning, montering av kopplingsbox och visuell inspektion manuellt.

Helautomatiska linjer lägger till robotisk hantering, automatiska transportband, integrerade inspektionssystem, produktionsbuffertar och dataspårbarhet. De ger högre genomströmning och mer konsekvent processkontroll, men kräver också starkare underhållsförmåga och bättre produktionsledning.

Rätt nivå av automation beror på:

• Planerad årlig kapacitet

• Moduldesign

• Cellteknik

• Tillgänglig investering

• Lokala arbetsförhållanden

• Produktkvalitetskrav

• Framtida expansionsplaner

Välj inte varje maskin separat

Den största maskinen är inte alltid den viktigaste maskinen, och den snabbaste maskinen skapar inte automatiskt den snabbaste produktionslinjen.

Kapaciteten måste balanseras över cellskärning, stringning, uppläggning, bussning, laminering, ramning, montering av kopplingsbox och sluttestning.

Fabriken behöver också stödsystem som:

• Automatiska transportband

• Produktionsbuffertar

• Luftkompressorer

• Vakuumsystem

• Kylare

• Materialförvaring

• MES och spårbarhetsprogramvara

• Underhållsutrymme

• Kvalitetskontrollområden

Moduldesignen måste bekräftas innan utrustningen väljs. En linje designad för konventionella PERC fullcellsmoduler kanske inte är lämplig för stora TOPCon-halvceller, HJT-moduler, BC-celler eller tunga glas-glaspaneler utan att byta flera maskiner.

En realistisk fabriksplan bör därför börja med målspecifikationen för modulen och årlig produktionskapacitet. Den slutliga maskinlistan kommer efter det.

Vår syn är enkel: en pålitlig solcellsfabrik är inte en hög med imponerande maskiner utan ett balanserat produktionssystem, och Ooitech kan tillhandahålla kompletta 5 MW till 1,2 GW halvautomatiska och helautomatiska produktionslinjer för solpaneler, fabrikslayoutdesign, installation, utbildning, råmaterialstöd och global eftermarknadsservice.