Dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời — Từ tế bào đến mô-đun hoàn thiện

Câu trả lời nhanh: Dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời chuyển đổi các tế bào quang điện riêng lẻ, dễ vỡ và các cuộn vật liệu thành những mô-đun kín, đã qua kiểm tra. Trình tự là cố định: tế bào được phân loại theo dòng điện, cắt khi dùng định dạng nửa tấm hoặc shingled, được hàn thành chuỗi bằng máy hàn chuỗi tabber stringer, được xếp lớp cùng EVA và kính tại trạm xếp lớp, được ép laminate dưới chân không và nhiệt, sau đó đóng khung, gắn hộp nối, và được đo flash trên máy kiểm tra IV trước khi phân loại cuối cùng. Năng suất được quyết định bởi công đoạn chậm nhất, không phải nhanh nhất, vì vậy một dây chuyền thường được chỉ định theo công suất hàng năm và số lượng máy móc sẽ theo đó mà tính ra. Mỗi trạm cũng thêm một dạng lỗi riêng biệt, từ vết nứt vi mô ở công đoạn hàn chuỗi đến bọt khí ở công đoạn ép laminate và hiện tượng tách lớp theo thời gian, đó là lý do kiểm tra trực tuyến được đặt sau mỗi bước quan trọng. Chụp ảnh điện phát quang sau khi ép laminate phát hiện các khuyết tật mà chỉ đo công suất sẽ bỏ sót, và phân loại cuối cùng chia mô-đun theo dòng điện đo được để các đơn vị không khớp không bao giờ nằm chung một chuỗi. Các con số điển hình cho các trạm liên quan: hàn chuỗi ở 1.200–6.800 tế bào mỗi giờ với độ định vị ±0,15 mm và tỷ lệ vỡ ≤0,2% trên tế bào loại A, xếp lớp theo chu kỳ dưới 48 giây, ép laminate giữ khoảng 140–150°C trong khi chất đóng gói liên kết ngang, và kiểm tra IV phân loại đầu ra theo mức khớp phổ loại A+ từ 0,875–1,125.

Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech

Một cách hữu ích để hiểu về nhà máy sản xuất mô-đun mặt trời là tạm thời bỏ qua tên các loại máy móc và quan sát điều gì xảy ra với sản phẩm.

Lúc đầu, có những tế bào riêng lẻ dễ vỡ và các cuộn hoặc tấm vật liệu. Ở giữa, có một mạch điện được kết nối nằm trong một chồng lớp lỏng lẻo. Cuối cùng, có một sản phẩm đã được niêm phong với số sê-ri, công suất đo được, hồ sơ kiểm tra và một quyết định: xuất xưởng, làm lại, hoặc loại bỏ.

Sự thay đổi đó diễn ra qua ba biến đổi lớn.

Cách nhìn theo quy trình này phục vụ một mục đích khác với danh mục máy móc. Những độc giả cần tài liệu tham khảo chi tiết theo từng thiết bị có thể xem bài viết của Ooitech về những loại máy nào được dùng để sản xuất tấm pin mặt trời. Ở đây, câu hỏi đặt ra là các thao tác đó phụ thuộc vào nhau như thế nào.

Tế bào trở thành một mạch điện được kiểm soát

Hầu hết các nhà máy lắp ráp mô-đun bắt đầu với tế bào quang điện mua vào. Các quyết định sản xuất đầu tiên đã được nhúng sẵn trong thiết kế sản phẩm: tế bào nguyên hoặc tế bào cắt, tiếp xúc mặt trước thông thường hoặc tiếp xúc mặt sau, số lượng và vị trí các dải ribbon, chiều dài chuỗi, khe hở, vị trí dẫn ra và cách bố trí mạch cuối cùng.

Nếu thiết kế sử dụng tế bào chia nhỏ, một quy trình laser sẽ chuẩn bị các mảnh cần thiết. Quá trình hàn nối chuỗi sau đó hàn dải ribbon dẫn điện vào các tế bào và kết nối chúng nối tiếp. Các chuỗi hoàn chỉnh chuyển sang công đoạn xếp lớp, nơi chúng được định vị trên kính và chất đóng gói đã chuẩn bị. Đấu busbar kết nối các chuỗi theo thiết kế điện của mô-đun.

Những thao tác này thường được bán như các hạng mục máy móc riêng biệt, nhưng nhà máy trải nghiệm chúng như một bài toán liên tục: xây dựng mạch điện mà không làm vỡ tế bào, không làm quá nhiệt các cấu trúc nhạy cảm, không làm lệch hình học, hoặc không tạo ra các mối nối điện yếu.

Những con số đằng sau câu đó thì nhỏ và khắt khe. Một wafer dày 130–180 μm, dải băng phẳng thường rộng 0,15–0,35 mm, và một máy hàn chuỗi thế hệ hiện tại giữ độ định vị ở ±0,15 mm trong khi giữ tỷ lệ vỡ ở mức bằng hoặc dưới 0,2% trên tế bào loại A. Năng suất trong cùng lớp máy đó trải từ 1.200 đến 6.800 tế bào mỗi giờ, đó là lý do trạm nhanh nhất trên giấy thường không phải là trạm mà máy ép laminate của bạn có thể đáp ứng.

Các điểm chuyển giao rất quan trọng. Một chuỗi có thể vượt qua kiểm tra ngoại quan của chính nó mà vẫn bị hư hại trong khi được nâng, xoay hoặc đặt xuống. Một chuỗi được hàn đúng có thể trở thành mô-đun căn chỉnh kém nếu điểm tham chiếu xếp lớp sai. Một dải busbar có thể được kết nối điện nhưng định vị tồi cho quá trình lắp hộp nối sau đó.

Vì lý do này, việc xử lý tế bào, hiệu chỉnh bằng thị giác, vận chuyển chuỗi, độ chính xác xếp lớp và kiểm soát đấu busbar nên được thiết kế cùng nhau. Mua từng trạm theo thông số brochure riêng của nó sẽ bỏ qua các giao diện nơi nhiều tổn thất sản xuất xuất hiện.

Ranh giới tốn kém nằm trước công đoạn ép laminate

Trước khi ép laminate, mô-đun vẫn có thể được mở ra. Một chuỗi bị hư có thể được thay thế. Một dải ribbon đặt sai có thể được sửa. Bụi có thể được loại bỏ. Chất đóng gói hoặc vật liệu mặt sau có thể được định vị lại.

Sau khi ép laminate, những sửa chữa tương tự trở nên khó khăn, không kinh tế hoặc không thể thực hiện mà không phải hy sinh mô-đun. Điều đó khiến kiểm tra trước ép laminate không chỉ là công việc thường lệ của bộ phận chất lượng. Đó là một ranh giới kinh tế trong dòng chảy sản xuất.

Một cổng kiểm tra hợp lý xem xét hai loại bằng chứng.

Kiểm tra ngoại quan bao gồm vị trí vật liệu, nhiễm bẩn, khoảng cách chuỗi, vị trí dẫn ra, nếp nhăn, vật thể lạ và hư hại rõ ràng. Kiểm tra EL bao gồm tình trạng điện của mạch tế bào đã kết nối, bao gồm các khuyết tật có thể không nhìn thấy dưới ánh sáng thông thường.

Mục đích không phải là tạo thêm một báo cáo kiểm tra. Mà là ngăn chặn các khuyết tật có thể tránh được vượt qua một quy trình không thể đảo ngược. Khi một dây chuyền liên tục phát hiện cùng một vấn đề tại cổng này, phản ứng đúng đắn là sửa chữa quy trình ở thượng nguồn — không chỉ đơn thuần thêm nhiều nhân viên kiểm tra.

Một chồng lớp lỏng lẻo trở thành tấm laminate được bảo vệ

Chồng lớp mô-đun thông thường bao gồm kính trước, chất đóng gói, mạch tế bào được kết nối, lớp chất đóng gói thứ hai và hoặc polymer backsheet hoặc kính sau. Hệ thống cắt và trải vật liệu chuẩn bị các lớp đó theo kích thước sản phẩm. Thiết bị xử lý giữ các cạnh và điểm tham chiếu của chúng trong tầm kiểm soát khi chồng lớp di chuyển về phía cán ép.

Các máy ép laminate áp dụng sự kết hợp được kiểm soát của chân không, nhiệt, áp suất và thời gian. Không khí được loại bỏ, chất đóng gói chảy và đóng rắn, và các lớp trước đây rời rạc trở thành một cấu trúc liên kết.

Công đoạn này được điều khiển bởi một công thức, không chỉ là một cài đặt nhiệt độ. Hóa học chất đóng gói, cấu tạo kính, kích thước mô-đun, bảo quản vật liệu, hành vi hút chân không, độ đồng đều gia nhiệt và điều kiện làm nguội đều ảnh hưởng đến kết quả. Một công thức phù hợp cho một bảng vật tư này không nên được sao chép mù quáng sang bảng khác.

Cửa sổ dung sai hẹp hơn so với điểm đặt gợi ý. Chất đóng gói EVA liên kết ngang ở khoảng 140–150°C, và điều mà công thức thực sự kiểm soát là một trình tự — tăng nhiệt, các giai đoạn chân không, áp suất áp dụng và thời gian giữ. Một máy ép laminate không thể lặp lại trình tự đó sẽ thể hiện qua bọt khí, tách lớp hoặc dịch chuyển tế bào, và không điều nào trong số đó có thể sửa chữa được sau khi chồng lớp đã được liên kết.

Máy ép laminate cũng có một giới hạn nghiêm ngặt: nó không thể sửa chữa chồng lớp mà nó nhận được. Nó không thể làm thẳng một chuỗi đặt sai, loại bỏ nhiễm bẩn, phục hồi một tế bào bị nứt, hoặc sửa vật liệu mặt sau sai. Do đó, ép laminate tốt bắt đầu từ rất lâu trước khi cửa buồng đóng lại.

Dòng chảy nhà máy xung quanh quy trình này cần được lập kế hoạch cẩn thận. Các chồng lớp chưa ép laminate rất dễ vỡ và chiếm không gian. Nạp theo lô có thể tạo ra các lần đến và đi không đồng đều. Làm nguội và xử lý hạ nguồn có thể hạn chế khu vực ngay cả khi bản thân buồng có vẻ đủ nhanh. Con số công suất hữu ích là dòng chảy duy trì qua toàn bộ khu vực, không phải thời gian công thức hiển thị ngắn nhất.

Công đoạn hoàn thiện thêm chức năng, không phải trang trí

Một tấm laminate có thể đã trông giống một tấm pin mặt trời, nhưng vẫn còn một số công việc chức năng.

Quá trình hoàn thiện bắt đầu tại chu vi tấm laminate, nơi vật liệu dư được loại bỏ và các cạnh được chuẩn bị cho kết cấu đã chọn. Trên sản phẩm có khung, keo trám và thanh nhôm định hình được lắp ráp thành một kết cấu truyền tải vuông vắn, chắc chắn cho việc đóng gói, gắn kết và sử dụng tại hiện trường. Các thiết kế không khung và kính-kính xử lý công đoạn này theo cách khác, vì vậy việc xử lý và quy trình xử lý cạnh của chúng phải được xác định theo bản vẽ sản phẩm.

Các hộp nối tạo kết nối điện bên ngoài. Dây dẫn ra phải tiếp cận đúng các đầu cực, mối nối điện phải ổn định, và vật liệu kết dính hoặc chất đổ phải bảo vệ cụm lắp ráp. Thời gian đóng rắn là một phần của thời gian sản xuất; di chuyển mô-đun quá sớm có thể làm xáo trộn một lắp đặt vốn dĩ đạt yêu cầu.

Các bước này đôi khi được coi là phần dễ dàng ở cuối dây chuyền vì mạch điện mặt trời đã được tạo ra. Giả định đó là rủi ro. Hư hỏng khung, niêm phong kém, kết nối cực yếu, hoặc việc bôi keo không kiểm soát có thể khiến một mô-đun đã vượt qua mọi công đoạn trước đó bị loại.

Các dung sai đáng được nêu rõ ràng. Độ chính xác đóng khung thường được giữ ở ±1 mm với chênh lệch đường chéo trong khoảng ±1,5 mm, và hàn hộp nối tự động chạy chu kỳ 16–18 giây với định vị CCD ±0,1 mm. Thời gian đóng rắn keo dính được tính là thời gian sản xuất, và một mô-đun được di chuyển quá sớm sẽ hỏng sau vài tuần chứ không phải ngay lập tức.

Một mô-đun được xuất xưởng dựa trên bằng chứng

Kiểm tra cuối cùng trả lời nhiều câu hỏi khác nhau, và không có một thiết bị kiểm tra nào trả lời được tất cả.

Thứ nhất: mạch điện có còn nguyên vẹn không? Kiểm tra EL cuối cùng tìm kiếm hư hỏng hoặc gián đoạn điện có thể đã xuất hiện trong quá trình ép laminate, cắt tỉa, đóng khung, hoặc vận chuyển.

Thứ hai: mô-đun đạt hiệu suất điện như thế nào? Một thiết bị kiểm tra IV hoặc mô phỏng mặt trời ghi lại đáp ứng dòng điện-điện áp dưới điều kiện chiếu sáng được kiểm soát. Kết quả hỗ trợ phân loại công suất và dữ liệu điện liên quan đến mô-đun.

Thứ ba: sản phẩm có an toàn về điện không? Các kiểm tra cách điện, hi-pot, và liên tục tiếp đất giải quyết vấn đề cách ly và đường dẫn bảo vệ theo kết cấu và kế hoạch chất lượng áp dụng.

Hai con số mô tả giá trị của bằng chứng giải phóng đó. Kiểm tra EL trực tuyến phân giải khoảng 0,5 mm mỗi pixel, đủ mịn để phát hiện các vết nứt vi mô mà chỉ đo công suất sẽ bỏ qua, và một máy mô phỏng mặt trời được đánh giá theo mức khớp phổ, với cửa sổ loại A+ hiện tại nằm trong khoảng 0,875 đến 1,125. Kiểm tra cách điện và hi-pot chạy từ 0,1 kV đến 10 kV tùy thuộc vào kết cấu mô-đun và kế hoạch thử nghiệm mà bạn đang đối chiếu.

Còn một câu hỏi thứ tư dễ bị bỏ qua: nhà máy có thể chứng minh lịch sử quy trình nào thuộc về mô-đun vật lý này không?

Mã vạch hoặc mã nhận dạng nối tiếp khác có thể kết nối sản phẩm với các lô pin hoặc vật liệu, hồ sơ ghép chuỗi, hình ảnh kiểm tra, công thức ép laminate, dữ liệu người vận hành hoặc thiết bị, kết quả IV, và kết quả kiểm tra an toàn. Trong nhà máy tự động, thông tin này có thể được trao đổi với hệ thống điều hành sản xuất. Trong nhà máy nhỏ hơn, nguyên tắc tương tự vẫn áp dụng ngay cả khi việc thu thập dữ liệu đơn giản hơn.

Khả năng truy xuất nguồn gốc biến kết quả kiểm tra thành hồ sơ sản xuất hữu ích. Nó giúp điều tra các lỗi tái diễn, cô lập vật liệu bị ảnh hưởng, so sánh công thức, và ngăn một đơn vị bị loại bị trộn lẫn trở lại vào hàng đạt chuẩn.

Hàng đợi tiết lộ thiết kế thực sự của nhà máy

Sản lượng sản xuất hiếm khi bị giới hạn bởi cỗ máy có thông số ấn tượng nhất. Nó bị giới hạn bởi cách thời gian chu kỳ, lô, chuyển giao, kiểm tra, chuyển đổi, bảo trì, và giữ chất lượng tương tác trong một ca.

Hàng đợi là bằng chứng hữu ích vì chúng cho thấy dây chuyền đang mất phối hợp ở đâu.

Bộ đệm có thể bảo vệ một quy trình khỏi những gián đoạn ngắn ở quy trình khác, nhưng nó không phải là cách chữa cho sự không khớp vĩnh viễn. Đệm quá ít gây dừng thường xuyên. Đệm quá nhiều che giấu vấn đề, tăng công việc đang thực hiện, chiếm diện tích sàn, và cho phép lỗi đi xa hơn trước khi có ai nhận ra một mô hình.

Mục tiêu không phải là loại bỏ mọi khoảnh khắc chờ đợi. Mà là biết tại sao sự chờ đợi tồn tại và liệu nó bảo vệ quy trình hay phơi bày một lỗi thiết kế.

Tự động hóa rủi ro trước khi tự động hóa sự phô diễn

Các quyết định tự động hóa thường được thảo luận như một lựa chọn giữa nhà máy bán tự động và nhà máy hoàn toàn tự động. Một câu hỏi hữu ích hơn là tự động hóa loại bỏ rủi ro vận hành lớn nhất ở đâu.

Xử lý vật dễ vỡ là một ưu tiên. Việc nâng và định vị lặp đi lặp lại các pin, chuỗi, kính, và tấm laminate lớn tạo cơ hội cho vỡ, xước, và lệch căn chỉnh.

Độ chính xác lặp lại là một ưu tiên khác. Việc đặt chuỗi, hình học đấu bus, phân phối keo, đóng khung, và định vị kiểm tra được hưởng lợi khi cùng một chuyển động được kiểm soát phải xảy ra mô-đun này đến mô-đun khác.

Các điểm bàn giao cũng đáng được chú ý. Chuyển giao tự động có thể giảm hàng đợi và thao tác thủ công, nhưng chỉ khi các trạm được kết nối sử dụng tham chiếu tương thích, logic chu kỳ, kiểm soát an toàn, và phục hồi lỗi.

Cuối cùng, tự động hóa có thể cải thiện việc thu thập dữ liệu. Đọc mã vạch, chọn công thức, truyền kết quả kiểm tra, và định tuyến loại bỏ trở nên đáng tin cậy hơn khi chúng được tích hợp vào quy trình thay vì được ghi lại sau.

Công việc thủ công vẫn có chỗ đứng. Nó có thể cung cấp tính linh hoạt trong sản xuất thử nghiệm, phát triển sản phẩm, vận hành khối lượng thấp hơn, hoặc các bước mà phán đoán có giá trị hơn tốc độ. Đánh đổi là quy trình phải định nghĩa đào tạo, kiểm tra, công thái học, và khả năng truy xuất nguồn gốc cẩn thận như một trạm tự động định nghĩa cảm biến và khóa liên động.

Bố trí bắt đầu với đầu vào, không phải sơ đồ mặt bằng

Nhà cung cấp không thể thiết kế một dây chuyền sản xuất hữu ích chỉ từ mục tiêu công suất hàng năm. Sản lượng hàng năm là bản tóm tắt của nhiều giả định vận hành. Bố trí cần chính các giả định đó.

Những đầu vào này cũng ngăn ngừa một lỗi bố trí phổ biến: vẽ một đường dây gọn gàng trước rồi buộc dòng sản phẩm và vật tư phải khớp với nó. Trình tự tốt hơn là định nghĩa sản phẩm, dòng quy trình, cổng chất lượng, mô hình chu kỳ, cấu hình thiết bị và cuối cùng là sơ đồ mặt bằng chi tiết.

Nguồn và tài liệu đọc liên quan

• Kiến thức cơ bản về sản xuất quang điện mặt trời — Bộ Năng lượng Hoa Kỳ

• Danh mục thiết bị sản xuất tấm pin mặt trời Ooitech

• Thiết bị dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời hoàn toàn tự động Ooitech

• Những máy nào được sử dụng để sản xuất tấm pin mặt trời? — Ooitech

Thiết kế ngược từ mô-đun bạn cần phát hành

Dây chuyền sản xuất trở nên dễ đặc tả hơn khi dự án xác định ba đầu ra: một mạch đúng, một tấm laminate bền và một mô-đun hoàn chỉnh được hỗ trợ bởi hồ sơ kiểm tra và truy xuất nguồn gốc. Việc chọn máy sau đó tuân theo quy trình thay vì thay thế nó.

Ooitech có thể cấu hình và cung cấp hệ thống sản xuất tấm pin mặt trời cho khách hàng trên toàn thế giới, từ nhà máy có hỗ trợ vận hành đến dây chuyền tự động hóa cao, với việc chọn thiết bị, bố trí nhà máy, lắp đặt, chạy thử, đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng phù hợp với mô-đun và kế hoạch sản xuất dự kiến.