PV Cơ bản: Máy hàn và kết nối tế bào năng lượng mặt trời

Trong quy trình sản xuất mô-đun quang điện, máy hàn tế bào năng lượng mặt trời là một trong những thiết bị cốt lõi để xây dựng kết nối điện giữa các tế bào năng lượng mặt trời. Chức năng chính của nó là hàn các tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ với các dây kết nối và kết nối chúng nối tiếp để tạo thành một chuỗi tế bào có điện áp đầu ra thiết kế.

Quy trình hàn ổn định ảnh hưởng trực tiếp đến công suất mô-đun, chất lượng ngoại quan, hiệu suất EL và độ tin cậy lâu dài. Đối với các nhà máy mô-đun PV hiện đại, đặc biệt là những nhà máy sản xuất mô-đun MBB, half-cell, PERC, TOPCon, HJT hoặc các mô-đun tiên tiến khác, độ chính xác và nhất quán của máy hàn là rất quan trọng.

Phân loại máy hàn tế bào năng lượng mặt trời

Theo mức độ tự động hóa và quy trình hàn, máy hàn thường được chia thành ba loại.

Máy hàn thủ công

Máy hàn thủ công yêu cầu người vận hành đặt tế bào năng lượng mặt trời và ribbon bằng tay. Quá trình hàn cũng được hoàn thành thủ công hoặc với các công cụ hỗ trợ rất đơn giản.

Đặc điểm chính:

• Chi phí đầu tư thiết bị thấp hơn

• Phù hợp cho sản xuất hàng loạt nhỏ, dây chuyền thử nghiệm, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc mục đích đào tạo

• Năng suất thấp

• Độ chính xác định vị thấp hơn

• Nguy cơ vỡ tế bào và hàn không đồng nhất cao hơn

Việc ghép dây thủ công hiếm khi được sử dụng trong các nhà máy sản xuất pin mặt trời quy mô lớn ngày nay, nhưng vẫn có thể thấy trong môi trường R&D hoặc các cơ sở sản xuất rất nhỏ.

Máy hàn dây bán tự động

Máy hàn dây bán tự động tự động hóa một phần quá trình cấp tế bào hoặc hàn dây, trong khi một số bước vẫn cần hỗ trợ thủ công, chẳng hạn như xử lý dây, kết nối hoặc tải và dỡ hàng.

Đặc điểm chính:

• Hiệu suất sản xuất trung bình

• Phù hợp với dây chuyền sản xuất nhỏ và vừa

• Đầu tư thấp hơn so với thiết bị tự động hoàn toàn

• Phụ thuộc nhiều vào kỹ năng của người vận hành

• Chất lượng hàn có nhiều biến động hơn so với máy tự động hoàn toàn

Thiết bị bán tự động có thể là giải pháp chuyển tiếp cho các nhà sản xuất đang nâng cấp từ sản xuất thủ công lên sản xuất mô-đun PV tự động.

Máy hàn dây tự động hoàn toàn

Máy hàn dây tự động hoàn toàn thực hiện toàn bộ quy trình tự động, bao gồm nạp tế bào, định vị tế bào, cấp dây, hàn, chuyển dây và kết nối với quy trình sản xuất tiếp theo.

Đặc điểm chính:

• Độ chính xác định vị cao, thường khoảng ±0,1 mm tùy thuộc vào cấu hình máy

• Năng suất sản xuất cao, thường đạt khoảng 6.800 đến 8.000 tế bào mỗi giờ đối với máy tốc độ cao chính thống

• Chất lượng hàn ổn định

• Phù hợp với dây chuyền sản xuất liên tục

• Khả năng tương thích tốt hơn với các công nghệ mô-đun PV hiện đại như MBB, half-cell và các định dạng tế bào hiệu suất cao

Đối với các nhà sản xuất mô-đun quang điện chính thống, máy hàn dây tự động hoàn toàn đã trở thành lựa chọn tiêu chuẩn vì chúng hỗ trợ công suất cao hơn, kiểm soát quy trình tốt hơn và giảm phụ thuộc vào lao động.

Nguyên lý hoạt động và quy trình cốt lõi

Nguyên lý hoạt động của máy hàn dây dựa trên định vị tế bào chính xác, cấp dây ổn định, nhiệt độ hàn được kiểm soát và hình thành dây liên tục. Mặc dù các thương hiệu máy khác nhau có thể sử dụng bố trí cơ khí khác nhau, nhưng quy trình cơ bản là tương tự.

Nạp và chuyển tế bào

Các tế bào quang điện đầu tiên được tách ra khỏi khay chứa tế bào. Trong nhiều máy, một dao khí được sử dụng để tách các tế bào một cách nhẹ nhàng và giảm độ bám dính giữa các tấm wafer mỏng. Sau đó, các vòi hút, băng tải hoặc hệ thống xử lý robot nhặt các tế bào và gửi chúng đến trạm hàn theo trình tự.

Bước này phải mượt mà và ít ứng suất, vì các tế bào quang điện hiện đại ngày càng mỏng hơn, và các vết nứt vi mô có thể xuất hiện nếu lực xử lý không được kiểm soát tốt.

Hệ thống định vị thị giác

Hệ thống định vị thị giác thường sử dụng camera CCD hoặc CMOS công nghiệp để chụp các điểm đánh dấu hoặc đặc điểm tham chiếu trên tế bào quang điện. Sau khi xử lý hình ảnh, hệ thống tính toán vị trí và độ lệch góc của tế bào.

Hệ thống điều khiển chuyển động sau đó hướng dẫn cánh tay cơ khí hoặc bàn định vị để điều chỉnh tế bào về đúng vị trí trước khi hàn. Điều này rất cần thiết để tránh lệch dây hàn, căn chỉnh kém và các khuyết tật hàn ẩn.

Quy trình hàn dây hàn

Quy trình hàn dây hàn thường bao gồm gia nhiệt sơ bộ và hàn.

Gia nhiệt sơ bộ:

Đồ gá hàn hoặc khu vực hàn được gia nhiệt sơ bộ thông qua một vùng gia nhiệt, chẳng hạn như tấm gia nhiệt hoặc hộp đèn gia nhiệt. Trong nhiều quy trình, nhiệt độ được nâng lên trên 110°C trước giai đoạn hàn chính. Gia nhiệt sơ bộ giúp giảm sốc nhiệt và cải thiện khả năng thấm ướt của chất hàn.

Hàn:

Máy đặt dây hàn đã được xử lý chất trợ dung lên thanh cái hoặc đường lưới của tế bào quang điện. Dưới áp suất và nhiệt độ gia nhiệt được kiểm soát, lớp hàn trên dây hàn nóng chảy và tạo thành liên kết chắc chắn với điện cực bạc của tế bào quang điện.

Hàn tốt phải đạt được độ bám dính cao, điện trở nối tiếp thấp, căn chỉnh dây hàn mượt mà và ứng suất nhiệt hoặc cơ học tối thiểu lên tế bào.

Hình thành chuỗi tế bào

Sau khi hàn, các tế bào được kết nối lần lượt để tạo thành một chuỗi tế bào có chiều dài định trước, chẳng hạn như 10 tế bào mỗi chuỗi, 12 tế bào mỗi chuỗi hoặc các cấu hình khác tùy thuộc vào thiết kế mô-đun.

Chuỗi tế bào hoàn chỉnh sau đó được chuyển đến quy trình tiếp theo, chẳng hạn như xếp lớp, hàn busbar, kiểm tra hoặc chuẩn bị cán màng.

Các công nghệ chính trong máy Tabber Stringer

Định vị độ chính xác cao

Định vị độ chính xác cao phụ thuộc vào cả hệ thống thị giác và thuật toán điều khiển chuyển động. Camera CCD hoặc CMOS ghi lại vị trí của cell, trong khi các thuật toán điều khiển như PID giúp máy hiệu chỉnh chuyển động nhanh và chính xác.

Để sản xuất chất lượng cao, sai lệch căn chỉnh giữa cell và ribbon thường phải được kiểm soát trong phạm vi 0,2 mm. Nếu độ lệch quá lớn, các vấn đề thường gặp có thể bao gồm hàn lệch, ngoại quan kém, tăng điện trở nối tiếp, hoặc thậm chí rủi ro về độ tin cậy tiềm ẩn.

Kiểm soát Nhiệt độ Hàn

Kiểm soát nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong hàn chuỗi. Nhiệt độ hàn phải ổn định và thường cần được kiểm soát trong phạm vi hẹp, ví dụ ±5°C, tùy thuộc vào công thức quy trình.

Các phương pháp gia nhiệt phổ biến bao gồm:

• Gia nhiệt hồng ngoại: Tăng nhiệt nhanh, phù hợp với ribbon mỏng, đặc biệt là ribbon có độ dày từ 0,15 mm trở xuống

• Gia nhiệt tấm nhiệt: Đồng đều nhiệt tốt hơn, phù hợp với hàn độ tin cậy cao và sản xuất hàng loạt ổn định

Nếu nhiệt độ quá thấp, chất hàn có thể không nóng chảy hoàn toàn, gây ra các mối hàn yếu hoặc hàn nguội. Nếu nhiệt độ quá cao, có thể làm hỏng cell, tăng ứng suất nhiệt, hoặc ảnh hưởng đến độ tin cậy lâu dài của module.

Hàn Ít Gây Hư Hại

Các cell năng lượng mặt trời hiện đại mỏng hơn và dễ vỡ hơn so với các thế hệ cũ. Đối với cell mỏng có độ dày dưới 130 μm, áp lực cơ học và ứng suất nhiệt phải được kiểm soát cẩn thận.

Nhiều máy sử dụng hệ thống hàn tiếp xúc mềm, chẳng hạn như đầu ép lò xo. Áp lực thường được kiểm soát trong khoảng từ 5 đến 15 N, tùy thuộc vào loại cell, loại ribbon và phương pháp hàn.

Mục tiêu là đạt được tiếp xúc đủ để hàn đáng tin cậy trong khi tránh nứt, nứt ẩn, sứt cạnh hoặc cong vênh quá mức của cell.

Ứng dụng Thực tế trong Sản xuất Module PV

Máy hàn tabber stringer được sử dụng trong giai đoạn kết nối điện tiền xử lý của sản xuất module PV. Hiệu suất của nó ảnh hưởng đến một số quy trình hạ nguồn và chất lượng module cuối cùng.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Sản xuất module silicon tinh thể tiêu chuẩn

• Sản xuất module half-cell

• Sản xuất module MBB và SMBB

• Các dây chuyền module tế bào hiệu suất cao PERC, TOPCon, HJT và các loại khác

• Dây chuyền sản xuất thử nghiệm cho các cấu trúc module mới

• Nâng cấp tự động hóa nhà máy từ sản xuất bán tự động lên tự động hoàn toàn

Trong một dây chuyền sản xuất module PV hoàn chỉnh, máy hàn tabber stringer phải phối hợp với các hệ thống cắt tế bào, xếp lớp, hàn bus, kiểm tra EL, cán màng, đóng khung, lắp hộp nối, kiểm tra IV và kiểm tra cuối cùng. Sự không đồng bộ về công suất hoặc độ ổn định quy trình ở giai đoạn hàn dây có thể dễ dàng trở thành nút thắt cổ chai cho toàn bộ nhà máy.

Quan điểm của Ooitech

Là một nhà cung cấp thiết bị làm việc với nhiều bố trí sản xuất module PV khác nhau, Ooitech coi máy hàn tabber stringer không chỉ là một máy hàn; nó là một điểm kiểm soát quy trình chính quyết định liệu một dây chuyền module có thể vận hành với năng suất ổn định và sản lượng dự đoán được hay không. Đối với các nhà máy nâng cấp lên sản xuất MBB, TOPCon hoặc tế bào mỏng hơn, cần chú ý không chỉ đến công suất danh nghĩa, mà còn đến kiểm soát ribbon, ứng suất xử lý tế bào, độ đồng đều nhiệt độ và khả năng tương thích với các quy trình xếp lớp và hàn bus phía sau. Một giải pháp hàn dây tốt nên được lựa chọn cùng với thiết kế dây chuyền module tổng thể, nếu không một máy hàn dây tốc độ cao vẫn có thể không mang lại hiệu quả sản xuất thực tế.