Sản xuất Mô-đun PV Năng lượng Mặt trời: Hệ thống đằng sau các Mô-đun có thể lặp lại

Một nhà máy có thể tạo ra một mô-đun chấp nhận được nhưng vẫn có hệ thống sản xuất yếu.

Bài kiểm tra khó hơn đến sau: một lô tế bào mới đến, ca khác tiếp quản, máy cán khởi động lại sau bảo trì, hoặc nhà máy chuyển đổi từ định dạng mô-đun này sang định dạng khác. Nếu chất lượng thay đổi mỗi khi một trong những điều kiện đó thay đổi, nhà máy không thực sự kiểm soát sản phẩm. Nó đang quản lý một loạt các bất ngờ.

Đó là cách hữu ích để hiểu sản xuất mô-đun PV năng lượng mặt trời. Nó không chỉ đơn giản là hành động ghép các tế bào, kính và polyme lại với nhau. Đó là sự tái tạo có kiểm soát của một thiết kế mô-đun đã được phê duyệt, với đủ bằng chứng quy trình để cho thấy rằng mỗi sản phẩm được xuất xưởng đều được sản xuất theo đúng ý định.

Bốn hệ thống phải đồng thuận:

Các máy móc nằm trong các hệ thống này. Chúng không thay thế chúng.

Một mô-đun tốt chưa phải là một hệ thống sản xuất

Tham chiếu ổn định trong nhà máy sản xuất mô-đun PV là định nghĩa sản phẩm đã được phê duyệt. Công nghệ tế bào có thể thay đổi, lô vật liệu sẽ thay đổi, công nhân luân chuyển và thiết bị hao mòn. Mô-đun rời khỏi dây chuyền vẫn phải nằm trong tiêu chí xây dựng và phát hành đã được phê duyệt.

Điều này làm cho tính lặp lại trở thành vấn đề sản xuất trung tâm.

Một mẫu được chế tạo cẩn thận bởi kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm có thể hoạt động tốt. Sản xuất hàng loạt đưa ra áp lực khác: xử lý lặp đi lặp lại, thời gian chu kỳ ngắn, các trạm song song, lựa chọn công thức, bổ sung vật liệu, dừng, khởi động lại và làm lại. Các biến thể nhỏ trông vô hại tại một trạm có thể kết hợp sau đó. Lỗi nhỏ về vị trí dây ảnh hưởng đến quá trình xếp lớp. Một mối hàn kiểm soát kém sống sót qua kiểm tra trực quan nhưng xuất hiện trong EL. Một công thức cán màng không chính xác có thể không tạo ra khuyết tật rõ ràng tại cửa buồng, nhưng nó thay đổi lớp bảo vệ xung quanh mạch tế bào.

Do đó, dây chuyền cần nhiều hơn một chuỗi các hành động. Nó cần các giới hạn xác định, điểm đo lường và phản hồi khi kết quả vượt ra ngoài các giới hạn đó.

Định nghĩa sản phẩm âm thầm viết nên nhà máy

Việc lựa chọn thiết bị thường bắt đầu với mục tiêu công suất hàng năm. Con số đó quan trọng, nhưng nó không phải là đầu vào kỹ thuật đầu tiên. Bản thân mô-đun mới là yếu tố đầu tiên.

Bản vẽ và danh sách vật liệu quyết định nhiều công việc vật lý của dây chuyền: kích thước và kiến trúc tế bào, cấu trúc tế bào đầy đủ hoặc cắt, ribbon và mẫu kết nối, số lượng dây, kích thước kính, cấu trúc một kính hoặc kính-kính, loại encapsulant, lựa chọn backsheet, hồ sơ khung, vị trí hộp nối, chiều dài cáp và yêu cầu nhãn.

Những quyết định đó tiếp tục vào kiểm soát sản xuất. Quy tắc lưu trữ vật liệu ảnh hưởng đến chuẩn bị. Thiết kế kết nối ảnh hưởng đến việc đặt dây và bus. Kích thước mô-đun ảnh hưởng đến mọi tham chiếu chuyển giao và căn chỉnh. Encapsulant và cấu trúc xếp lớp ảnh hưởng đến công thức cán màng. Lựa chọn khung và hộp nối ảnh hưởng đến phân phối, lắp ráp và thời gian đóng rắn. Thị trường dự kiến và kế hoạch chứng nhận ảnh hưởng đến thử nghiệm, lấy mẫu, hồ sơ và lưu trữ tài liệu.

Đây là lý do tại sao danh sách máy móc không thể định nghĩa một nhà máy. Hai dự án có thể sử dụng máy móc cùng tên nhưng cần phạm vi làm việc, dụng cụ, công thức, bộ đệm, giao diện dữ liệu và cổng chất lượng khác nhau.

Trước khi cấu hình dây chuyền, bản vẽ sản phẩm, BOM, kế hoạch chất lượng và tiêu chí phát hành nên được coi là tài liệu nguồn. Nếu chúng vẫn đang thay đổi, thông số kỹ thuật thiết bị cũng đang thay đổi, cho dù hồ sơ mua hàng có thừa nhận hay không.

Đường đi vật lý thì đơn giản; kiểm soát nó thì không

Đối với một module silicon tinh thể thông thường, quy trình sản xuất tổng quát rất dễ mô tả.

Các cell được kiểm tra hoặc phân loại theo yêu cầu, sau đó được kết nối với nhau bằng ribbon dẫn điện thông qua máy hàn tabber stringer. Các dây được đặt lên kính và lớp encapsulant đã chuẩn bị, kết nối thành mạch điện dự kiến và được phủ bởi phần encapsulant còn lại và vật liệu mặt sau. Khối này đi vào máy laminate, nơi chân không, nhiệt, áp suất và thời gian biến cấu trúc lỏng lẻo thành một tấm laminate liên kết.

Công đoạn hoàn thiện tiếp theo hoàn thiện sản phẩm về mặt cơ khí và điện. Tùy thuộc vào thiết kế, điều này có thể bao gồm cắt tỉa, xử lý cạnh, lắp khung, gắn hộp nối, hàn, bôi keo hoặc đổ đầy, đóng rắn, làm sạch và hoàn thiện góc. Kiểm tra EL, đo IV và kiểm tra an toàn điện cung cấp các phần khác nhau của hồ sơ chất lượng cuối cùng. Dán nhãn và phân loại kết nối module vật lý với danh tính và điểm đến của nó.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ mô tả cùng một quy trình cơ bản: hàn tab và string, sắp xếp các cell đã kết nối với kính và encapsulant, laminate, sau đó lắp khung, gioăng và hộp nối cho module.

Không có thao tác nào trong số này là bất thường. Khó khăn trong sản xuất nằm ở việc giữ đúng vật liệu, hình học, công thức và danh tính sản phẩm trong suốt quá trình module đi qua tất cả các công đoạn.

Mọi thao tác quan trọng đều cần một công thức và một hồ sơ

Một quy trình trở nên có thể kiểm soát khi nhà máy có thể trả lời ba câu hỏi: cài đặt dự kiến là gì, thực tế đã xảy ra điều gì, và hành động nào được thực hiện nếu kết quả không chấp nhận được.

Hồ sơ không cần phải phức tạp ở mọi trạm. Nó cần phải hữu ích. Ghi lại nhiệt độ mà không xác định công thức, sản phẩm hoặc lô tạo ra dữ liệu, nhưng không nhiều bằng chứng.

Các điểm kiểm soát quan trọng nhất không phải lúc nào cũng là các trạm đắt tiền nhất. Các bước bàn giao cũng có thể quan trọng không kém. Một dây dẫn đúng có thể bị nứt khi nâng. Một chồng sạch có thể tích tụ nhiễm bẩn trong khi chờ đợi. Một laminate tốt có thể bị hỏng trong quá trình cắt hoặc đóng khung. Một kết quả kiểm tra đạt có thể bị gán sai số sê-ri nếu việc nhận dạng được coi là nhiệm vụ văn phòng thay vì một phần của sản xuất.

Do đó, công thức và hồ sơ nên đi theo sản phẩm qua các ranh giới trạm.

Chứng nhận là cơ sở; tính nhất quán là công việc hàng ngày

Chứng nhận sản phẩm và tính nhất quán trong sản xuất giải quyết các vấn đề khác nhau nhưng có liên quan.

Một chương trình chứng nhận hỏi liệu một cấu trúc mô-đun xác định có đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm áp dụng hay không. Nhà máy sau đó phải tái tạo cấu trúc đó mà không cho phép thay thế không kiểm soát hoặc sai lệch quy trình. Việc vượt qua một chuỗi phê duyệt kiểu một lần không chứng minh rằng một đơn vị sản xuất sau đó đã nhận được vật liệu chính xác, điều kiện hàn, chu kỳ cán hoặc kiểm tra phát hành cuối cùng.

IEC 62941 giải quyết trực tiếp khoảng trống này. Tiêu chuẩn kết nối sự tin cậy liên tục trong các mô-đun PV được chứng nhận với thiết kế sản phẩm và quy trình, lựa chọn vật liệu và kiểm soát các quy trình sản xuất. Nó giả định một nền tảng quản lý chất lượng đã được thiết lập; nó không phải là sự thay thế cho nền tảng đó.

Sự khác biệt này quan trọng vì độ tin cậy thực tế bắt đầu từ rất lâu trước khi một module đến được công trường. Chương trình độ tin cậy của IEA PVPS xem xét cách vật liệu, thiết kế, chế độ suy thoái, thử nghiệm và môi trường vận hành của module ảnh hưởng đến hiệu suất theo thời gian. Nhà máy không thể kiểm soát thời tiết mà module sẽ phải đối mặt, nhưng có thể kiểm soát liệu cấu trúc được vận chuyển có khớp với thiết kế đã được chứng nhận hay không và liệu sự biến động sản xuất đã được phát hiện trước khi xuất xưởng hay chưa.

Yêu cầu chứng nhận vẫn khác nhau tùy theo sản phẩm và thị trường mục tiêu. Nguyên tắc thực tế rất đơn giản: xác định kế hoạch chứng nhận và chất lượng đủ sớm để nó định hình thiết bị, vị trí kiểm tra, lấy mẫu, truy xuất nguồn gốc và hồ sơ.

Truy xuất nguồn gốc biến một lỗi thành một vấn đề có giới hạn

Hãy tưởng tượng rằng kiểm tra EL cuối cùng bắt đầu hiển thị một mẫu bất thường. Nếu không có truy xuất nguồn gốc, nhà máy có một đống module nghi ngờ và một danh sách dài các nguyên nhân có thể. Với truy xuất nguồn gốc, cuộc điều tra có thể thu hẹp nhanh chóng: lô cell nào, công thức stringer nào, ca nào, chu kỳ laminator nào, đường xử lý nào và module nào khác có cùng lịch sử?

Điều đó không có nghĩa là mọi dự án đều cần cùng một hệ thống phần mềm. Một dây chuyền tự động hóa cao có thể trao đổi công thức, hình ảnh và kết quả thử nghiệm với MES. Một nhà máy nhỏ hơn hoặc bán tự động có thể sử dụng hồ sơ đơn giản hơn. Điều bất biến là sự kết nối giữa module vật lý và bằng chứng được sử dụng để xuất xưởng.

Một hồ sơ xuất xưởng thực tế có thể bao gồm:

• số sê-ri module và phiên bản sản phẩm;

• tài liệu tham khảo về vật liệu quan trọng hoặc lô sản xuất;

• tình trạng kiểm tra trong quá trình và hình ảnh liên quan;

• công thức và liên kết chu kỳ cán màng;

• kết quả EL, IV và an toàn điện cuối cùng;

• lịch sử làm lại, nếu có;

• quyết định cuối cùng: chấp nhận, giữ lại, làm lại hoặc loại bỏ.

Truy xuất nguồn gốc đôi khi được bán như một tính năng báo cáo. Giá trị thực sự của nó xuất hiện khi có điều gì đó thay đổi. Nó giúp khoanh vùng sản phẩm bị ảnh hưởng, so sánh điều kiện tốt và xấu, ngăn một đơn vị bị loại quay lại kho hàng được chấp nhận, và chuyển đổi các lỗi lặp lại thành vấn đề hiệu chỉnh quy trình.

Một trạm nhanh vẫn có thể thuộc về một nhà máy chậm

Thời gian chu kỳ trong tài liệu quảng cáo chỉ là một đầu vào cho công suất. Sản lượng bền vững gần với mối quan hệ này:

Sản lượng tốt = thời gian sản xuất theo lịch × tốc độ dây chuyền hiệu quả × tỷ lệ đạt ngay lần đầu

Mỗi thuật ngữ thuộc về toàn bộ nhà máy, không phải một máy đơn lẻ.

Tốc độ dây chuyền hiệu quả giảm khi các trạm chờ đợi lẫn nhau, thiết bị theo mẻ nhận công việc không đồng đều, thay đổi sản phẩm mất nhiều thời gian hơn dự kiến, khả năng tiếp cận bảo trì kém, hoặc khắc phục sự cố yêu cầu can thiệp thủ công lặp đi lặp lại. Tỷ lệ đạt ngay lần đầu giảm khi khuyết tật đi qua nhiều công đoạn trước khi được phát hiện, công thức được chọn sai, vật liệu trôi hoặc việc làm lại trở thành sản xuất bình thường.

Quá trình cán màng minh họa rõ ràng vì nó thường là quy trình theo mẻ, nhưng logic tương tự cũng áp dụng ở nơi khác. Dây chuyền stringing có thể sản xuất nhanh hơn khả năng tiếp nhận của layup. Đóng khung có thể chờ chuẩn bị keo. Mô-đun hoàn thiện có thể xếp hàng chờ đóng rắn hoặc kiểm tra. Sự cố truyền dữ liệu có thể dừng phân loại ngay cả khi thiết bị cơ khí đã sẵn sàng.

Bộ đệm có thể hấp thụ biến động ngắn hạn; chúng không thể sửa chữa sự không phù hợp vĩnh viễn. Thêm bán thành phẩm có thể che giấu sự không phù hợp trong một thời gian, nhưng nó cũng tiêu tốn không gian và để khuyết tật di chuyển xa hơn.

Tự động hóa nên được đánh giá dựa trên những ràng buộc thực tế này. Nó có giá trị khi giảm xử lý dễ vỡ, ổn định căn chỉnh, lặp lại việc phân phối hoặc hàn, kết nối dữ liệu kiểm tra với danh tính, hoặc duy trì nhịp độ yêu cầu. Nó thêm ít giá trị khi định nghĩa sản phẩm đầu vào không ổn định hoặc khi các trạm kết nối không thể chia sẻ tham chiếu, logic lỗi và quy tắc chuyển đổi.

Xác định các đầu vào này trước khi yêu cầu cấu hình dây chuyền

Một yêu cầu báo giá hữu ích chứa nhiều hơn một con số công suất và diện tích nhà máy. Nó cung cấp cho nhà cung cấp đủ thông tin ổn định để mô hình hóa sản phẩm, các cổng chất lượng, hoạt động và thay đổi trong tương lai.

Các đầu vào này cho thấy ranh giới cấu hình thực tế. Một dây chuyền bán tự động có thể phù hợp cho sản phẩm thay đổi hoặc hoạt động với khối lượng thấp hơn. Một dây chuyền tự động hóa cao có thể được chứng minh khi sản phẩm ổn định, sản lượng cao và nhà máy có thể bảo trì thiết bị và hệ thống dữ liệu. Trong cả hai trường hợp, thiết kế đúng là thiết kế bảo vệ định nghĩa mô-đun đã được phê duyệt trong khi đáp ứng kế hoạch vận hành.

Các nguồn tham khảo

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

• IEC 62941:2019 — Hệ thống chất lượng cho sản xuất mô-đun PV

• Độ tin cậy và Hiệu suất của Hệ thống Quang điện — IEA PVPS Task 13

• Tính nhất quán trong sản xuất — Lực lượng Đặc nhiệm Đảm bảo Chất lượng Quang điện Quốc tế

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

• Thiết bị và Giải pháp Dây chuyền Sản xuất Tấm pin Mặt trời Ooitech

Sản xuất là sự lặp lại được hiển thị rõ ràng

Hệ thống sản xuất mô-đun PV năng lượng mặt trời mạnh nhất không phải là hệ thống có danh sách máy móc dài nhất. Đó là hệ thống mà định nghĩa sản phẩm, vật liệu, cài đặt quy trình, kiểm tra, nhận dạng và dòng chảy nhà máy kể cùng một câu chuyện cho mọi mô-đun được xuất xưởng.

Ooitech có thể cung cấp cấu hình dây chuyền sản xuất mô-đun PV năng lượng mặt trời, thiết bị, bố trí nhà máy, lắp đặt, vận hành thử, đào tạo vận hành và hỗ trợ sau bán hàng cho khách hàng trên toàn thế giới, phù hợp với thiết kế mô-đun dự kiến và kế hoạch sản xuất.