Dây chuyền lắp ráp mô-đun năng lượng mặt trời là gì? Giải thích các trạm và quy trình

Dây chuyền lắp ráp module năng lượng mặt trời không phải là một danh sách máy móc — đó là một dòng chảy theo nhịp takt, trong đó mỗi trạm bị điều nhịp bởi trạm chậm nhất, và trạm chậm nhất hầu như luôn là máy ép laminate. Các tế bào đi vào ở một đầu dưới dạng wafer đã được phân loại, kiểm tra và đi ra ở đầu kia dưới dạng một module đã đóng khung, được định mức điện và chống chịu thời tiết; giữa các điểm đó, dây chuyền thực hiện năm biến đổi vật lý (hàn, xếp lớp, ép laminate, đóng khung và kiểm tra điện) qua khoảng tám đến mười hai trạm. Sản lượng không được quyết định bởi tổng của các máy móc mà bởi thời gian takt — số giây cho mỗi module mà dòng chảy phải duy trì — và bởi mức độ đệm che giấu sự khác biệt giữa thời gian chu kỳ của các trạm. Hiểu dây chuyền như một hệ thống, thay vì như một danh sách mua sắm, là điều phân biệt một nhà máy đạt công suất định mức với một nhà máy chỉ chạy ở 60% công suất đó.

Bài viết này trình bày trình tự các trạm và mỗi trạm giới hạn điều gì ở sản phẩm cuối cùng, quyết định giữa bán tự động và hoàn toàn tự động cùng công suất mà tại đó nó chuyển đổi, logic đệm và sản phẩm dở dang, nơi các dây chuyền thực tế mất sản lượng, và những gì người mua nên chỉ định. Về bản thân trình tự quy trình cơ bản, xem quy trình sản xuất tấm pin mặt trời mười bước.

Dây chuyền như một dòng chảy, không phải một danh sách máy móc

Thuộc tính đặc trưng của một dây chuyền lắp ráp là các trạm được ghép nối bởi một cơ cấu chuyển tải và được điều nhịp bởi một nhịp điệu chung. Trong một dây chuyền module năng lượng mặt trời, nhịp điệu đó là thời gian takt, được biểu thị bằng số giây cho mỗi module hoặc, hữu ích hơn, số module mỗi giờ. Một dây chuyền có định mức 20 module mỗi giờ có takt là 180 giây: mỗi trạm phải hoàn thành công việc của mình, trung bình, trong vòng 180 giây.

Hai hệ quả xuất hiện ngay lập tức, và cả hai đều gây bất ngờ cho người mua lần đầu. Thứ nhất, công suất của dây chuyền là công suất của trạm chậm nhất, không phải công suất trung bình. Mua một máy stringer tốc độ cao để cấp cho một máy ép laminate chậm không làm tăng sản lượng; nó làm tăng sản phẩm dở dang. Thứ hai, thời gian chu kỳ giữa các trạm không được cân bằng một cách tự nhiên. Máy stringer làm việc theo giây cho mỗi tế bào, máy ép laminate làm việc trong chu kỳ chân không và đóng rắn 12–20 phút, và kiểm tra làm việc trong hàng chục giây. Làm cho những thứ này phối hợp với nhau chính là điều mà thiết kế dây chuyền thực sự hướng tới.

Máy ép laminate là trạm điều nhịp trong hầu hết mọi dây chuyền module vì nó là một quá trình theo lô bên trong một dòng chảy liên tục. Một máy ép laminate có chu kỳ 15 phút và nhiều tầng có thể tạo ra một module mỗi N giây, trong đó N là chu kỳ chia cho số tầng, nhưng nó không thể được tăng tốc bằng cách thêm công nhân. Do đó, mọi thứ ở thượng nguồn phải được định cỡ để cấp liên tục cho máy ép laminate, và mọi thứ ở hạ nguồn phải được định cỡ để giải phóng những gì nó xả ra. Các dây chuyền được thiết kế ngược từ máy ép laminate.

Một trạm đơn lẻ như thế này chỉ là một phần của dòng chảy, đó là lý do tại sao trình tự quan trọng hơn danh sách máy móc.

Trình tự các trạm và mỗi trạm giới hạn điều gì

Bảng dưới đây ánh xạ trình tự các trạm chính thống với chức năng mà nó thực hiện và, quan trọng hơn, với thuộc tính của module cuối cùng mà trạm đó cố định. Một khi một module rời khỏi một trạm, khuyết tật mà trạm đó tạo ra hoặc có thể sửa chữa với chi phí hoặc không thể sửa chữa được nữa; cột cuối cùng là điều người mua thực sự nên quan tâm.

Đọc bảng theo chiều ngang cho thấy logic thiết kế. Trạm 1 đến 5 cố định các đặc tính điện và độ tin cậy của module; trạm 6 đến 9 cố định các đặc tính cơ học và môi trường; trạm 10 đến 12 cố định nhận diện thương mại của nó. Một lỗi phát sinh trong nhóm đầu tiên không thể được sửa chữa trong nhóm thứ hai, đó là lý do tại sao các trạm kiểm tra thuộc dây chuyền thay vì chỉ ở cuối.

Bán tự động so với hoàn toàn tự động: Nơi việc chuyển đổi mang lại hiệu quả

Sự khác biệt giữa dây chuyền bán tự động và hoàn toàn tự động không phải là một công tắc duy nhất. Đó là một tập hợp các quyết định cho từng trạm, và câu trả lời đúng khác nhau tùy theo trạm.

Trong dây chuyền bán tự động, cell được nạp và chuỗi được xử lý thủ công tại một số điểm; việc xếp lớp được hỗ trợ thay vì robot; đóng khung có thể thủ công hoặc bán tự động; kiểm tra thường ngoại tuyến. Trong dây chuyền hoàn toàn tự động, nạp cell, chuyển chuỗi, xếp lớp, đấu bus, đóng khung và kiểm tra được liên kết bằng băng tải và robot với thao tác thủ công tối thiểu, và dây chuyền được điều khiển từ HMI trung tâm với quản lý công thức.

Tự động hóa mang lại ba thứ: năng suất trên mỗi người vận hành, tính nhất quán và khả năng truy xuất nguồn gốc. Năng suất là điều hiển nhiên. Tính nhất quán quan trọng hơn hầu hết người mua mong đợi, vì xử lý thủ công là nguồn chính gây ra các vết nứt vi mô mà sau đó biểu hiện thành mất công suất và vệt ốc sên. Truy xuất nguồn gốc quan trọng cho chứng nhận và bảo hành: dây chuyền tự động ghi lại thông số theo số sê-ri của từng module.

Việc chuyển đổi mang lại hiệu quả khi chi phí lao động tiết kiệm hàng năm vượt quá chênh lệch vốn khấu hao cộng với chi phí của kỷ luật thời gian hoạt động bổ sung mà tự động hóa đòi hỏi. Trong thực tế, điểm giao nhau đó nằm ở đâu đó trong khoảng 40–80 MW đối với nhiều thị trường, và nó dịch chuyển sớm hơn khi tiền lương địa phương tăng. Hai điều kiện quan trọng. Tự động hóa không dung thứ cho vật liệu kém nhất quán: một dây chuyền tự động được cấp cell thay đổi sẽ tạo ra module thay đổi nhanh hơn. Và một dây chuyền tự động hóa một phần thường là cấu hình tồi tệ nhất, vì các trạm thủ công ở thượng nguồn của các trạm tự động tái tạo lại chính xác sự biến động xử lý mà tự động hóa được mua để loại bỏ. Nếu bạn không thể tự động hóa máy nối chuỗi và xếp lớp cùng nhau, chỉ tự động hóa một trong hai sẽ mang lại ít hơn so với quảng cáo.

Các lựa chọn thiết bị ở cấp trạm tương tác với quyết định này theo những cách đáng hiểu trước khi cam kết. máy tabber và stringer đặt giới hạn năng suất; máy ép laminate đặt nhịp độ; và cấu hình kiểm tra xác định liệu lỗi có được phát hiện hay xuất xưởng, như đã đề cập trong kiểm tra EL nội tuyến so với ngoại tuyến.

Logic bộ đệm và WIP

Vì thời gian chu kỳ của các trạm không bằng nhau và vì các trạm dừng để bảo trì, thay đổi vật liệu và vi dừng, một dây chuyền lắp ráp không có bộ đệm sẽ chuyển mọi gián đoạn thượng nguồn trực tiếp đến máy ép laminate. Bộ đệm là cơ chế tách rời các trạm, và vị trí cũng như kích thước của chúng là những quyết định thiết kế với chi phí thực tế.

Bộ đệm có ba loại trên dây chuyền module. Bộ đệm chuỗi nằm giữa máy stringer và xếp lớp và hấp thụ thực tế rằng việc nối chuỗi chạy theo chu kỳ nhịp cell trong khi xếp lớp tiêu thụ chuỗi theo lô nhịp module. Bộ đệm từ xếp lớp đến máy ép laminate là quan trọng nhất, vì máy ép laminate là máy tạo nhịp và làm nó thiếu hàng là chế độ hỏng hóc tốn kém nhất trên dây chuyền. Bộ đệm sau ép laminate tách rời máy ép laminate khỏi đóng khung và kiểm tra, những công đoạn lại có cấu trúc chu kỳ khác.

Sự đánh đổi là vốn lưu động so với sản lượng. Mỗi module trong bộ đệm là vật liệu bạn đã trả tiền và chưa xuất xưởng, nằm trên băng tải. Quá ít bộ đệm và máy tạo nhịp bị thiếu hàng, tốn sản lượng nhiều hơn chi phí xây dựng bộ đệm. Quá nhiều bộ đệm và bạn che giấu sự mất cân bằng công suất thực sự đằng sau hàng tồn kho trong khi giam giữ tiền mặt. Một điểm khởi đầu thực tế là định cỡ bộ đệm cấp liệu máy ép laminate để bao phủ ít nhất một chu kỳ ép laminate đầy đủ cộng với thời gian vi dừng dự kiến tại các trạm trước đó, sau đó đo lường và điều chỉnh.

Logic WIP cũng tương tác với chất lượng. Tấm laminate càng nằm lâu trong trạng thái xử lý một phần — đặc biệt là giữa xếp lớp và ép laminate, nơi chất đóng gói có thể hấp thụ độ ẩm — thì cửa sổ quy trình càng thu hẹp. Do đó, bộ đệm phải được định cỡ theo thời gian, không chỉ theo đơn vị. Một bộ đệm chứa chín mươi phút sản lượng trong môi trường ẩm ướt là một rủi ro khác với một bộ đệm chứa mười lăm phút.

Nơi dây chuyền thực sự mất sản lượng

Công suất định mức và công suất thực tế khác nhau, và khoảng cách có một số nguyên nhân lặp lại. Hiểu chúng có giá trị hơn bất kỳ thông số kỹ thuật máy đơn lẻ nào.

Thiếu hàng máy tạo nhịp là tổn thất đơn lẻ lớn nhất. Bất kỳ sự dừng máy thượng nguồn nào đến được máy ép laminate đều tốn một chu kỳ máy ép laminate mỗi sự kiện, và chu kỳ 15 phút nghĩa là tổn thất 15 phút. Đây là vấn đề bộ đệm, không phải vấn đề tốc độ máy.

Nhịp takt không cân bằng là tiếp theo. Một trạm có thời gian chu kỳ vượt quá nhịp takt của dây chuyền sẽ giới hạn sản lượng vĩnh viễn bất kể các trạm khác làm gì. Nó được chẩn đoán bằng cách đo thời gian chu kỳ thực tế tại mọi trạm trong một ca đầy đủ và tìm ra trạm đặt giới hạn — không phải lúc nào cũng là trạm mà brochure nhà cung cấp ngụ ý.

Thời gian chuyển đổi là tổn thất ẩn trong các nhà máy đa định dạng. Nếu việc chuyển từ một định dạng cell hoặc kích thước module này sang định dạng khác tốn bốn giờ và bạn làm điều đó hai lần một tuần, bạn đã đánh mất gần như một ngày làm việc mỗi tuần. Các công thức đã lưu, bộ kit cell dự phòng và vật liệu được chuẩn bị trước là những gì chuyển đổi thời gian thay đổi bốn giờ thành bốn mươi phút.

Tổn thất năng suất tại các trạm không thể đảo ngược là chi phí kép: bạn mất biên lợi nhuận của module và mất khe công suất mà nó đã chiếm. Vì cán màng và nối chuỗi thực tế không thể đảo ngược, các lỗi ở đó đắt đỏ hơn nhiều so với lỗi được phát hiện trước đó. Đây là lập luận kinh tế cho việc kiểm tra nội tuyến thay vì lấy mẫu cuối dây chuyền.

Cuối cùng, các sai lệch về tiện ích và môi trường — áp suất khí nén giảm, nhiệt độ nước làm mát trôi dạt, độ ẩm tăng trong phòng xếp lớp — xuất hiện dưới dạng các vấn đề chất lượng gián đoạn mà người vận hành cho là do vật liệu. Chúng là các vấn đề cấp dây chuyền cần thiết bị đo lường cấp dây chuyền, và thường vô hình cho đến khi ai đó bắt đầu ghi nhật ký chúng.

Thiết bị cán màng thường quyết định nhịp độ của toàn bộ dây chuyền, vì vậy sản lượng, đệm và kiểm tra nghiệm thu được quy định xoay quanh trạm này.

Những gì người mua nên quy định

Một yêu cầu về dây chuyền module chỉ gồm con số MW mục tiêu và kích thước cell sẽ tạo ra báo giá không thể so sánh với bất kỳ báo giá nào khác. Các mục quy định sau đây quyết định liệu báo giá có thực sự so sánh được hay không và liệu dây chuyền được giao có đáp ứng kỳ vọng hay không.

• Cơ sở takt và sản lượng — số module mỗi giờ ở kích thước module và định dạng cell xác định, tại năng suất đã nêu, không phải con số MW hàng năm trên tiêu đề.
• Phạm vi định dạng cell — kích thước cell, cắt toàn phần hay bán phần, số busbar bao gồm khả năng sẵn sàng đa busbar và không busbar, và liệu có phải hỗ trợ định dạng tiếp xúc mặt sau hay không.
• Dải kích thước module — kích thước kính tối thiểu và tối đa, và dải biên dạng khung mà trạm đóng khung chấp nhận.
• Ranh giới tự động hóa theo từng trạm — bước xử lý nào thủ công, bước nào tự động, và số lượng nhân công giả định mỗi ca.
• Phạm vi kiểm tra — EL nội tuyến ở cấp chuỗi và cấp module, cấp máy kiểm tra flash IV và tiêu chuẩn hiệu chuẩn, và việc bao gồm kiểm tra cách điện.
• Kích thước đệm — số module đệm trước và sau máy cán màng, tính theo đơn vị và theo thời gian.
• Quản lý công thức — có bao nhiêu công thức đã lưu, bao nhiêu bộ kit định dạng cell dự phòng được bao gồm, và việc thay đổi bao gồm những gì.
• Tiện ích và môi trường — điện, chất lượng và áp suất khí nén, nước làm mát, tải trọng sàn, và kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ giả định cho xếp lớp và cán màng.
• Chạy thử và đào tạo — thời lượng, ai trả chi phí đi lại và lưu trú, tiêu chí kiểm tra nghiệm thu, và thời gian hỗ trợ còn tại chỗ sau khi bàn giao.
• Tài liệu và tuân thủ — tài liệu CE cho thiết bị, bản vẽ điện, danh sách phụ tùng với thời gian giao hàng, và sơ đồ mạch bằng ngôn ngữ mà đội bảo trì của bạn đọc được.

Hai mục nữa đáng để yêu cầu kiên quyết. Thứ nhất, một quy trình kiểm tra nghiệm thu được viết trước khi đặt hàng, nêu rõ sẽ đo gì, bằng dụng cụ nào, trong thời gian bao lâu, và thế nào là đạt hay không đạt. Thứ hai, một kế hoạch đủ điều kiện vật liệu: dây chuyền phải chứng minh được rằng nó giữ đúng các thông số kỹ thuật qua ít nhất hai nhà cung cấp đủ điều kiện cho các vật tư tiêu hao quan trọng, vì một dây chuyền được tinh chỉnh cho chất đóng gói của một nhà cung cấp là dây chuyền có điểm hỏng đơn lẻ. Kỷ luật mua sắm được xem xét thêm trong điều gì quyết định giá máy.

Câu hỏi thường gặp

Dây chuyền lắp ráp module năng lượng mặt trời là gì?

Đó là tập hợp tích hợp các trạm chuyển đổi các cell năng lượng mặt trời đã phân loại thành các module hoàn chỉnh, đã kiểm tra, được liên kết bằng hệ thống chuyển tải và được điều nhịp bởi một thời gian takt chung. Các trạm cốt lõi là phân loại và cắt cell, tabbing và nối chuỗi, xếp lớp và đấu busbar, cán màng, cắt viền, đóng khung, gắn hộp nối, làm đông cứng, và kiểm tra điện. Dây chuyền được định nghĩa bởi dòng chảy và nhịp độ của nó, không phải bởi từng máy riêng lẻ, vì sản lượng bị giới hạn bởi trạm chậm nhất chứ không phải bởi mức trung bình.

Các tấm pin năng lượng mặt trời được lắp ráp như thế nào?

Các cell được hàn thành chuỗi bởi máy tabber và stringer, được kiểm tra bằng điện phát quang nội tuyến, sau đó được đặt lên kính với chất đóng gói và được liên kết bằng các busbar. Cụm lắp ráp được cán màng dưới chân không và nhiệt để liên kết kính, cell và tấm lưng thành một khối kín, được cắt viền và làm nguội, được gắn khung và keo trám, được gắn hộp nối, làm đông cứng, và cuối cùng được kiểm tra flash để đo công suất và kiểm tra khuyết tật. Mỗi giai đoạn ràng buộc một thuộc tính khác nhau của module thành phẩm.

Một dây chuyền lắp ráp điển hình sản xuất bao nhiêu module mỗi giờ?

Các dây chuyền bán tự động nhập môn thường chạy trong khoảng 10 đến 20 module mỗi giờ, trong khi các dây chuyền tự động lớn hơn chạy cao hơn đáng kể, với con số chính xác phụ thuộc vào kích thước module, định dạng cell, và số tầng cán màng được lắp đặt. Luôn hỏi về sản lượng ở kích thước module xác định và năng suất đã nêu thay vì con số công suất hàng năm trên tiêu đề tính bằng megawatt, vì hai con số đó mô tả những nhà máy rất khác nhau.

Tại sao máy cán màng là nút thắt cổ chai?

Vì cán màng là một quá trình theo lô với chu kỳ chân không và đông cứng từ 12 đến 20 phút, trong khi các trạm khác hoạt động trong vài giây hoặc vài chục giây. Thông lượng của nó chỉ có thể tăng bằng cách thêm tầng, đây là quyết định đầu tư vốn, không phải quyết định vận hành. Mọi trạm khác trên dây chuyền tồn tại để cấp liên tục cho máy cán màng và giải phóng đầu ra của nó, đó là lý do thiết kế dây chuyền bắt đầu từ máy cán màng và làm ngược lại.

Ở công suất nào thì dây chuyền hoàn toàn tự động mới hợp lý?

Điểm giao thoa kinh tế thường rơi vào khoảng 40 đến 80 MW và dịch chuyển sớm hơn khi chi phí lao động địa phương tăng. Dưới mức đó, một dây chuyền bán tự động ở 5 đến 30 MW là cấu hình hợp lý và thường sinh lợi hơn. Quyết định nên được kiểm chứng dựa trên mức lương và sổ đơn hàng của chính bạn thay vì được chấp nhận như một chuẩn mực ngành, và nên được đưa ra theo từng trạm thay vì cho toàn bộ dây chuyền.

Sự khác biệt giữa bộ đệm và sản phẩm dở dang là gì?

Chúng là cùng các mô-đun vật lý với mục đích khác nhau. Bộ đệm là lượng tồn kho được định cỡ có chủ đích đặt tại một điểm cụ thể để tách rời các trạm và bảo vệ máy điều nhịp khỏi sự gián đoạn từ thượng nguồn. Sản phẩm dở dang là bất kỳ vật liệu chưa hoàn thiện nào trong dòng chảy. Sự phân biệt này quan trọng vì bộ đệm được hoạch định là một đặc tính thiết kế được định cỡ theo đơn vị và theo thời gian, trong khi WIP không được kiểm soát là triệu chứng của sự mất cân bằng mà bạn chưa chẩn đoán được.

Một dây chuyền có thể chạy nhiều kích cỡ mô-đun và định dạng tế bào không?

Có, trong một phạm vi được xác định khi mua, và đây là một trong những thông số kỹ thuật có giá trị nhất để đàm phán. Các ràng buộc thực tế là phạm vi kính và khung của trạm đóng khung, khả năng tương thích tế bào và thanh cái của máy xâu chuỗi, và dụng cụ xếp lớp. Điều làm cho sản xuất đa định dạng có tính kinh tế là các công thức được lưu trữ và bộ dụng cụ định dạng dự phòng, vì thời gian chuyển đổi là khoản trừ trực tiếp vào công suất khả dụng.

Dây chuyền mô-đun mất sản lượng nhiều nhất ở đâu?

Sự thiếu cấp liệu cho máy ép laminate là tổn thất đơn lẻ lớn nhất, vì mọi gián đoạn đến nó đều tốn một chu kỳ ép laminate đầy đủ. Nhịp takt không cân bằng tại một trạm chậm là tiếp theo, sau đó là thời gian chuyển đổi định dạng và tổn thất năng suất tại các trạm không thể đảo ngược nơi khuyết tật không còn có thể sửa chữa. Các dao động tiện ích về khí nén, nước làm mát và độ ẩm chiếm thêm một phần thường bị quy sai cho chất lượng vật liệu.

Điểm mấu chốt: hãy chỉ định dây chuyền theo takt, phạm vi định dạng, ranh giới tự động hóa cho từng trạm, định cỡ bộ đệm và giao thức nghiệm thu — không theo con số megawatt hào nhoáng. Gửi cho Ooitech kích thước mô-đun mục tiêu, định dạng tế bào và sản lượng yêu cầu của bạn, và chúng tôi sẽ trả về cấu hình từng trạm với máy điều nhịp được định cỡ trước tiên.

Đọc thêm và dữ liệu nền tảng

Tài liệu tham khảo công khai về chủ đề này, được công bố bởi các tổ chức duy trì lộ trình công nghệ và dữ liệu thị trường của ngành:

• VDMA — Lộ trình Công nghệ Quốc tế cho Quang điện (ITRPV)
• Fraunhofer ISE — Báo cáo Quang điện
• Bộ Năng lượng Hoa Kỳ — Quang điện