Những máy móc nào được sử dụng để sản xuất tấm pin mặt trời?

Bước vào một nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời, bạn sẽ không thấy một cỗ máy khổng lồ duy nhất biến nguyên liệu thô thành tấm pin hoàn chỉnh. Điều bạn thực sự thấy là một dây chuyền sản xuất liên kết, với mỗi máy đảm nhận một phần công việc cụ thể: cắt pin, hàn chúng thành chuỗi, sắp xếp các chuỗi, ép laminate mô-đun, lắp khung và cuối cùng là kiểm tra tấm pin thành phẩm.

Nghe có vẻ khá đơn giản trên giấy. Trong sản xuất thực tế, mỗi công đoạn đều ảnh hưởng đến công đoạn tiếp theo. Một sai số định vị nhỏ trong quá trình xếp lớp có thể trở thành bọt khí hoặc lỗi căn chỉnh sau khi ép laminate. Một mối hàn kém có thể trông ổn với mắt người nhưng lại xuất hiện dưới dạng vùng tối trong quá trình kiểm tra EL.

Đây là lý do tại sao một dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời tốt phải hoạt động như một hệ thống cân bằng, chứ không phải là một tập hợp máy móc ngẫu nhiên.

Trước khi xem xét thiết bị, có một sự phân biệt quan trọng.

Bài viết này nói về một dây chuyền sản xuất mô-đun mặt trời—một nhà máy mua pin mặt trời thành phẩm và lắp ráp chúng thành tấm pin mặt trời. Sản xuất pin mặt trời từ tấm silicon là một quy trình khác liên quan đến thiết bị hóa chất ướt, lò khuếch tán, hệ thống PECVD hoặc ALD, máy in lụa, lò nung và các máy chuyên dụng khác.

Vậy, những máy móc nào được sử dụng để sản xuất một tấm pin mặt trời hoàn chỉnh?

1. Máy kiểm tra và phân loại pin mặt trời

Pin mặt trời từ cùng một lô sản xuất không phải lúc nào cũng giống hệt nhau về mặt điện. Dòng điện, điện áp và công suất tối đa của chúng có thể thay đổi đôi chút. Nếu các pin có đặc tính điện khác biệt đáng kể được kết nối trong cùng một chuỗi, pin có hiệu suất thấp nhất có thể giới hạn công suất đầu ra của toàn bộ chuỗi.

Máy kiểm tra pin mặt trời đo các thông số như:

• Điện áp hở mạch

• Dòng điện ngắn mạch

• Công suất tối đa

• Hiệu suất pin

• Đặc tính đường cong I-V

Hệ thống phân loại sau đó nhóm các pin có hiệu suất tương tự nhau.

Một số dây chuyền sản xuất cũng sử dụng kiểm tra quang học tự động hoặc kiểm tra EL cấp độ pin để phát hiện sứt mẻ cạnh, vết nứt ẩn, nhiễm bẩn và các vùng không hoạt động điện trước khi pin bước vào quá trình hàn nối chuỗi.

Nghe có vẻ như một bước nhỏ, nhưng phân loại chính xác giúp giảm sự không khớp điện và cải thiện tính nhất quán của các mô-đun thành phẩm.

2. Máy cắt laser pin mặt trời

Hầu hết các mô-đun mặt trời hiện đại sử dụng pin cắt đôi. Các thiết kế mô-đun đặc biệt như shingled có thể sử dụng các phần pin nhỏ hơn nữa. Trong những trường hợp này, pin mặt trời kích thước đầy đủ phải được chia nhỏ trước khi hàn nối chuỗi.

Máy cắt laser pin mặt trời khắc và tách các pin với độ chính xác cao. Tùy thuộc vào thiết kế mô-đun, nó có thể cắt pin thành hai, ba hoặc các mảnh nhỏ hơn.

Hai phương pháp cắt phổ biến được sử dụng:

• Khắc laser thông thường sau đó bẻ cơ học

• Cắt laser không phá hủy được thiết kế để giảm ứng suất cơ học và nhiệt

Cắt không phá hủy đang trở nên quan trọng hơn khi pin trở nên mỏng hơn và lớn hơn. Các vết nứt vi mô được tạo ra trong quá trình cắt có thể lan rộng trong quá trình hàn nối chuỗi, ép laminate, vận chuyển hoặc vận hành ngoài trời lâu dài.

Nếu một nhà máy chỉ sản xuất mô-đun pin nguyên tấm, máy cắt laser có thể không cần thiết. Tuy nhiên, đối với sản xuất mô-đun pin cắt đôi và shingled, nó là một phần cốt lõi của dây chuyền.

3. Máy hàn nối chuỗi

Máy hàn nối chuỗi thường được coi là trái tim của một dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời.

Công việc chính của nó là hàn dải quang điện lên từng pin riêng lẻ và kết nối các pin nối tiếp để tạo thành chuỗi pin. Các máy hiện đại thường kết hợp cả hàn tab và nối chuỗi trong một quy trình tự động.

Máy hàn nối chuỗi thường xử lý:

• Nạp và tách pin

• Định vị pin

• Cấp dải hàn

• Phủ chất trợ dung

• Hàn

• Căn chỉnh chuỗi

• Cắt và xả chuỗi

• Kiểm tra thị giác

Phương pháp nối chuỗi đúng phụ thuộc vào công nghệ pin.

Pin PERC và TOPCon thường có thể được xử lý bằng máy nối chuỗi đa busbar thông thường. Pin HJT có thể yêu cầu hàn ở nhiệt độ thấp hơn vì chúng nhạy cảm hơn với nhiệt. Pin BC, IBC, ABC và HPBC cần thiết bị hàn tiếp xúc mặt sau chuyên dụng vì cả tiếp điểm dương và âm của chúng đều nằm ở mặt sau.

Do đó, việc lựa chọn máy nối chuỗi nên dựa trên kích thước pin, thiết kế busbar, loại dải hàn, nhiệt độ hàn và cấu trúc mô-đun—không chỉ dựa trên con số pin mỗi giờ được quảng cáo.

4. Kiểm tra EL chuỗi inline

Kiểm tra EL chuỗi thường là một chức năng tùy chọn được tích hợp vào máy hàn nối chuỗi, chứ không phải là một máy hoàn toàn riêng biệt.

Trong thực tế, hầu hết các nhà sản xuất chọn tùy chọn này, đặc biệt khi sản xuất mô-đun với pin TOPCon, HJT hoặc BC. Với các công nghệ pin này, các mối hàn yếu, vết nứt ẩn và vùng không hoạt động điện có thể khó phát hiện qua kiểm tra thị giác thông thường.

Kiểm tra EL inline kiểm tra chuỗi ngay sau khi hàn. Một dòng điện được áp dụng cho các pin đã kết nối, và một camera nhạy hồng ngoại chụp ảnh điện phát quang. Các vết nứt, vùng ngắt kết nối và kết nối điện kém xuất hiện dưới dạng vùng tối bất thường.

Điều này cho phép loại bỏ các chuỗi bị lỗi trước khi xếp lớp và ép laminate, khi việc sửa chữa hoặc thay thế vẫn còn tương đối dễ dàng.

Máy kiểm tra EL chuỗi offline vẫn có thể được sử dụng để lấy mẫu, kiểm tra lại hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm, nhưng thường không được yêu cầu như một trạm sản xuất riêng biệt khi máy nối chuỗi đã bao gồm kiểm tra EL inline.

5. Thiết bị xếp và kiểm tra kính năng lượng mặt trời

Kính năng lượng mặt trời cung cấp cho các nhà máy sản xuất module hiện đại thường được nhà sản xuất kính rửa sạch và chuẩn bị sẵn. Vì lý do này, một máy rửa kính chuyên dụng thường không cần thiết trong dây chuyền sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời tiêu chuẩn.

Một máy xếp kính tự động đặt tấm kính đã chuẩn bị lên băng tải. Trước khi trải EVA hoặc POE, kính được kiểm tra các vấn đề:

• Bụi và nhiễm bẩn bề mặt

• Vết xước

• Hư hỏng cạnh

• Mảnh vỡ kính

• Lỗi lớp phủ

• Kích thước không đúng

Kính mặt trước tạo thành nền của chồng module, vì vậy vị trí của nó phải được giữ ổn định trong các quá trình trải vật liệu và xếp pin tiếp theo.

6. Máy cắt và trải EVA, POE và tấm lưng

Trước khi xếp lớp, vật liệu đóng gói và lớp sau phải được cắt theo đúng kích thước module.

Một máy cắt và trải tự động có thể chuẩn bị các vật liệu như:

• Màng EVA

• Màng POE

• TPT hoặc các tấm lưng khác

• Dải cách điện

• Vật liệu cách ly thanh cái

Sau khi cắt, máy tự động trải vật liệu đóng gói lên kính.

Đối với module kính-kính, tấm lưng polymer được thay thế bằng một tấm kính thứ hai. Do đó, bố trí dây chuyền, máy ép và thiết bị xử lý phải được thiết kế cho trọng lượng tăng thêm và cấu trúc module khác biệt.

Các nhà máy nhỏ có thể cắt vật liệu EVA và tấm lưng thủ công. Cắt và trải tự động trở nên có giá trị hơn khi công suất sản xuất tăng lên vì nó cải thiện tính nhất quán về kích thước và giảm lãng phí vật liệu.

7. Máy xếp lớp tự động

Máy xếp lớp tự động lấy các chuỗi pin đã hoàn thành và đặt chúng lên kính và vật liệu đóng gói.

Đây là một quá trình chính xác. Khoảng cách chuỗi, căn chỉnh pin và khoảng cách giữa các pin với mép kính phải nằm trong dung sai quy định.

Căn chỉnh kém dễ nhận thấy trên một tấm pin hoàn thiện, nhưng ngoại quan không phải là mối quan tâm duy nhất. Vị trí chuỗi không đúng cũng có thể ảnh hưởng đến đóng gói, niêm phong cạnh và độ tin cậy lâu dài của module.

Một máy xếp lớp tự động thường sử dụng:

• Robot công nghiệp hoặc hệ thống giàn

• Bộ kẹp chân không

• Camera thị giác

• Hiệu chỉnh vị trí tự động

• Điều khiển khoảng cách chuỗi

• Phát hiện vị trí kính

Một số dây chuyền sản xuất sử dụng một máy xếp lớp riêng biệt. Những dây chuyền khác kết hợp định vị chuỗi, xếp lớp và đấu dây trong một đơn vị tích hợp.

8. Máy đấu dây

Sau khi các chuỗi được định vị, chúng phải được kết nối điện bằng dải thanh cái.

Một máy đấu dây tự động hàn hoặc hàn thiếc các đầu cực chuỗi với nhau theo thiết kế điện của module. Nó cũng có thể tự động uốn, cắt và định vị các dải thanh cái.

Module nửa pin cần đặc biệt chú ý vì các phần pin trên và dưới của chúng thường được kết nối song song. Điểm dẫn ra thường nằm gần giữa tấm pin thay vì ở trên cùng.

Quá trình đấu dây phải kiểm soát:

• Vị trí thanh cái

• Nhiệt độ hàn hoặc hàn thiếc

• Độ bền mối nối

• Hình dạng dải

• Khoảng cách chuỗi

• Vị trí dải dẫn ra

Một kết nối đấu dây yếu có thể gây mất công suất, quá nhiệt cục bộ hoặc hỏng mạch hoàn toàn.

Trên một dây chuyền bán tự động nhỏ, việc đấu dây có thể được thực hiện thủ công bằng dụng cụ hàn và khuôn định vị. Các nhà máy có công suất cao hơn thường sử dụng máy đấu dây tự động để có tính nhất quán và năng suất tốt hơn.

9. Máy kiểm tra EL trước ép và kiểm tra ngoại quan

Trước khi ép, module đã lắp ráp phải vượt qua kiểm tra ngoại quan và kiểm tra EL.

Đây là cơ hội thực tế cuối cùng để sửa chữa nhiều lỗi sản xuất. Người vận hành hoặc hệ thống kiểm tra tự động kiểm tra các vấn đề như:

• Pin nứt

• Chuỗi lệch

• Thiếu dải

• Kết nối đấu dây kém

• Vị trí dẫn ra không đúng

• Nhiễm bẩn bên trong module

• Vật liệu đóng gói bị nhăn hoặc dịch chuyển

• Đặt tấm lưng không đúng

Máy kiểm tra EL trước ép kiểm tra tình trạng điện của toàn bộ mạch pin trước khi nó được niêm phong vĩnh viễn.

Ép thực tế là không thể đảo ngược. Nếu phát hiện lỗi sau khi ép, chi phí sửa chữa cao hơn nhiều, và trong nhiều trường hợp toàn bộ module phải bị loại bỏ.

10. Máy ép tấm pin năng lượng mặt trời

Máy ép niêm phong kính, vật liệu đóng gói, pin năng lượng mặt trời và tấm lưng—hoặc kính sau—thành một cấu trúc bền vững.

Bên trong máy ép, chân không loại bỏ không khí bị giữ lại khỏi chồng module. Nhiệt và áp suất sau đó làm đông cứng EVA hoặc POE, liên kết tất cả các lớp với nhau.

Công thức ép phụ thuộc vào:

• Loại vật liệu đóng gói

• Kích thước module

• Độ dày kính

• Cấu trúc kính-tấm lưng hoặc kính-kính

• Công nghệ pin

• Yêu cầu của nhà cung cấp vật liệu

Một chu kỳ ép điển hình có thể mất khoảng 10 đến 20 phút, mặc dù thời gian thực tế thay đổi tùy theo vật liệu và thiết bị.

Máy ép thường là quá trình chính chậm nhất trong dây chuyền sản xuất. Do đó, một nhà máy có thể cần nhiều máy ép hoạt động song song.

Đây là một điểm quan trọng khi tính toán năng lực sản xuất. Việc lắp đặt máy chuỗi nhanh hơn sẽ không làm tăng sản lượng module cuối cùng nếu bộ phận ép laminate không thể xử lý các tấm với cùng tốc độ.

Chất lượng ép laminate ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám dính, cách điện, khả năng chống ẩm và tuổi thọ sử dụng dự kiến của module.

11. Thiết bị cắt viền và kiểm tra sau ép laminate

Sau khi ép laminate, EVA, POE hoặc tấm lưng dư thừa còn lại xung quanh các cạnh của module. Vật liệu này phải được loại bỏ trước khi đóng khung.

Trên một dây chuyền nhỏ, công nhân có thể cắt viền thủ công. Một dây chuyền tự động công suất cao thường sử dụng máy cắt viền.

Module đã ép laminate cũng được kiểm tra các vấn đề:

• Bọt khí

• Bong tách lớp

• Tràn chất đóng gói

• Vết xước

• Hư hỏng kính

• Pin di chuyển

• Chuỗi dịch chuyển

• Nhiễm bẩn bên trong tấm laminate

Các bộ phận lật tự động giúp việc kiểm tra cả hai mặt của module trở nên dễ dàng hơn mà không cần nâng thủ công.

12. Máy dán keo khung và đóng khung

Hầu hết các tấm pin mặt trời thông thường sử dụng khung nhôm để bảo vệ các cạnh kính và cung cấp hỗ trợ cơ học trong quá trình vận chuyển và lắp đặt.

Bộ phận đóng khung có thể bao gồm:

• Máy dán keo khung tự động

• Hệ thống nạp khung nhôm

• Thiết bị chèn chốt góc

• Máy lắp ráp khung

• Máy đóng khung khí nén hoặc thủy lực

• Thiết bị đột khung

Chất trám được bôi bên trong các thanh nhôm trước khi bốn đoạn khung được ép xung quanh module đã ép laminate.

Khung thành phẩm phải vuông vắn, chắc chắn và được trám kín đúng cách. Các lỗi đóng khung thường gặp bao gồm góc lỏng, thiếu chất trám, thừa chất trám, trầy xước và kích thước khung không đúng.

Các module kính-kính không khung có thể không cần quy trình này, tùy thuộc vào thiết kế sản phẩm.

13. Máy lắp đặt hộp nối

Hộp nối thu thập đầu ra điện từ mạch pin và cung cấp kết nối giữa module và hệ thống PV bên ngoài.

Quy trình hộp nối có thể bao gồm:

• Định vị hộp nối

• Phân phối silicone hoặc keo dính

• Hàn dây dẫn ra

• Hàn đầu cực tự động

• Đổ keo AB

• Đổ keo bảo vệ

• Kiểm tra cáp và đầu nối

Máy hàn hộp nối kết nối các dây dẫn ra của module với các đầu cực của hộp nối. Sau đó, máy phân phối hoặc đổ keo bảo vệ sẽ bôi chất trám hoặc vật liệu làm đầy để bảo vệ các kết nối điện khỏi độ ẩm, chuyển động và ăn mòn.

Keo dính và vật liệu đổ keo bảo vệ phải có đủ thời gian đóng rắn trước khi kiểm tra và đóng gói cuối cùng.

14. Máy kiểm tra EL cuối cùng

Một lần kiểm tra EL thứ hai thường được thực hiện sau khi ép laminate hoặc lắp ráp module cuối cùng.

Kiểm tra này là cần thiết vì các vết nứt vi mô mới có thể xuất hiện trong quá trình ép laminate, cắt viền, đóng khung hoặc xử lý vật liệu.

Hình ảnh EL cuối cùng có thể tiết lộ:

• Vết nứt vi mô trên pin

• Pin bị vỡ

• Ngón dẫn bị đứt

• Mối hàn kém

• Thanh busbar bị đứt

• Vùng không hoạt động điện

• Chuỗi bị gián đoạn

Phần mềm phân tích hình ảnh tự động có thể giúp phân loại lỗi, nhưng nhà sản xuất vẫn cần các tiêu chuẩn chấp nhận rõ ràng. Hệ thống phải xác định lỗi nào được chấp nhận, lỗi nào cần làm lại và lỗi nào dẫn đến loại bỏ.

15. Mô phỏng mặt trời và máy kiểm tra I-V

Mô phỏng mặt trời, còn được gọi là máy kiểm tra flash hoặc máy kiểm tra I-V, đo hiệu suất điện của tấm pin mặt trời thành phẩm dưới ánh sáng được kiểm soát.

Máy kiểm tra ghi lại các thông số bao gồm:

• Công suất tối đa

• Điện áp hở mạch

• Dòng điện ngắn mạch

• Điện áp hoạt động

• Dòng điện hoạt động

• Hệ số lấp đầy

• Hiệu suất module

• Đường cong I-V đầy đủ

Công suất đo được được sử dụng để phân loại tấm pin và tạo nhãn tên hoặc nhãn sản xuất của nó.

Mô phỏng mặt trời phải có sự phù hợp quang phổ, độ đồng đều ánh sáng và độ ổn định phù hợp. Tốc độ kiểm tra của nó cũng phải phù hợp với năng lực sản xuất của phần còn lại của dây chuyền. Nếu không, các tấm pin thành phẩm sẽ bắt đầu tích tụ trước trạm kiểm tra.

16. Thiết bị kiểm tra an toàn

Đầu ra điện chỉ là một phần của kiểm soát chất lượng cuối cùng. Tấm pin cũng phải an toàn về điện.

Thiết bị kiểm tra an toàn thông dụng bao gồm:

• Máy kiểm tra hi-pot

• Máy kiểm tra điện trở cách điện

• Máy kiểm tra tính liên tục của nối đất

• Máy kiểm tra dòng rò

Thử nghiệm hi-pot đặt điện áp cao giữa mạch điện bên trong và khung mô-đun để xác minh tính toàn vẹn của cách điện.

Thử nghiệm liên tục nối đất đo kết nối điện giữa khung nhôm và các điểm nối đất của nó. Kiểm tra cách điện xác minh liệu mô-đun có thể hoạt động an toàn mà không có đường rò rỉ nguy hiểm hay không.

Đây là các thử nghiệm sản xuất thiết yếu, không phải kiểm tra chất lượng tùy chọn.

17. Dây chuyền dán nhãn, phân loại và đóng gói

Sau khi tấm pin vượt qua kiểm tra điện, an toàn, EL và ngoại quan, nhà máy in nhãn sản phẩm và ghi lại kết quả thử nghiệm cuối cùng.

Mỗi mô-đun thường nhận một số sê-ri duy nhất. Trên dây chuyền tự động, số này có thể được kết nối với hệ thống MES hoặc truy xuất nguồn gốc.

Nhà máy sau đó có thể truy xuất một mô-đun thành phẩm trở lại các thông tin như:

• Lô pin mặt trời

• Dữ liệu sản xuất máy hàn chuỗi

• Hình ảnh EL

• Trạm xếp lớp

• Công thức máy ép laminate

• Trạm đóng khung

• Kết quả thử nghiệm I-V

• Kết quả thử nghiệm an toàn

• Ngày sản xuất và ca làm việc

Các mô-đun thành phẩm được phân loại theo cấp công suất, xếp chồng với vật liệu bảo vệ và đóng gói để vận chuyển.

Đóng gói có vẻ như là một quá trình đơn giản, nhưng việc xếp chồng không đúng cách hoặc bảo vệ không đủ có thể làm hỏng các mô-đun tốt trước khi chúng đến công trường dự án.

Bán tự động hay hoàn toàn tự động?

Một nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời không phải lúc nào cũng cần tự động hóa hoàn toàn.

Dây chuyền bán tự động thường phù hợp cho các dự án thí điểm, nhà sản xuất khu vực và các nhà máy có công suất dự kiến thấp hơn. Người vận hành có thể xử lý hàn bus, chuẩn bị vật liệu, cắt tỉa, lắp đặt hộp nối và kiểm tra ngoại quan bằng tay.

Dây chuyền hoàn toàn tự động bổ sung xử lý robot, băng tải tự động, hệ thống kiểm tra tích hợp, bộ đệm sản xuất và truy xuất nguồn gốc dữ liệu. Chúng cung cấp năng suất cao hơn và kiểm soát quy trình nhất quán hơn, nhưng chúng cũng đòi hỏi khả năng bảo trì mạnh mẽ hơn và quản lý sản xuất tốt hơn.

Mức độ tự động hóa đúng phụ thuộc vào:

• Công suất hàng năm dự kiến

• Thiết kế mô-đun

• Công nghệ pin

• Vốn đầu tư khả dụng

• Điều kiện lao động địa phương

• Yêu cầu chất lượng sản phẩm

• Kế hoạch mở rộng trong tương lai

Đừng chọn từng máy riêng lẻ

Máy lớn nhất không phải lúc nào cũng là máy quan trọng nhất, và máy nhanh nhất không tự động tạo ra dây chuyền sản xuất nhanh nhất.

Công suất phải được cân bằng giữa cắt pin, hàn chuỗi, xếp lớp, hàn bus, ép laminate, đóng khung, lắp đặt hộp nối và thử nghiệm cuối cùng.

Nhà máy cũng cần các hệ thống hỗ trợ như:

• Băng tải tự động

• Bộ đệm sản xuất

• Máy nén khí

• Hệ thống chân không

• Máy làm lạnh

• Kho vật liệu

• Phần mềm MES và truy xuất nguồn gốc

• Không gian bảo trì

• Khu vực kiểm soát chất lượng

Thiết kế mô-đun phải được xác nhận trước khi chọn thiết bị. Một dây chuyền được thiết kế cho mô-đun PERC full-cell thông thường có thể không phù hợp với half-cell TOPCon khổ lớn, mô-đun HJT, pin BC hoặc tấm kính-kính nặng mà không thay đổi một số máy.

Do đó, một kế hoạch nhà máy thực tế nên bắt đầu với thông số kỹ thuật mô-đun mục tiêu và công suất sản xuất hàng năm. Danh sách máy cuối cùng đến sau đó.

Quan điểm của chúng tôi rất đơn giản: một nhà máy năng lượng mặt trời đáng tin cậy không phải là một đống máy móc ấn tượng mà là một hệ thống sản xuất cân bằng, và Ooitech có thể cung cấp dây chuyền sản xuất tấm pin mặt trời bán tự động và hoàn toàn tự động từ 5 MW đến 1,2 GW, thiết kế bố trí nhà máy, lắp đặt, đào tạo, hỗ trợ nguyên vật liệu và dịch vụ hậu mãi toàn cầu.