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

Bước vào một nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời, bạn sẽ không thấy một cỗ máy khổng lồ nào biến nguyên liệu thô thành tấm pin hoàn chỉnh. Thực tế bạn thấy là một dây chuyền sản xuất được kết nối, với mỗi máy đảm nhận một phần công việc cụ thể: cắt tế bào, hàn chúng thành dây, sắp xếp các dây, cán màng mô-đun, lắp khung và cuối cùng là kiểm tra tấm pin hoàn thiện.

Nghe có vẻ khá đơn giản trên lý thuyết. Trong sản xuất thực tế, mỗi quy trình đều ảnh hưởng đến quy trình tiếp theo. Một lỗi định vị nhỏ trong quá trình xếp lớp có thể trở thành bọt khí hoặc lỗi căn chỉnh sau khi cán màng. Một mối hàn kém có thể trông ổn với mắt thường 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 năng lượng mặt trời tốt phải hoạt động như một hệ thống cân bằng, chứ không phải là một tập hợp ngẫu nhiên các máy móc.

Trước khi xem xét thiết bị, có một điểm khác biệt quan trọng.

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

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

1. Máy kiểm tra và phân loại tế bào năng lượng mặt trời

Các tế bào năng lượng 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 tế bào có đặc tính điện khác biệt đáng kể được kết nối trong cùng một dây, tế bào có hiệu suất thấp nhất có thể hạn chế đầu ra của toàn bộ dây.

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.

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

Có vẻ như một bước nhỏ, nhưng phân loại chính xác giúp giảm sai lệch điện và cải thiện tính đồng nhất của các mô-đun hoàn thiện.

2. Máy cắt pin mặt trời bằng laser

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

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

Hai phương pháp cắt phổ biến được sử dụng:

• Khắc laser thông thường sau đó bẻ gãy cơ học

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

Cắt không phá hủy đang trở nên quan trọng hơn khi pin ngày càng mỏng và lớn hơn. Các vết nứt vi mô tạo ra trong quá trình cắt có thể mở rộng trong quá trình hàn dây, cán màng, vận chuyển hoặc vận hành ngoài trời dài hạn.

Nếu nhà máy chỉ sản xuất mô-đun pin đầy đủ, máy cắt laser có thể không cần thiết. Tuy nhiên, đối với sản xuất mô-đun nửa pin và shingled, đây là phần cốt lõi của dây chuyền.

3. Máy hàn dây (Tabber Stringer)

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

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

Máy hàn dây thường xử lý:

• Nạp và tách pin

• Định vị pin

• Cấp dây dẫn

• Bôi chất trợ hàn

• Hàn

• Căn chỉnh dây dẫn

• Cắt và xả dây dẫn

• Kiểm tra bằng thị giác

Phương pháp nối dây chính xác phụ thuộc vào công nghệ tế bào quang điện.

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

Do đó, việc lựa chọn máy nối dây nên dựa trên kích thước tế bào, thiết kế busbar, loại ribbon, nhiệt độ hàn và cấu trúc module—không chỉ dựa trên con số tế bào mỗi giờ được quảng cáo.

4. Kiểm tra EL dây dẫn trực tuyến

Kiểm tra EL dây dẫn thường là một chức năng tùy chọn được tích hợp trong máy nối dây, thay vì một máy hoàn toàn riêng biệt.

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

Kiểm tra EL trực tuyến kiểm tra dây dẫn ngay sau khi hàn. Một dòng điện được đặt vào các tế bào đã kết nối, và một camera nhạy hồng ngoại chụp ảnh điện phát quang. Các vết nứt, vùng bị ngắt kết nối và kết nối điện kém xuất hiện dưới dạng các vùng tối bất thường.

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

Một máy kiểm tra EL dây dẫn ngoại tuyến vẫn có thể được sử dụng để lấy mẫu, kiểm tra lại hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm, nhưng thường không cần thiết như một trạm sản xuất riêng biệt khi máy nối dây đã bao gồm kiểm tra EL trực tuyến.

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

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

Máy nạp kính tự động đặt kính đã chuẩn bị lên băng tải. Trước khi trải EVA hoặc POE, kính được kiểm tra:

• Bụi và nhiễm bẩn bề mặt

• Trầy xước

• Hư hỏng cạnh

• Mảnh kính vỡ

• Khuyết tật lớp phủ

• Kích thước không chính xác

Kính phía trước tạo thành nền của chồng module, vì vậy vị trí của nó phải ổn định trong các quá trình trải vật liệu và đặt cell tiếp theo.

6. Máy Cắt và Trải EVA, POE và Tấm Nền

Trước khi ghép, vật liệu đóng gói và lớp nền phải được cắt theo kích thước module chính xác.

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

• Màng EVA

• Màng POE

• TPT hoặc các tấm nền khác

• Dải cách điện

• Vật liệu cách ly busbar

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

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

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

7. Máy Ghép Tự Động

Máy ghép tự động lấy các chuỗi cell đã hoàn thành và đặt chúng lên kính và vật liệu đóng gói.

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

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

Máy ghép tự động thường sử dụng:

• Robot công nghiệp hoặc hệ thống giàn

• Kẹp chân không

• Camera thị giác

• Hiệu chỉnh vị trí tự động

• Kiểm soát khoảng cách dây

• Phát hiện vị trí kính

Một số dây chuyền sản xuất sử dụng máy xếp riêng. Một số khác kết hợp định vị dây, xếp lớp và nối bus trong một thiết bị tích hợp.

8. Máy nối bus

Sau khi các dây được định vị, chúng phải được kết nối điện với dây bus.

Máy nối bus tự động hàn hoặc hàn chì các đầu dây theo thiết kế điện của module. Nó cũng có thể tự động uốn, cắt và định vị các dây bus.

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

Quá trình nối bus phải kiểm soát:

• Vị trí dây bus

• Nhiệt độ hàn hoặc hàn chì

• Độ bền mối nối

• Hình dạng dây

• Khoảng cách dây

• Vị trí dây dẫn ra

Kết nối bus yếu có thể gây mất điện năng, quá nhiệt cục bộ hoặc hỏng mạch hoàn toàn.

Trên dây chuyền bán tự động nhỏ, việc nối bus có thể được thực hiện thủ công bằng dụng cụ hàn và mẫu định vị. Các nhà máy công suất cao hơn thường sử dụng máy nối bus tự động để đạt độ đồng nhất và năng suất tốt hơn.

9. Kiểm tra EL và Kiểm tra trực quan trước khi cán màng

Trước khi cán màng, module đã lắp ráp phải vượt qua kiểm tra trực 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:

• Cell bị nứt

• Dây bị lệch

• Thiếu dây

• Kết nối bus kém

• Vị trí dây dẫn ra không đúng

• Nhiễm bẩn bên trong module

• Lớp encapsulant bị nhăn hoặc dịch chuyển

• Đặt backsheet không đúng

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

Quá trình cán là không thể đảo ngược. Nếu phát hiện lỗi sau khi cán, chi phí sửa chữa sẽ cao hơn nhiều, và trong nhiều trường hợp, toàn bộ module phải bị loại bỏ.

10. Máy cán pin mặt trời

Máy cán niêm phong kính, lớp encapsulant, pin mặt trời và tấm nền (backsheet) hoặc kính phía sau thành một cấu trúc bền vững.

Bên trong máy cán, chân không loại bỏ không khí bị mắc kẹt khỏi chồng module. Nhiệt và áp suất sau đó làm đóng rắn EVA hoặc POE, liên kết tất cả các lớp lại với nhau.

Công thức cán phụ thuộc vào:

• Loại encapsulant

• Kích thước module

• Độ dày kính

• Cấu trúc kính-backsheet hoặc kính-kính

• Công nghệ pin

• Yêu cầu của nhà cung cấp vật liệu

Một chu kỳ cán 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 cán thường là quy trình chính chậm nhất trong dây chuyền sản xuất. Do đó, một nhà máy có thể cần nhiều máy cán hoạt động song song.

Đây là điểm quan trọng khi tính toán công suất sản xuất. Lắp đặt máy hàn dây nhanh hơn sẽ không làm tăng sản lượng module cuối cùng nếu phần cán không thể xử lý tấm pin với cùng tốc độ.

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

11. Thiết bị cắt tỉa và kiểm tra sau cán

Sau khi cán, EVA, POE hoặc backsheet thừa vẫn còn xung quanh các cạnh module. Vật liệu này phải được loại bỏ trước khi đóng khung.

Trên dây chuyền nhỏ, công nhân có thể cắt tỉa các cạnh thủ công. Dây chuyền tự động công suất cao thường sử dụng máy cắt cạnh.

Module đã cán cũng được kiểm tra các khuyết tật:

• Bọt khí

• Bong tách lớp

• Tràn encapsulant

• Trầy xước

• Kính bị hỏng

• Di chuyển tế bào

• Dịch chuyển dây dẫn

• Nhiễm bẩn bên trong laminate

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

12. Máy dán 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.

Phần đóng khung có thể bao gồm:

• Máy dán keo khung tự động

• Hệ thống nạp khung nhôm

• Thiết bị chèn góc khóa

• Máy lắp ráp khung

• Máy đóng khung khí nén hoặc thủy lực

• Thiết bị đột lỗ khung

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

Khung hoàn thiện phải vuông vắn, chắc chắn và được bịt kín đúng cách. Các lỗi đóng khung phổ biến bao gồm góc lỏng, keo trám không đủ, keo trám thừa, trầy xước và kích thước khung không chính xác.

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

13. Máy lắp hộp nối

Hộp nối thu thập đầu ra điện từ mạch tế bào 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 dán

• Hàn dây dẫn ra

• Hàn đầu nối tự động

• Đổ keo AB

• Đổ đầy keo

• Kiểm tra cáp và đầu nối

Máy hàn hộp nối kết nối các dây dẫn ra của module với các đầu nối của hộp nối. Máy phân phối hoặc máy đổ keo sau đó áp dụng vật liệu bịt kín hoặc vật liệu độn để bảo vệ các kết nối điện khỏi độ ẩm, chuyển động và ăn mòn.

Vật liệu kết dính và vật liệu độn phải có đủ thời gian đóng rắn trước khi kiểm tra cuối cùng và đóng gói.

14. Máy kiểm tra EL cuối cùng

Một bài kiểm tra EL thứ hai thường được thực hiện sau khi cán màng hoặc lắp ráp module cuối cùng.

Bài kiểm tra này là cần thiết vì các vết nứt vi mô mới có thể xuất hiện trong quá trình cán màng, cắt tỉa, đóng khung hoặc xử lý vật liệu.

Hình ảnh EL cuối cùng có thể tiết lộ:

• Vết nứt vi mô trên tế bào

• Tế bào vỡ

• Ngón tay bị đứt kết nối

• Mối hàn kém

• Thanh cái bị đứt

• Vùng không hoạt động điện

• Gián đoạn chuỗi

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

15. Máy mô phỏng mặt trời và máy đo I-V

Máy mô phỏng mặt trời, còn được gọi là máy kiểm tra flash hoặc máy đo I-V, đo hiệu suất điện của tấm pin mặt trời hoàn thiện 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 hoàn chỉnh

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

Máy mô phỏng mặt trời phải có độ 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 suất sản xuất của phần còn lại của dây chuyền. Nếu không, các tấm pin hoàn thiện 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 phổ biến bao gồm:

• Máy thử Hi-pot

• Máy đo điện trở cách điện

• Máy thử liên tục nối đất

• Máy đo dòng rò

Thử nghiệm Hi-pot áp dụng điện áp cao giữa mạch điện bên trong và khung module 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 module có thể vận hành an toàn mà không có đường rò nguy hiểm.

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 kiểm tra cuối cùng.

Mỗi module 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 module đã hoàn thiện trở lại các thông tin như:

• Lô tế bào quang điện

• Stringer production data

• Hình ảnh EL

• Trạm xếp lớp

• Công thức máy cán

• Trạm đóng khung

• Kết quả thử nghiệm I-V

• Kết quả thử nghiệm an toàn

• Ngày sản xuất và ca làm việc

Các module hoàn thiện được phân loại theo cấp công suất, xếp chồng với vật liệu bảo vệ và đóng gói để vận chuyển.

Đóng gói có vẻ là một quy trình đơn giản, nhưng xếp chồng không đúng cách hoặc bảo vệ không đủ có thể làm hỏng các module tốt trước khi chúng đến dự án.

Bán tự động hay hoàn toàn tự động?

Một nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng 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 nhà máy có công suất kế hoạch thấp hơn. Người vận hành có thể thực hiện thủ công các công đoạn như hàn busbar, chuẩn bị vật liệu, cắt tỉa, lắp hộp nối và kiểm tra bằng mắt thường.

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

Mức độ tự động hóa phù hợp phụ thuộc vào:

• Công suất hàng năm theo kế hoạch

• Thiết kế module

• 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

Không 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 các công đoạn cắt cell, hàn dây, xếp lớp, hàn busbar, cán màng, đóng khung, lắp hộp nối và kiểm tra 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 chứa vật liệu

• Phần mềm MES và truy xuất nguồn gốc

• Không gian bảo trì

• Khu vực kiểm soát chất lượng

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

Do đó, một kế hoạch nhà máy thực tế nên bắt đầu với thông số kỹ thuật module mục tiêu và công suất sản xuất hàng năm. Danh sách máy móc cuối cùng sẽ được xác định sau đó.

Quan điểm của chúng tôi rất đơn giản: một nhà máy sản xuất 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 các 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 liệu thô và dịch vụ hậu mãi toàn cầu.