От солнечных элементов до готовых модулей: как работает линия производства солнечных панелей
Содержание
Полезный способ понять завод по производству солнечных модулей — игнорировать названия машин и наблюдать за тем, что происходит с продуктом.
В начале есть хрупкие отдельные ячейки и рулоны или листы материала. В середине — электрически соединенная цепь, заключенная в рыхлый стек. В конце — герметичный продукт с серийным номером, измеренной мощностью, записями проверки и решением: выпустить, доработать или отбраковать.
Это изменение происходит в три широких преобразования.
| Преобразование | Что входит | Что должно покинуть этап | Основные группы процессов |
|---|---|---|---|
| Ячейки становятся цепью | Отсортированные или подготовленные солнечные ячейки | Соединенные стринги, расположенные как предполагаемая цепь модуля | Подготовка ячеек, стрингование, укладка, шинирование, контроль в процессе |
| Стек становится ламинатом | Стекло, инкапсулянт, соединенные ячейки и задний материал | Связанный и защищенный ламинат | Подготовка материалов, укладка, контроль, ламинирование |
| Ламинат становится выпущенным модулем | Ламинированная панель | Механически обработанный, электрически соединенный, протестированный, идентифицированный продукт | Обрезка, обрамление, работа с распределительной коробкой, отверждение, EL, IV и тестирование безопасности, маркировка |
Этот процессный взгляд служит иной цели, чем каталог оборудования. Читателям, которым нужна подробная пооборудованная справка, можно обратиться к статье Ooitech о какие машины используются для изготовления солнечных панелей. Здесь вопрос в том, как эти операции зависят друг от друга.
Ячейки становятся управляемой электрической цепью
Большинство заводов по сборке модулей начинают с покупных фотоэлектрических ячеек. Первые производственные решения уже заложены в дизайн продукта: полная ячейка или разрезанная ячейка, обычный фронтальный контакт или задний контакт, количество и положение лент, длина струны, зазор, расположение выводов и окончательная схема цепи.
Если конструкция использует разделенные ячейки, лазерный процесс подготавливает необходимые части. Затем процесс стрингирования припаивает токопроводящую ленту к ячейкам и соединяет их последовательно. Готовые струны перемещаются на укладку, где они располагаются на подготовленном стекле и инкапсулянте. Шинирование соединяет струны в соответствии с электрической схемой модуля.
Эти операции часто продаются как отдельные категории машин, но завод воспринимает их как одну непрерывную проблему: построить цепь, не ломая ячейки, не перегревая чувствительные структуры, не смещая геометрию и не создавая слабых электрических соединений.
Переходы имеют значение. Струна может пройти собственную визуальную проверку, но все равно быть поврежденной при подъеме, повороте или размещении. Правильно припаянная струна может стать плохо выровненным модулем, если референс укладки неверен. Шинная лента может быть электрически соединена, но плохо расположена для последующего процесса установки распределительной коробки.
По этой причине обработка ячеек, коррекция зрения, транспортировка струн, точность укладки и управление шинированием должны быть спроектированы вместе. Покупка каждой станции по ее собственным спецификациям из брошюры упускает интерфейсы, где появляются многие производственные потери.
Дорогая граница находится до ламинации
До ламинации модуль все еще можно открыть. Поврежденную струну можно заменить. Неправильно расположенную ленту можно исправить. Пыль можно удалить. Инкапсулянт или задний материал можно переместить.
После ламинации те же исправления становятся сложными, неэкономичными или невозможными без потери модуля. Это делает предламинационный контроль чем-то большим, чем рутинная работа отдела качества. Это экономическая граница в производственном потоке.
Разумный контрольный пункт проверяет два вида доказательств.
Визуальный осмотр охватывает размещение материалов, загрязнения, расстояние между струнами, расположение выводов, складки, посторонние предметы и очевидные повреждения. EL-контроль охватывает электрическое состояние подключенной цепи ячеек, включая дефекты, которые могут быть не видны при обычном освещении.
Цель — не создать еще один отчет об инспекции. Цель — предотвратить переход предотвратимых дефектов в необратимый процесс. Когда линия снова и снова находит одну и ту же проблему на этом этапе, правильным ответом является корректировка вышестоящего процесса, а не просто добавление большего числа инспекторов.
Рыхлый стек становится защищенным ламинатом
Стек модуля обычно включает переднее стекло, инкапсулянт, соединенную цепь ячеек, второй слой инкапсулянта и либо полимерную заднюю подложку, либо заднее стекло. Системы резки и укладки материалов подготавливают эти слои до размеров продукта. Оборудование для перемещения контролирует их края и контрольные точки по мере продвижения стека к ламинации.
Ламинатор применяет контролируемую комбинацию вакуума, тепла, давления и времени. Воздух удаляется, инкапсулянт течет и отверждается, и ранее рыхлые слои становятся единой скрепленной структурой.
Этот этап управляется рецептом, а не просто настройкой температуры. Химия инкапсулянта, конструкция стекла, размеры модуля, хранение материалов, поведение при откачке, равномерность нагрева и условия охлаждения — все влияет на результат. Рецепт, подходящий для одной спецификации материалов, не следует слепо копировать для другой.
У ламинатора также есть строгое ограничение: он не может исправить стек, который получает. Он не может выпрямить смещенную струну, удалить загрязнение, восстановить треснувшую ячейку или исправить неправильный задний материал. Хорошая ламинация поэтому начинается задолго до закрытия дверцы камеры.
Поток на заводе вокруг этого процесса заслуживает тщательного планирования. Неламинированные стеки хрупки и занимают много места. Пакетная загрузка может создавать неравномерные поступления и отправления. Охлаждение и последующая обработка могут ограничивать площадь, даже если сама камера кажется достаточно быстрой. Полезная цифра производительности — это устойчивый поток через весь участок, а не самое короткое отображаемое время рецепта.
Финишная обработка добавляет функцию, а не украшение
Ламинат уже может напоминать солнечную панель, но остается несколько функциональных задач.
Финишная обработка начинается с периметра ламината, где удаляется излишек материала и края подготавливаются для выбранной конструкции. Для продукта с рамой герметик и алюминиевые профили собираются в квадратную, надежную несущую конструкцию для упаковки, монтажа и использования в полевых условиях. Бескаркасные и стекло-стекло конструкции проходят этот этап иначе, поэтому их обработка и процессы по краям должны быть определены чертежом продукта.
Распределительная коробка создает внешнее электрическое соединение. Выводные ленты должны достигать правильных клемм, электрическое соединение должно быть стабильным, а клей или герметик должны защищать сборку. Время отверждения является частью производственного времени; перемещение модуля слишком рано может нарушить иначе приемлемую установку.
Эти шаги иногда считаются легким концом линии, потому что солнечная цепь уже построена. Это предположение рискованно. Повреждение рамы, плохое уплотнение, слабые клеммные соединения или неконтролируемое нанесение клея могут привести к отбраковке модуля, прошедшего все предыдущие этапы.
Модуль выпускается на основании доказательств
Финальное тестирование отвечает на несколько разных вопросов, и ни один тестер не отвечает на все из них.
Первый: цела ли еще цепь? Финальный EL-осмотр ищет повреждения или электрические разрывы, которые могли появиться во время ламинации, обрезки, обрамления или переноса.
Второе: какую электрическую производительность обеспечивает модуль? IV-тестер или имитатор солнца записывает вольт-амперную характеристику при контролируемом освещении. Результат поддерживает классификацию мощности и электрические данные, связанные с модулем.
Третий: безопасен ли продукт электрически? Проверки изоляции, высокого напряжения и непрерывности заземления касаются изоляции и защитных путей в соответствии с конструкцией и применимым планом качества.
Существует также четвертый вопрос, который легко упустить из виду: может ли завод доказать, какая история процесса относится к этому физическому модулю?
Штрих-код или другой серийный идентификатор может связать продукт с партиями ячеек или материалов, записями стрингования, изображениями контроля, рецептами ламинации, данными оператора или оборудования, IV-результатами и результатами проверки безопасности. На автоматизированном заводе эта информация может передаваться в систему управления производством. На небольшом заводе тот же принцип все еще применяется, даже если сбор данных проще.
Прослеживаемость превращает результаты тестов в полезную производственную запись. Она помогает расследовать повторяющиеся дефекты, изолировать затронутый материал, сравнивать рецепты и предотвращать смешивание отбракованного модуля с принятым запасом.
Очереди раскрывают реальный дизайн завода
Производственная мощность редко ограничивается машиной с самыми впечатляющими характеристиками. Она ограничивается тем, как время цикла, партии, передачи, проверки, переналадки, обслуживание и задержки по качеству взаимодействуют в течение смены.
Очереди являются полезным доказательством, потому что они показывают, где линия теряет координацию.
| Что видит завод | На что это может указывать | Что проверить |
|---|---|---|
| Готовые стринги, ожидающие укладки | Производство стрингов поступает быстрее, чем укладка или шинирование могут его поглотить | Схема выгрузки стрингов, цикл укладки, конструкция буфера, задержки из-за дефектов |
| Подготовленные стопки, занимающие проходы | Поток инспекции или ламинации не успевает за поступающей работой | Время подготовки материалов, выпуск с инспекции, загрузка партий, доступность камер |
| Ламинированные модули, ожидающие перед обрамлением | Охлаждение, обрезка, передача или обрамление недостаточны по мощности | Длина конвейера, время охлаждения, ручная обработка, подготовка рам |
| Готовые модули, ожидающие тестирования | Цикл тестирования, передача данных, маркировка или сортировка не успевают за выходом сборки | Конфигурация тестера, передача результатов, работа со штрихкодами, маршрутизация брака |
| Длительные остановки при смене продукта | Гибкость формата существует на бумаге, но работа по переналадке плохо определена | Оснастка, рецепты, подготовка материалов, контроль параметров, процедуры оператора |
Буфер может защитить один процесс от кратковременных сбоев в другом, но это не лекарство от постоянного несоответствия. Слишком малое буферизация вызывает частые остановки. Слишком большая скрывает проблемы, увеличивает незавершенное производство, занимает площадь и позволяет дефектам распространяться дальше, прежде чем кто-то заметит закономерность.
Цель не в том, чтобы устранить каждое мгновение ожидания. Она в том, чтобы знать, почему существует ожидание и защищает ли оно процесс или выявляет ошибку проектирования.
Автоматизируйте риск до того, как он станет зрелищем
Решения об автоматизации часто обсуждаются как выбор между полуавтоматическим заводом и полностью автоматическим. Более полезный вопрос — где автоматизация устраняет наибольший операционный риск.
Хрупкое обращение — один из приоритетов. Многократный подъем и позиционирование ячеек, стрингов, стекла и больших ламинатов создает возможности для поломок, царапин и смещения выравнивания.
Повторяемая точность — еще один. Размещение стрингов, геометрия шин, нанесение клея, обрамление и позиционирование при тестировании выигрывают, когда одно и то же контролируемое движение должно выполняться модуль за модулем.
Передачам также стоит уделить внимание. Автоматическая передача может сократить очереди и ручные операции, но только если соединенные станции используют совместимые референсы, логику циклов, средства безопасности и восстановление после сбоев.
Наконец, автоматизация может улучшить сбор данных. Считывание штрих-кодов, выбор рецептов, передача результатов испытаний и маршрутизация брака становятся более надежными, когда они встроены в процесс, а не записываются позже.
Ручной труд все еще имеет место. Он может обеспечить гибкость при пилотном производстве, разработке продукта, работе с малыми объемами или на этапах, где суждение важнее скорости. Компромисс заключается в том, что процесс должен определять обучение, контроль, эргономику и прослеживаемость так же тщательно, как автоматическая станция определяет датчики и блокировки.
Компоновка начинается с входных данных, а не с плана этажа
Поставщик не может спроектировать полезную производственную линию, исходя только из годовой целевой мощности. Годовой объем — это сводка многих рабочих допущений. Компоновке нужны сами допущения.
| Входные данные проекта | Почему это меняет линию |
|---|---|
| Чертеж модуля и спецификация материалов | Определяет подготовку ячеек, схему стрингования, конструкцию стека, рабочий диапазон оборудования, обрамление и процесс подключения распределительной коробки |
| Требуемый выпуск за смену | Преобразует бизнес-цель в циклы станций, размеры партий, параллельное оборудование, трудозатраты и требования к буферам |
| Ассортимент продукции и частота переналадок | Влияет на оснастку, рецепты, подготовку материалов, очистку, контроль параметров и планирование |
| План качества и сертификации | Определяет точки контроля, испытательное оборудование, выборку, логику приемки, маршруты переделки и хранение записей |
| Требования к прослеживаемости | Определяет точки штрих-кодирования, интерфейсы данных, хранение изображений, печать этикеток и интеграцию с заводской системой |
| Информация о здании и инженерных сетях | Задает размещение оборудования, ширину проходов, доступ к материалам, электрическую нагрузку, сжатый воздух, вентиляцию и пространство для обслуживания |
| Модель труда и обслуживания | Изменяет границу между ручным трудом, станциями с поддержкой, робототехникой, запасными частями и технической поддержкой |
| Стратегия расширения | Определяет, где следует резервировать пространство, инженерные сети, конвейеры, испытательные мощности и параллельные станции |
Эти входные данные также предотвращают распространенную ошибку планировки: сначала нарисовать аккуратную линию, а затем заставлять продукт и материальный поток подстраиваться под нее. Правильная последовательность: определение продукта, технологический поток, контрольные точки качества, модель цикла, конфигурация оборудования и, наконец, детальный план цеха.
Источники и дополнительная литература
Основы производства солнечных фотоэлектрических панелей — Министерство энергетики США
Каталог оборудования для производства солнечных панелей Ooitech
Полностью автоматическая линия по производству солнечных панелей Ooitech
Какие станки используются для изготовления солнечных панелей? — Ooitech
Проектируйте от модуля, который необходимо выпустить
Производственная линия становится проще для спецификации, когда проект определяет три результата: правильную электрическую цепь, прочный ламинат и готовый модуль, поддерживаемый записями испытаний и отслеживаемости. Выбор оборудования затем следует за процессом, а не заменяет его.
Ooitech может настраивать и поставлять системы производства солнечных панелей для заказчиков по всему миру: от заводов с операторской поддержкой до высокоавтоматизированных линий, с подбором оборудования, планировкой завода, установкой, вводом в эксплуатацию, обучением и послепродажным обслуживанием, соответствующими предполагаемому модулю и производственному плану.
