Введение в фотоэлектрические модули

Цепочка фотоэлектрической промышленности делится на четыре этапа: поликремний, пластина, солнечный элемент и модуль. Фотоэлектрический модуль находится на нижнем конце цепочки, между солнечным элементом и готовой фотоэлектрической системой.

Одиночный солнечный элемент вырабатывает лишь ограниченное количество электроэнергии. Ячейки должны быть соединены последовательно и герметизированы в модуль, прежде чем они смогут служить источником питания. Таким образом, фотоэлектрический модуль является наименьшим неделимым солнечным устройством, способным самостоятельно обеспечивать выход постоянного тока. Как наименьшая эффективная единица генерации энергии, он состоит из девяти основных компонентов: солнечные элементы, соединительные ленты, шины, закаленное стекло, EVA, задняя пленка, алюминиевая рама, герметик и распределительная коробка.

Среди четырех этапов фотоэлектрической цепочки сегмент модулей был самым ранним в развитии и созревании в Китае.

Производство модулей в основном включает два ключевых этапа: соединение ячеек и ламинирование. Соединение ячеек определяет электрические характеристики модуля. Стандартное количество ячеек в фотоэлектрическом модуле составляет 60 или 72, соединенных 10 или 12 медными лентами, выполняющими роль шин, причем шесть групп соединены вместе, образуя один модуль.

Ожидается, что фотоэлектрический модуль прослужит не менее 25 лет, поэтому он должен выдерживать воздействие окружающей среды и обладать определенной механической прочностью. После соединения ячеек материалы обычно располагаются снизу вверх: закаленное стекло, EVA, ячейки и задняя пленка, затем герметизируются вместе с помощью ламинирования. Задняя пленка и закаленное стекло заключают ячейки и EVA внутрь, а алюминиевая рама и герметик защищают и герметизируют края.

Общий производственный процесс модулей можно разбить на: пайку, укладку, ламинирование, EL-тестирование, обрамление, установку распределительной коробки, очистку, IV-тестирование, финальный контроль и упаковку. Среди них пайка и ламинирование имеют наибольшую техническую сложность и ценность.

Оборудование, используемое в производстве модулей

Оборудование для модулей напрямую соответствует каждому этапу производственного процесса. Основные машины включают лазерные резаки, таббер-стрингеры, автоматическое оборудование для укладки, ламинаторы и автоматические производственные линии.

Рассматривая отдельные этапы: на этапе пайки требуются лазерные резаки, сварочные аппараты для шин и таббер-стрингеры для ячеек; на этапе укладки используются шаблонные укладчики; на этапе ламинирования требуется ламинатор; на этапе EL-тестирования требуется EL-тестер; на этапе обрамления требуются автоматические станки для установки рам и обрамления; на этапе установки распределительной коробки требуется паяльный аппарат для распределительных коробок; на этапе очистки требуются устройства для переворота модулей; на этапе IV-тестирования используется IV-тестер; финальный контроль требует устройства для переворота и контроля; а упаковка требует упаковочной линии.

Помимо отдельных машин, поставщики оборудования могут также предоставлять полностью автоматизированные сборочные линии для модулей, охватывающие все этапы, что позволяет реализовывать проекты «под ключ».

Качество и стоимость солнечных модулей напрямую влияют на качество и стоимость всей системы. Так как же на самом деле выглядит производственный процесс модулей?

Структура модуля

Структура полуэлементного модуля

В полуэлементных модулях ячейки разрезаются пополам, так что рабочий ток каждой ячейки уменьшается вдвое. Это значительно снижает электрические потери на лентах и улучшает коэффициент CTM (cell-to-module) модуля.

Зазоры между ячейками в полуэлементном модуле больше, что немного увеличивает количество света, отражающегося от стекла обратно на ячейки. Чем выше ток ячейки, тем больше выгода от использования полуэлементной технологии.

Производственный процесс модулей

Процесс производства модулей обычно проходит через семь этапов: стрингование, укладка, ламинирование, обрамление, установка распределительной коробки, отверждение и тестирование, после чего следует финальная упаковка и поставка на рынок. В отличие от полноэлементных модулей, в полуэлементных модулях резка ячеек осуществляется на этапе модуля, добавляя шаг резки с помощью лазерного резака, после чего корректируются процессы стрингования и укладки. Со стороны ячеек полуэлементная технология требует изменения компоновки ячеек.

Стрингование

С помощью лент (вручную или автоматически) передняя и задняя стороны каждой ячейки спаиваются вместе, образуя последовательно соединенную цепочку ячеек.

Ключевые параметры контроля: холодная пайка, перепайка, трещины ячеек и прочность паяного соединения на отрыв.

Основная компоновка для полуэлементных модулей использует двухсекционную конструкцию (как показано). Верхняя и нижняя половины соединены параллельно и используют байпасные диоды. Точка вывода изменяется с верхней части полноэлементного модуля на середину, что делает его подходящим для вертикальной установки.

Лейап

После соединения цепочек ячеек и прохождения проверки, цепочки ячеек, стекло, нарезанный EVA и задняя пленка укладываются в определенном порядке для подготовки к ламинированию. Во время укладки относительные положения цепочек ячеек и материалов, таких как стекло, фиксируются, а расстояние между ячейками регулируется для создания хорошей основы для ламинирования. Порядок укладки снизу вверх: стекло, EVA, ячейки, EVA, стекловолокно и задняя пленка.

Ламинирование

Уложенная сборка ячеек помещается в ламинатор. Воздух внутри модуля удаляется вакуумом, затем подается тепло для плавления EVA, соединяя ячейки, стекло и заднюю пленку вместе. Наконец, модуль охлаждается и извлекается. Ламинирование является критическим этапом в производстве модулей, температура и время ламинирования определяются свойствами EVA. При использовании обычного EVA время цикла ламинирования составляет около 10-15 минут, температура отверждения 135-145 градусов Цельсия.

Ключевые параметры контроля: пузыри, царапины, вмятины, вздутия и трещины ячеек.

Стоит отметить, что перед ламинированием требуется строгий контроль внешнего вида и EL-тестирование для обеспечения производительности и безопасности модуля.

Контроль внешнего вида

EL-контроль

Обрамление

Рамка защищает края и углы закаленного стекла модуля и ламинированного модуля, облегчая последующую установку.

Ключевые параметры контроля: вмятины, потертости, царапины, отсутствие монтажных отверстий, вытекание герметика на заднюю сторону, пузыри и отсутствие герметика.

Установка распределительной коробки

Распределительная коробка подключает и защищает фотоэлектрический модуль, а также выводит ток, генерируемый модулем, для пользователя.

Ключевые параметры контроля: пузыри и вытекание герметика.

Отверждение

Герметик, введенный на предыдущих этапах установки рамки и распределительной коробки, отверждается для усиления уплотнения и защиты модуля от суровых внешних условий в дальнейшем.

Ключевые параметры процесса: время отверждения, температура и влажность.

Тестирование

Измеряются параметры электрических характеристик для определения класса модуля. Включены три основных теста: испытание изоляции на выдерживаемое напряжение, которое проверяет безопасность между рамкой и внутренними токоведущими частями (ячейками, лентами и т.д.) под высоким напряжением; испытание непрерывности заземления, которое измеряет сопротивление между рамкой и землей для подтверждения исправности заземления рамки; и IV-тестирование, которое измеряет параметры электрических характеристик для определения класса модуля.

Производственный поток одного фотоэлектрического модуля

• Промышленный робот размещает одиночные фотоэлектрические ячейки размером с книгу на производственной линии.

• Размещенные фотоэлектрические ячейки соединяются и паяются, припаивается и обрезается ряд из 12 ячеек. До механизации эта работа требовала примерно четырех или пяти человек, работающих одновременно.

• Припаянные фотоэлектрические ячейки проходят контроль качества. Ячейки без дефектов отправляются непосредственно на следующий этап для расположения и организации.

• Фотоэлектрические ячейки располагаются в шесть рядов по 12 ячеек в каждой группе.

• Выполняются нагрев, нанесение клея и пленки.

• Первый слой — стекло, второй — EVA, средний — фотоэлектрические ячейки, четвертый — снова EVA, пятый — задняя пленка, используемая для гидроизоляции и защиты от коррозии.

• Группа монокристаллических фотоэлектрических модулей состоит из пяти слоев. Ламинация сплавляет эти пять слоев в один.

• После ламинации и четырехчасового холодного отверждения выполняется ручная очистка от пыли и проверка краев и углов.

• Готовый фотоэлектрический модуль проходит функциональный тест с имитацией солнечного света.

• Выполняются финальный контроль и упаковка.

Мнение Ooitech

Ooitech считает: производство фотоэлектрических модулей сводится к точной сборке ячеек и надежной ламинации, при этом технология половинных ячеек и строгий EL-тест являются ключами к более высокой эффективности и долгосрочной надежности.