PV-basisprincipes: machine voor het tabben en stringen van zonnecellen

In het productieproces van fotovoltaïsche modules is de solar cell tabber stringer machine een van de kernapparatuur voor het opbouwen van elektrische verbindingen tussen zonnecellen. De belangrijkste functie is het solderen van individuele zonnecellen met interconnectieribbons en het in serie verbinden om een celstring te vormen met een ontworpen spanningsuitgang.

Een stabiel stringproces heeft direct invloed op het modulevermogen, de uiterlijke kwaliteit, EL-prestaties en langetermijnbetrouwbaarheid. Voor moderne PV-modulefabrieken, vooral die MBB, half-cell, PERC, TOPCon, HJT of andere geavanceerde modules produceren, zijn de nauwkeurigheid en consistentie van de tabber stringer erg belangrijk.

Classificatie van Solar Cell Tabber Stringer Machines

Afhankelijk van het automatiseringsniveau en het soldeerproces kunnen tabber stringer machines over het algemeen in drie typen worden verdeeld.

Handmatige Tabber Stringer

Een handmatige tabber stringer vereist dat operators zonnecellen en ribbons met de hand plaatsen. Het soldeerproces wordt ook handmatig of met zeer eenvoudige hulpmiddelen uitgevoerd.

Belangrijkste kenmerken:

• Lagere investeringskosten voor apparatuur

• Geschikt voor kleinschalige productie, proeflijnen, laboratoriumtesten of trainingsdoeleinden

• Lage productie-efficiëntie

• Lagere positioneringsnauwkeurigheid

• Hoger risico op celbreuk en inconsistentie in solderen

Handmatig stringen wordt tegenwoordig zelden gebruikt in grootschalige PV-modulefabrieken, maar het kan nog steeds worden gezien in R&D-omgevingen of zeer kleine productieopstellingen.

Semi-automatische tabber stringer

Een semi-automatische tabber stringer automatiseert een deel van het celtoevoer- of ribbon-soldeerproces, terwijl sommige stappen nog handmatige ondersteuning vereisen, zoals stringhantering, interconnectie of laden en lossen.

Belangrijkste kenmerken:

• Gemiddelde productie-efficiëntie

• Geschikt voor kleine en middelgrote productielijnen

• Lagere investering in vergelijking met volledig automatische apparatuur

• Hogere afhankelijkheid van vaardigheid van de operator

• Meer variatie in soldeerkwaliteit dan volledig automatische machines

Semi-automatische apparatuur kan een overgangsoplossing zijn voor fabrikanten die upgraden van handmatige productie naar geautomatiseerde PV-moduleproductie.

Volledig automatische tabber stringer

Een volledig automatische tabber stringer voltooit het hele proces automatisch, inclusief cel laden, cel positioneren, ribbon toevoeren, solderen, stringoverdracht en verbinding met het volgende productieproces.

Belangrijkste kenmerken:

• Hoge positioneringsnauwkeurigheid, gewoonlijk rond ±0,1 mm afhankelijk van de machineconfiguratie

• Hoge productiecapaciteit, vaak ongeveer 6.800 tot 8.000 cellen per uur voor gangbare hogesnelheidsmachines

• Stabiele soldeerkwaliteit

• Geschikt voor continue productielijnen

• Betere compatibiliteit met moderne PV-moduletechnologieën zoals MBB, halfcel en hoogrendementscelformaten

Voor gangbare fabrikanten van fotovoltaïsche modules zijn volledig automatische tabber stringers de standaardkeuze geworden omdat ze hogere capaciteit, betere procescontrole en lagere arbeidsafhankelijkheid ondersteunen.

Werkingsprincipe en kernproces

Het werkingsprincipe van een tabber stringer is gebaseerd op nauwkeurige celpositionering, stabiele ribbon-toevoer, gecontroleerde soldeertemperatuur en continue stringvorming. Hoewel verschillende machinemerken verschillende mechanische lay-outs kunnen gebruiken, is het basisproces vergelijkbaar.

Cel laden en overbrengen

Zonnecellen worden eerst gescheiden van de celcassette. In veel machines wordt een luchtmes gebruikt om de cellen voorzichtig te scheiden en de hechting tussen dunne wafers te verminderen. Vervolgens pakken zuigmondstukken, riemen of robotische hanteringssystemen de cellen op en sturen ze in volgorde naar het soldeerstation.

Deze stap moet soepel en met lage spanning verlopen, omdat moderne zonnecellen dunner worden en microscheuren kunnen ontstaan als de hanteringskracht niet goed wordt gecontroleerd.

Visiepositioneringssysteem

Het visiepositioneringssysteem gebruikt normaal gesproken industriële CCD- of CMOS-camera's om de Mark-punten of referentiekenmerken op de zonnecel vast te leggen. Na beeldverwerking berekent het systeem de celpositie en hoekafwijking.

Het bewegingsregelsysteem leidt vervolgens de mechanische arm of positioneringsplatform om de cel vóór het solderen naar de juiste positie te brengen. Dit is essentieel om ribbon-offset, slechte uitlijning en verborgen soldeerfouten te voorkomen.

Ribbon-soldeerproces

Het ribbon-soldeerproces omvat meestal voorverwarming en solderen.

Voorverwarmen:

De soldeerhouder of het soldeergebied wordt voorverwarmd via een verwarmingszone, zoals een hete plaat of verwarmingslampkast. In veel processen wordt de temperatuur boven 110°C gebracht vóór de hoofdsoldeerfase. Voorverwarming helpt thermische schokken te verminderen en verbetert de bevochtiging van het soldeer.

Solderen:

De machine plaatst de met flux behandelde ribbon op de busbar of gridlijn van de zonnecel. Onder gecontroleerde druk en verwarmingstemperatuur smelt de soldeerlaag op de ribbon en vormt een stevige verbinding met de zilverelektrode van de zonnecel.

Goed solderen moet sterke hechting, lage serieweerstand, soepele ribbon-uitlijning en minimale thermische of mechanische spanning op de cel opleveren.

Celstringvorming

Na het solderen worden de cellen één voor één verbonden om een celstring te vormen met een vooraf bepaalde lengte, zoals 10 cellen per string, 12 cellen per string of andere configuraties afhankelijk van het moduleontwerp.

De afgewerkte celstring wordt vervolgens overgebracht naar het volgende proces, zoals lay-up, bussing, inspectie of voorbereiding voor lamineren.

Belangrijke technologieën in Tabber Stringer-machines

Hoognauwkeurige positionering

Hoge-precisiepositionering hangt af van zowel het visionsysteem als het bewegingsregelalgoritme. CCD- of CMOS-camera's leggen de positie van de cel vast, terwijl regelalgoritmen zoals PID-regeling de machine helpen om beweging snel en nauwkeurig te corrigeren.

Voor hoogwaardige productie moet de uitlijnfout tussen de cel en de ribbon over het algemeen binnen 0,2 mm worden gehouden. Als de afwijking te groot is, kunnen veelvoorkomende problemen optreden zoals verschoven solderen, slecht uiterlijk, verhoogde serieweerstand of zelfs verborgen betrouwbaarheidsrisico's.

Temperatuurregeling bij solderen

Temperatuurregeling is een van de belangrijkste factoren bij string solderen. De soldeertemperatuur moet stabiel zijn en moet meestal binnen een smal bereik worden geregeld, zoals ±5°C, afhankelijk van het procesrecept.

Veelvoorkomende verwarmingsmethoden zijn:

• Infraroodverwarming: Snelle temperatuurstijging, geschikt voor dunne ribbons, vooral ribbons met een dikte van 0,15 mm of minder

• Verwarmingsplaat: Betere temperatuuruniformiteit, geschikt voor betrouwbaar solderen en stabiele massaproductie

Als de temperatuur te laag is, kan het soldeer niet volledig smelten, wat zwakke soldeerverbindingen of koudsolderen veroorzaakt. Als de temperatuur te hoog is, kan dit de cel beschadigen, thermische spanning verhogen of de langetermijnbetrouwbaarheid van de module beïnvloeden.

Laag-schadend solderen

Moderne zonnecellen zijn dunner en breekbaarder dan oudere generaties cellen. Voor dunne cellen met een dikte onder 130 μm moeten mechanische druk en thermische spanning zorgvuldig worden gecontroleerd.

Veel machines gebruiken zachte-contact soldeersystemen, zoals veerbelaste perskoppen. De druk wordt gewoonlijk geregeld in een bereik van ongeveer 5 tot 15 N, afhankelijk van het celtype, ribbon type en soldeermethode.

Het doel is om voldoende contact te bereiken voor betrouwbaar solderen, terwijl scheuren, verborgen breuken, randafbrokkeling of overmatige celbuiging worden vermeden.

Praktische toepassingen in de productie van PV-modules

De tabber stringer wordt gebruikt in de front-end elektrische interconnectiefase van de productie van PV-modules. De prestaties beïnvloeden verschillende stroomafwaartse processen en de uiteindelijke modulekwaliteit.

Typische toepassingen zijn:

• Standaard productie van kristallijne siliciummodules

• Productie van halfcelmodules

• Productie van MBB- en SMBB-modules

• PERC-, TOPCon-, HJT- en andere hoogrendementcelmodulelijnen

• Pilotproductielijnen voor nieuwe modulestructuren

• Fabrieksautomatiseringsupgrades van semi-automatische naar volledig automatische productie

In een complete PV-moduleproductielijn moet de tabber stringer samenwerken met celsnijden, lay-up, bussing, EL-testen, lamineren, framen, aansluitdoosinstallatie, IV-testen en eindinspectiesystemen. Een mismatch in capaciteit of processtabiliteit in de stringfase kan gemakkelijk een bottleneck worden voor de hele fabriek.

Ooitech's Visie

Als apparatuurleverancier die werkt met verschillende PV-moduleproductie-indelingen, ziet Ooitech de tabber stringer als meer dan een soldeermachine; het is een belangrijk procescontrolepunt dat bepaalt of een modulelijn kan draaien met stabiele opbrengst en voorspelbare output. Voor fabrieken die upgraden naar MBB, TOPCon of dunnere celproductie, moet aandacht worden besteed aan niet alleen nominale capaciteit, maar ook aan lintcontrole, celhanteringsspanning, temperatuuruniformiteit en compatibiliteit met stroomafwaartse lay-up- en bussingprocessen. Een goede stringoplossing moet worden geselecteerd samen met het volledige modulelijnontwerp, anders kan een hogesnelheidsstringer nog steeds niet de werkelijke productie-efficiëntie leveren.