Welke machines worden gebruikt om zonnepanelen te maken?

Loop een zonnepaneelfabriek binnen en u zult niet één gigantische machine zien die grondstoffen in afgewerkte panelen omzet. Wat u wel ziet is een aaneengesloten productielijn, waarbij elke machine een specifiek deel van het werk uitvoert: cellen snijden, ze aan elkaar solderen tot strings, de strings rangschikken, de module lamineren, het frame installeren en tenslotte het afgewerkte paneel testen.

Het klinkt op papier vrij eenvoudig. In de daadwerkelijke productie beïnvloedt elk proces het volgende. Een kleine positioneringsfout tijdens het layuppen kan na lamineren een bel of uitlijningsfout worden. Een slechte soldeerverbinding kan er voor het menselijk oog goed uitzien, maar tijdens EL-inspectie als een donker gebied verschijnen.

Daarom moet een goede productielijn voor zonnepanelen als één gebalanceerd systeem werken, in plaats van als een willekeurige verzameling machines.

Voordat we naar de apparatuur kijken, is er een belangrijk onderscheid.

Dit artikel gaat over een productielijn voor zonnemodules—een fabriek die afgewerkte zonnecellen koopt en deze assembleert tot zonnepanelen. Het vervaardigen van zonnecellen uit siliciumwafers is een ander proces met natchemische apparatuur, diffusieovens, PECVD- of ALD-systemen, zeefdrukkers, vuurovens en andere gespecialiseerde machines.

Dus, welke machines worden gebruikt om een afgewerkt zonnepaneel te maken?

1. Zonnecel Tester en Sorteermachine

Zonnecellen uit dezelfde productiebatch zijn niet altijd elektrisch identiek. Hun stroom, spanning en maximaal vermogen kunnen enigszins variëren. Als cellen met significant verschillende elektrische eigenschappen in dezelfde string worden verbonden, kan de cel met de laagste prestaties de output van de hele string beperken.

Een zonneceltester meet parameters zoals:

• Openklemspanning

• Kortsluitstroom

• Maximaal vermogen

• Celrendement

• I-V-karakteristieken

Het sorteersysteem groepeert vervolgens cellen met vergelijkbare prestaties.

Sommige productielijnen gebruiken ook automatische optische inspectie of EL-inspectie op celniveau om randchips, verborgen scheuren, verontreiniging en elektrisch inactieve gebieden te identificeren voordat de cellen het stringproces ingaan.

Het lijkt misschien een kleine stap, maar nauwkeurig sorteren helpt elektrische mismatch te verminderen en verbetert de consistentie van afgewerkte modules.

2. Lasersnijmachine voor zonnecellen

De meeste moderne zonnepanelen gebruiken halfgesneden cellen. Shingled en andere speciale moduleontwerpen kunnen nog kleinere celsecties gebruiken. In deze gevallen moeten volformaat zonnecellen vóór het stringen worden verdeeld.

Een lasersnijmachine voor zonnecellen kerft en scheidt de cellen met hoge precisie. Afhankelijk van het moduleontwerp kan het cellen in helften, derden of kleinere stukken snijden.

Er worden twee gangbare snijmethoden gebruikt:

• Conventioneel laserkerf gevolgd door mechanisch breken

• Niet-destructief lasersnijden ontworpen om mechanische en thermische spanning te verminderen

Niet-destructief snijden wordt steeds belangrijker naarmate cellen dunner en groter worden. Microscheuren die tijdens het snijden ontstaan, kunnen zich uitbreiden tijdens stringen, lamineren, transport of langdurige buitengebruik.

Als een fabriek alleen volcelmodules produceert, is een lasersnijmachine mogelijk niet nodig. Voor de productie van halfcel- en shingled-modules is het echter een kernonderdeel van de lijn.

3. Tabber Stringer Machine

De tabber stringer wordt vaak beschouwd als het hart van een productielijn voor zonnepanelen.

Zijn belangrijkste taak is het solderen van fotovoltaïsch lint op individuele cellen en het in serie verbinden van de cellen om celstrings te vormen. Moderne machines combineren meestal zowel tabbing als stringen in één automatisch proces.

Een tabber stringer verwerkt normaal gesproken:

• Celladen en -scheiding

• Celpositionering

• Linttoevoer

• Fluxaanbrenging

• Solderen

• String uitlijning

• String snijden en afvoeren

• Visuele inspectie

De juiste stringmethode hangt af van de celtechnologie.

PERC- en TOPCon-cellen kunnen over het algemeen worden verwerkt met conventionele multi-busbar stringers. HJT-cellen vereisen mogelijk solderen bij lagere temperaturen omdat ze gevoeliger zijn voor warmte. BC-, IBC-, ABC- en HPBC-cellen hebben gespecialiseerde back-contact lasapparatuur nodig omdat hun positieve en negatieve contacten zich beide aan de achterzijde bevinden.

De keuze van de stringer moet daarom gebaseerd zijn op celgrootte, busbar-ontwerp, linttype, soldeertemperatuur en modulestructuur—niet alleen op het geadverteerde aantal cellen per uur.

4. Inline String EL Inspectie

String EL-inspectie is meestal een optionele functie die is geïntegreerd in de tabber stringer, in plaats van een volledig aparte machine.

In de praktijk kiezen de meeste fabrikanten voor deze optie, vooral bij de productie van modules met TOPCon-, HJT- of BC-cellen. Bij deze celtechnologieën kunnen zwakke soldeerverbindingen, verborgen scheuren en elektrisch inactieve gebieden moeilijk te identificeren zijn via gewone visuele inspectie.

Inline EL-inspectie controleert de string direct na het solderen. Er wordt een stroom aangelegd op de verbonden cellen en een infraroodgevoelige camera legt het elektroluminescentiebeeld vast. Scheuren, losgekoppelde gebieden en slechte elektrische verbindingen verschijnen als abnormale donkere gebieden.

Hierdoor kunnen defecte strings worden verwijderd vóór het leggen en lamineren, wanneer reparatie of vervanging nog relatief eenvoudig is.

Een offline string EL-tester kan nog steeds worden gebruikt voor steekproeven, herinspectie of laboratoriumanalyse, maar is normaal gesproken niet nodig als apart productiestation wanneer de stringer al inline EL-inspectie heeft.

5. Zonneglaas laden en inspectieapparatuur

Zonneglas dat aan moderne modulenfabrieken wordt geleverd, wordt normaal gesproken gewassen en voorbereid door de glasfabrikant. Om deze reden is een speciale glaswasmachine over het algemeen niet nodig in een standaard zonnepaneelproductielijn.

Een automatische glaslader plaatst het voorbereide glas op de transportband. Voordat EVA of POE wordt gelegd, wordt het glas gecontroleerd op:

• Stof en oppervlakteverontreiniging

• Krasjes

• Randschade

• Glassplinters

• Coatingdefecten

• Onjuiste afmetingen

Het frontglas vormt de basis van de modulestapel, dus de positie moet stabiel blijven tijdens de volgende materiaalleg- en cellayup-processen.

6. EVA-, POE- en Backsheet-snij- en legmachines

Voor het lay-up moeten de encapsulant en de achterlaagmaterialen op de juiste moduleafmetingen worden gesneden.

Een automatische snij- en legmachine kan materialen voorbereiden zoals:

• EVA-folie

• POE-folie

• TPT of andere backsheets

• Isolatiestroken

• Busbar-isolatiematerialen

Na het snijden legt de machine de encapsulant automatisch op het glas.

Voor glas-glasmodules wordt de polymeer backsheet vervangen door een tweede stuk glas. De lijnlay-out, laminator en handlingapparatuur moeten daarom worden ontworpen voor het extra gewicht en de andere modulestructuur.

Kleine fabrieken kunnen EVA- en backsheetmaterialen handmatig snijden. Automatisch snijden en leggen wordt waardevoller naarmate de productiecapaciteit toeneemt, omdat het de dimensionale consistentie verbetert en materiaalverspilling vermindert.

7. Automatische Lay-upmachine

De automatische lay-upmachine neemt voltooide celstrings en plaatst deze op het glas en de encapsulant.

Dit is een precisieproces. De stringafstand, celuitlijning en de afstand tussen de cellen en de glasranden moeten binnen de gespecificeerde toleranties blijven.

Slechte uitlijning is gemakkelijk te zien op een afgewerkt paneel, maar uiterlijk is niet de enige zorg. Onjuiste stringposities kunnen ook de encapsulatie, randafdichting en betrouwbaarheid van de module op lange termijn beïnvloeden.

Een automatische lay-upmachine gebruikt normaal gesproken:

• Industriële robots of portaalsystemen

• Vacuümgrijpers

• Visiecamera's

• Automatische positiecorrectie

• Afstandsregeling van strings

• Glaspositiedetectie

Sommige productielijnen gebruiken een aparte legmachine. Andere combineren stringpositionering, leggen en bussing in één geïntegreerde eenheid.

8. Bussing-machine

Nadat de strings zijn gepositioneerd, moeten ze elektrisch worden verbonden met busbar-lint.

Een automatische bussing-machine last of soldeert de stringaansluitingen volgens het elektrische ontwerp van de module. Het kan ook de busbar-linten automatisch buigen, knippen en positioneren.

Halfcelmodules vereisen bijzondere aandacht omdat hun bovenste en onderste celsecties over het algemeen parallel zijn geschakeld. Het uitleidpunt bevindt zich normaal gesproken nabij het midden van het paneel in plaats van aan de bovenkant.

Het bussing-proces moet controleren:

• Busbar-positie

• Las- of soldeertemperatuur

• Verbindingssterkte

• Lintvorm

• Stringafstand

• Positie van uitleidlint

Een zwakke bussing-verbinding kan vermogensverlies, overmatige lokale verhitting of volledige circuituitval veroorzaken.

Op een kleine semi-automatische lijn kan bussing handmatig worden uitgevoerd met soldeergereedschap en positioneringsmallen. Fabrieken met een hogere capaciteit gebruiken meestal automatische bussing-machines voor een betere consistentie en doorvoer.

9. Pre-laminatie EL-tester en visuele inspectie

Vóór laminering moet de geassembleerde module visuele inspectie en EL-testen doorstaan.

Dit is de laatste praktische kans om veel productiefouten te herstellen. Operators of automatische inspectiesystemen controleren op problemen zoals:

• Gebarsten cellen

• Verkeerd uitgelijnde strings

• Ontbrekende linten

• Slechte bussing-verbindingen

• Onjuiste uitleidposities

• Verontreiniging in de module

• Gekreukeld of verschoven encapsulant

• Onjuiste plaatsing van backsheet

De pre-laminatie EL-tester controleert de elektrische toestand van het volledige celcircuit voordat het permanent wordt verzegeld.

Lamineren is effectief onomkeerbaar. Als er na het lamineren een defect wordt gevonden, zijn de reparatiekosten veel hoger en moet in veel gevallen de hele module worden afgekeurd.

10. Zonnepaneel Laminator

De laminator verzegelt het glas, de encapsulant, de zonnecellen en de backsheet—of achterglas—tot één duurzame structuur.

In de laminator verwijdert vacuüm ingesloten lucht uit de module-stapel. Warmte en druk uitharden vervolgens de EVA of POE, waardoor alle lagen aan elkaar worden gebonden.

Het laminatierecept hangt af van:

• Type encapsulant

• Modulegrootte

• Glasdikte

• Glas-backsheet of glas-glas structuur

• Celtechnologie

• Vereisten van materiaalleverancier

Een typische laminatiecyclus duurt ongeveer 10 tot 20 minuten, hoewel de werkelijke tijd varieert met de materialen en apparatuur.

De laminator is vaak het langzaamste hoofdproces in de productielijn. Een fabriek heeft daarom mogelijk meerdere laminators nodig die parallel werken.

Dit is een belangrijk punt bij het berekenen van de productiecapaciteit. Het installeren van snellere stringers zal de uiteindelijke module-output niet verhogen als de laminatiesectie panelen niet in hetzelfde tempo kan verwerken.

Laminatiekwaliteit heeft direct invloed op hechting, elektrische isolatie, vochtbestendigheid en de verwachte levensduur van de module.

11. Trimmachine en Post-Laminatie Inspectieapparatuur

Na het lamineren blijft overtollige EVA, POE of backsheet rond de module-randen zitten. Dit materiaal moet worden verwijderd voordat het frame wordt geplaatst.

Op een kleine lijn kunnen operators de randen handmatig bijsnijden. Een automatische lijn met hoge capaciteit gebruikt normaal gesproken een randtrimmachine.

De gelamineerde module wordt ook geïnspecteerd op:

• Luchtbellen

• Delaminatie

• Overloop van encapsulant

• Krasjes

• Glasschade

• Celbeweging

• Verplaatsing van strings

• Verontreiniging in het laminaat

Automatische keerunits maken het eenvoudiger om beide zijden van de module te inspecteren zonder handmatig tillen.

12. Framelijm- en framemachine

De meeste conventionele zonnepanelen gebruiken een aluminium frame om de glasranden te beschermen en mechanische ondersteuning te bieden tijdens transport en installatie.

De frameringssectie kan het volgende omvatten:

• Automatische framelijmmachine

• Aluminium framelaadsysteem

• Hoeksleutelinvoegapparatuur

• Frameassemblagemachine

• Pneumatische of hydraulische framemachine

• Frame-ponsapparatuur

Er wordt kit aangebracht in de aluminium profielen voordat de vier framesecties rond het gelamineerde module worden geperst.

Het afgewerkte frame moet haaks, stevig en goed afgedicht zijn. Veelvoorkomende framefouten zijn losse hoeken, onvoldoende kit, overtollige kit, krassen en onjuiste frameafmetingen.

Frameloze glas-glas modules hebben dit proces mogelijk niet nodig, afhankelijk van het productontwerp.

13. Aansluitdoosinstallatiemachines

De aansluitdoos verzamelt de elektrische output van het celcircuit en zorgt voor de verbinding tussen de module en het externe PV-systeem.

Het aansluitdoosproces kan het volgende omvatten:

• Positionering van de aansluitdoos

• Silicone- of lijmdispenseren

• Solderen van uitleidingslinten

• Automatisch terminallassen

• AB-lijm vullen

• Ingieten

• Kabel- en connectortest

Een soldeermachine voor aansluitdozen verbindt de uitleidende linten van de module met de aansluitklemmen van de aansluitdoos. Een doseer- of gietmachine brengt vervolgens afdichtings- of vulmateriaal aan om de elektrische verbindingen te beschermen tegen vocht, beweging en corrosie.

Het hecht- en gietmateriaal moet voldoende uithardingstijd krijgen voordat de eindtest en verpakking plaatsvinden.

14. Eind-EL-tester

Een tweede EL-test wordt normaal gesproken uitgevoerd na laminering of eindmontage van de module.

Deze test is noodzakelijk omdat er tijdens laminering, trimmen, omlijsten of materiaalhantering nieuwe microscheuren kunnen ontstaan.

De uiteindelijke EL-afbeelding kan het volgende onthullen:

• Microscheuren in cellen

• Gebroken cellen

• Losgekoppelde vingers

• Slechte soldeerverbindingen

• Gebroken busbars

• Elektrisch inactieve gebieden

• Stringonderbrekingen

Automatische beeldanalysesoftware kan helpen bij het classificeren van defecten, maar de fabrikant heeft nog steeds duidelijke acceptatiecriteria nodig. Het systeem moet definiëren welke defecten acceptabel zijn, welke herwerk vereisen en welke tot afkeur leiden.

15. Zonnesimulator en I-V-tester

De zonnesimulator, ook wel flitstester of I-V-tester genoemd, meet de elektrische prestaties van het afgewerkte zonnepaneel onder gecontroleerde verlichting.

De tester registreert parameters waaronder:

• Maximaal vermogen

• Openklemspanning

• Kortsluitstroom

• Bedrijfsspanning

• Bedrijfsstroom

• Vulfactor

• Module-efficiëntie

• Volledige I-V-curve

Het gemeten vermogen wordt gebruikt om het paneel te classificeren en het typeplaatje of productielabel te genereren.

De zonnesimulator moet een geschikte spectrale overeenkomst, lichtuniformiteit en stabiliteit hebben. De testsnelheid moet ook overeenkomen met de productiecapaciteit van de rest van de lijn. Anders zullen afgewerkte panelen zich ophopen voor het teststation.

16. Veiligheidstestapparatuur

Elektrische output is slechts een onderdeel van de eindkwaliteitscontrole. Het paneel moet ook elektrisch veilig zijn.

Veelgebruikte veiligheidstestapparatuur omvat:

• Hi-pot tester

• Isolatieweerstandstester

• Aardingscontinuïteitstester

• Lekstroomtester

De hi-pot test brengt hoge spanning aan tussen het interne elektrische circuit en het moduleframe om de isolatie-integriteit te verifiëren.

De aardingscontinuïteitstest meet de elektrische verbinding tussen het aluminium frame en de aardingspunten. Isolatietesten controleren of de module veilig kan werken zonder gevaarlijke lekpaden.

Dit zijn essentiële productietests, geen optionele kwaliteitscontroles.

17. Etiketterings-, sorteer- en verpakkingslijn

Nadat het paneel de elektrische, veiligheids-, EL- en visuele inspectie heeft doorstaan, print de fabriek het productlabel en registreert de eindtestresultaten.

Elke module krijgt normaal gesproken een uniek serienummer. Op een automatische lijn kan dit nummer worden gekoppeld aan een MES- of traceerbaarheidssysteem.

De fabriek kan dan een afgewerkte module terug traceren naar informatie zoals:

• Zonnecelbatch

• Stringer productiegegevens

• EL-beelden

• Layup station

• Laminator recept

• Framing station

• I-V testresultaat

• Veiligheidstestresultaat

• Productiedatum en ploeg

De afgewerkte modules worden gesorteerd op vermogensklasse, gestapeld met beschermende materialen en verpakt voor transport.

Verpakking lijkt misschien een eenvoudig proces, maar onjuist stapelen of onvoldoende bescherming kan goede modules beschadigen voordat ze de projectlocatie bereiken.

Halfautomatisch of volledig automatisch?

Een zonnepanelenfabriek heeft niet altijd volledige automatisering nodig.

Halfautomatische lijnen zijn vaak geschikt voor pilotprojecten, regionale fabrikanten en fabrieken met een lagere geplande capaciteit. Operators kunnen handmatig bussen, materiaal voorbereiden, trimmen, aansluitdozen installeren en visuele inspectie uitvoeren.

Volledig automatische lijnen voegen robotische handling, automatische transportbanden, geïntegreerde inspectiesystemen, productiebuffers en datatraceerbaarheid toe. Ze bieden een hogere doorvoer en consistentere procescontrole, maar vereisen ook een sterkere onderhoudscapaciteit en beter productiebeheer.

Het juiste automatiseringsniveau hangt af van:

• Geplande jaarcapaciteit

• Moduleontwerp

• Celtechnologie

• Beschikbare investering

• Lokale arbeidsomstandigheden

• Productkwaliteitseisen

• Toekomstige uitbreidingsplannen

Kies niet elke machine afzonderlijk

De grootste machine is niet altijd de belangrijkste machine, en de snelste machine creëert niet automatisch de snelste productielijn.

Capaciteit moet in balans zijn over cel snijden, stringen, leggen, bussen, lamineren, framen, aansluitdoos installatie en eindtesten.

De fabriek heeft ook ondersteunende systemen nodig zoals:

• Automatische transportbanden

• Productiebuffers

• Luchtcompressoren

• Vacuümsystemen

• Koelmachines

• Materiaalopslag

• MES- en traceerbaarheidssoftware

• Onderhoudsruimte

• Kwaliteitscontrolegebieden

Het moduleontwerp moet worden bevestigd voordat de apparatuur wordt geselecteerd. Een lijn ontworpen voor conventionele PERC full-cell modules is mogelijk niet geschikt voor grootschalige TOPCon half-cells, HJT-modules, BC-cellen of zware glas-glas panelen zonder meerdere machines te vervangen.

Een realistisch fabrieksplan moet daarom beginnen met de beoogde modulespecificatie en jaarlijkse productiecapaciteit. De uiteindelijke machinelijst komt daarna.

Onze visie is eenvoudig: een betrouwbare zonnepanelenfabriek is geen stapel indrukwekkende machines, maar een gebalanceerd productiesysteem, en Ooitech kan complete 5 MW tot 1,2 GW semi-automatische en volledig automatische productielijnen voor zonnepanelen leveren, inclusief fabrieksindeling, installatie, training, ondersteuning van grondstoffen en wereldwijde after-sales service.