أساسيات الطاقة الشمسية: آلة لحام وربط الخلايا الشمسية

في عملية تصنيع الوحدات الكهروضوئية، تعتبر آلة ربط ولحام الخلايا الشمسية واحدة من المعدات الأساسية لبناء التوصيلات الكهربائية بين الخلايا الشمسية. وظيفتها الرئيسية هي لحام الخلايا الشمسية الفردية بشرائط التوصيل وربطها على التوالي لتشكيل سلسلة خلايا بجهد خرج مصمم.

عملية الربط المستقرة تؤثر بشكل مباشر على قدرة الوحدة، جودة المظهر، أداء EL، والموثوقية طويلة المدى. بالنسبة لمصانع الوحدات الكهروضوئية الحديثة، خاصة تلك التي تنتج وحدات MBB، نصف الخلية، PERC، TOPCon، HJT، أو غيرها من الوحدات المتقدمة، فإن دقة واتساق آلة الربط واللحام مهمة جدًا.

تصنيف آلات ربط ولحام الخلايا الشمسية

وفقًا لمستوى الأتمتة وعملية اللحام، يمكن تقسيم آلات الربط واللحام عمومًا إلى ثلاثة أنواع.

آلة الربط واللحام اليدوية

تتطلب آلة الربط واللحام اليدوية من المشغلين وضع الخلايا الشمسية والشرائط يدويًا. كما تتم عملية اللحام يدويًا أو باستخدام أدوات مساعدة بسيطة جدًا.

الخصائص الرئيسية:

• تكلفة استثمار أقل في المعدات

• مناسبة للإنتاج بكميات صغيرة، خطوط تجريبية، اختبارات معملية، أو أغراض تدريبية

• كفاءة إنتاج منخفضة

• دقة تحديد موقع أقل

• خطر أعلى لكسر الخلايا وعدم اتساق اللحام

نادرًا ما يُستخدم الربط اليدوي في مصانع الخلايا الكهروضوئية الكبيرة اليوم، لكنه لا يزال موجودًا في بيئات البحث والتطوير أو خطوط الإنتاج الصغيرة جدًا.

آلة اللحام والربط شبه الأوتوماتيكية

تقوم آلة اللحام والربط شبه الأوتوماتيكية بأتمتة جزء من عملية تغذية الخلايا أو لحام الشرائط، بينما لا تزال بعض الخطوات تتطلب مساعدة يدوية، مثل معالجة السلاسل أو التوصيل البيني أو التحميل والتفريغ.

الخصائص الرئيسية:

• كفاءة إنتاج متوسطة

• مناسبة لخطوط الإنتاج الصغيرة والمتوسطة

• استثمار أقل مقارنة بالمعدات الأوتوماتيكية بالكامل

• اعتماد أعلى على مهارة المشغل

• تباين أكبر في جودة اللحام مقارنة بالآلات الأوتوماتيكية بالكامل

يمكن أن تكون المعدات شبه الأوتوماتيكية حلاً انتقاليًا للمصنعين الذين ينتقلون من الإنتاج اليدوي إلى التصنيع الآلي للوحدات الكهروضوئية.

آلة اللحام والربط الأوتوماتيكية بالكامل

تقوم آلة اللحام والربط الأوتوماتيكية بالكامل بإكمال العملية بأكملها تلقائيًا، بما في ذلك تحميل الخلايا، وتحديد موضع الخلايا، وتغذية الشرائط، واللحام، ونقل السلاسل، والاتصال بعملية الإنتاج التالية.

الخصائص الرئيسية:

• دقة تحديد موضع عالية، عادة حوالي ±0.1 مم حسب تكوين الآلة

• قدرة إنتاجية عالية، تصل غالبًا إلى حوالي 6,800 إلى 8,000 خلية في الساعة للآلات عالية السرعة السائدة

• جودة لحام مستقرة

• مناسبة لخطوط الإنتاج المستمرة

• توافق أفضل مع تقنيات الوحدات الكهروضوئية الحديثة مثل MBB ونصف الخلية وتنسيقات الخلايا عالية الكفاءة

بالنسبة لمصنعي الوحدات الكهروضوئية الرئيسيين، أصبحت آلات اللحام والربط الأوتوماتيكية بالكامل الخيار القياسي لأنها تدعم سعة أعلى وتحكمًا أفضل في العملية واعتمادًا أقل على العمالة.

مبدأ العمل والعملية الأساسية

يعتمد مبدأ عمل آلة اللحام والربط على تحديد موضع الخلايا بدقة، وتغذية الشرائط بشكل ثابت، ودرجة حرارة لحام محكومة، وتشكيل سلسلة مستمر. على الرغم من أن العلامات التجارية المختلفة للآلات قد تستخدم تخطيطات ميكانيكية مختلفة، إلا أن العملية الأساسية متشابهة.

تحميل الخلايا ونقلها

يتم أولاً فصل الخلايا الشمسية من كاسيت الخلايا. في العديد من الآلات، يتم استخدام سكين هوائي لفصل الخلايا بلطف وتقليل الالتصاق بين الرقائق الرقيقة. ثم تقوم فوهات الشفط أو الأحزمة أو أنظمة المناولة الروبوتية بالتقاط الخلايا وإرسالها إلى محطة اللحام بالتسلسل.

يجب أن تكون هذه الخطوة سلسة ومنخفضة الإجهاد، لأن الخلايا الشمسية الحديثة أصبحت أرق، وقد تظهر تشققات دقيقة إذا لم يتم التحكم في قوة المناولة بشكل جيد.

نظام تحديد المواقع البصري

يستخدم نظام تحديد المواقع البصري عادةً كاميرات CCD أو CMOS صناعية لالتقاط نقاط العلامات أو الميزات المرجعية على الخلية الشمسية. بعد معالجة الصورة، يقوم النظام بحساب موضع الخلية وانحراف الزاوية.

يقوم نظام التحكم في الحركة بعد ذلك بتوجيه الذراع الميكانيكية أو منصة التموضع لضبط الخلية إلى الموضع الصحيح قبل اللحام. هذا ضروري لتجنب انحراف الشريط، وسوء المحاذاة، وعيوب اللحام المخفية.

عملية لحام الشريط

تتضمن عملية لحام الشريط عادةً التسخين المسبق واللحام.

التسخين المسبق:

يتم تسخين أداة اللحام أو منطقة اللحام مسبقًا من خلال منطقة تسخين، مثل لوح ساخن أو صندوق مصباح تسخين. في العديد من العمليات، يتم رفع درجة الحرارة فوق 110 درجة مئوية قبل مرحلة اللحام الرئيسية. يساعد التسخين المسبق في تقليل الصدمة الحرارية وتحسين ترطيب اللحام.

اللحام:

تضع الآلة الشريط المعالج بالتدفق على خط التجميع أو خط الشبكة للخلية الشمسية. تحت ضغط ودرجة حرارة تسخين محكومين، تذوب طبقة اللحام على الشريط وتشكل رابطة قوية مع القطب الفضي للخلية الشمسية.

يجب أن يحقق اللحام الجيد التصاقًا قويًا، ومقاومة تسلسلية منخفضة، ومحاذاة سلسة للشريط، وأقل إجهاد حراري أو ميكانيكي على الخلية.

تشكيل سلسلة الخلايا

بعد اللحام، يتم توصيل الخلايا واحدة تلو الأخرى لتشكيل سلسلة خلايا بطول محدد مسبقًا، مثل 10 خلايا لكل سلسلة، أو 12 خلية لكل سلسلة، أو تكوينات أخرى حسب تصميم الوحدة.

ثم يتم نقل سلسلة الخلايا النهائية إلى العملية التالية، مثل التجميع، أو التوصيل، أو الفحص، أو التحضير للتصفيح.

التقنيات الرئيسية في آلات اللحام والتجميع

التموضع عالي الدقة

تعتمد الدقة العالية في التموضع على كل من نظام الرؤية وخوارزمية التحكم في الحركة. تلتقط كاميرات CCD أو CMOS موضع الخلية، بينما تساعد خوارزميات التحكم مثل التحكم PID الآلة على تصحيح الحركة بسرعة ودقة.

لإنتاج عالي الجودة، يجب عادةً التحكم في خطأ المحاذاة بين الخلية والشريط في حدود 0.2 مم. إذا كان الانحراف كبيرًا جدًا، فقد تشمل المشكلات الشائعة اللحام المنزاح، والمظهر الرديء، وزيادة المقاومة التسلسلية، أو حتى مخاطر موثوقية خفية.

التحكم في درجة حرارة اللحام

التحكم في درجة الحرارة هو أحد أهم العوامل في لحام السلاسل. يجب أن تكون درجة حرارة اللحام مستقرة وعادةً ما تحتاج إلى التحكم ضمن نطاق ضيق، مثل ±5°C، اعتمادًا على وصفة العملية.

تشمل طرق التسخين الشائعة:

• التسخين بالأشعة تحت الحمراء: ارتفاع سريع في درجة الحرارة، مناسب للأشرطة الرفيعة، خاصة الأشرطة بسماكة 0.15 مم أو أقل

• التسخين بلوحة ساخنة: تجانس أفضل لدرجة الحرارة، مناسب للحام عالي الموثوقية والإنتاج المستقر بكميات كبيرة

إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فقد لا يذوب اللحام تمامًا، مما يسبب وصلات لحام ضعيفة أو لحامًا باردًا. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فقد تتلف الخلية، أو تزيد الإجهاد الحراري، أو تؤثر على موثوقية الوحدة على المدى الطويل.

اللحام منخفض الضرر

الخلايا الشمسية الحديثة أرق وأكثر هشاشة من خلايا الأجيال السابقة. بالنسبة للخلايا الرقيقة التي يقل سمكها عن 130 ميكرومتر، يجب التحكم بعناية في الضغط الميكانيكي والإجهاد الحراري.

تستخدم العديد من الآلات أنظمة لحام ذات تلامس ناعم، مثل رؤوس الضغط المحملة بنوابض. يتم التحكم في الضغط عادةً في نطاق حوالي 5 إلى 15 نيوتن، اعتمادًا على نوع الخلية ونوع الشريط وطريقة اللحام.

الهدف هو تحقيق تلامس كافٍ للحام موثوق مع تجنب التشققات والكسور الخفية وتكسر الحواف أو الانحناء المفرط للخلية.

التطبيقات العملية في تصنيع الوحدات الكهروضوئية

يستخدم جهاز اللحام والتجميع في مرحلة التوصيل الكهربائي الأمامي لإنتاج الوحدات الكهروضوئية. يؤثر أداؤه على العديد من العمليات اللاحقة وجودة الوحدة النهائية.

تشمل التطبيقات النموذجية:

• إنتاج الوحدات القياسية من السيليكون البلوري

• إنتاج الوحدات نصف الخلية

• إنتاج الوحدات MBB و SMBB

• خطوط وحدات الخلايا عالية الكفاءة مثل PERC وTOPCon وHJT وغيرها

• خطوط إنتاج تجريبية لهياكل وحدات جديدة

• ترقيات أتمتة المصنع من الإنتاج شبه الآلي إلى الإنتاج الآلي بالكامل

في خط إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكامل، يجب أن تعمل آلة اللحام والتجميع مع أنظمة قطع الخلايا، والتجميع، والتوصيل، واختبار EL، والتصفيح، والتأطير، وتركيب صندوق التوصيل، واختبار IV، والفحص النهائي. يمكن أن يصبح عدم التوافق في السعة أو استقرار العملية في مرحلة اللحام والتجميع عنق زجاجة للمصنع بأكمله.

رؤية Ooitech

كمورد للمعدات يعمل مع تخطيطات إنتاج مختلفة لوحدات الطاقة الشمسية، ترى Ooitech أن آلة اللحام والتجميع هي أكثر من مجرد آلة لحام؛ إنها نقطة تحكم رئيسية في العملية تحدد ما إذا كان خط الوحدات يمكن أن يعمل بإنتاجية مستقرة ومخرجات متوقعة. بالنسبة للمصانع التي تنتقل إلى إنتاج MBB أو TOPCon أو الخلايا الرقيقة، يجب الانتباه ليس فقط إلى السعة الاسمية، ولكن أيضًا إلى التحكم في الشريط، وإجهاد التعامل مع الخلايا، وتوحيد درجة الحرارة، والتوافق مع عمليات التجميع والتوصيل اللاحقة. يجب اختيار حل لحام وتجميع جيد مع تصميم خط الوحدات الكامل، وإلا فقد تفشل آلة اللحام والتجميع عالية السرعة في تحقيق كفاءة إنتاج حقيقية.