أساسيات الطاقة الشمسية: آلة لحام وربط خلايا الطاقة الشمسية

أساسيات الطاقة الشمسية: آلة لحام وربط خلايا الطاقة الشمسية

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

عملية التربيط المستقرة تؤثر مباشرة على قوة الوحدة، جودة المظهر، أداء EL، والموثوقية على المدى الطويل. بالنسبة لمصانع الوحدات الكهروضوئية الحديثة، خاصة تلك التي تنتج MBB، نصف الخلية، PERC، TOPCon، HJT، أو وحدات متقدمة أخرى، فإن دقة واتساق آلة التربيط مهمة جدًا.

تصنيف آلات لحام وتربيط الخلايا الشمسية

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

آلة التربيط اليدوية

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

الخصائص الرئيسية:

• انخفاض تكلفة الاستثمار في المعدات

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

• كفاءة إنتاج منخفضة

• دقة تحديد المواقع منخفضة

• خطر أعلى لكسر الخلايا وعدم اتساق اللحام

نادرًا ما يُستخدم التربيط اليدوي في مصانع الوحدات الكهروضوئية الكبيرة اليوم، لكنه لا يزال موجودًا في بيئات البحث والتطوير أو إعدادات الإنتاج الصغيرة جدًا.

آلة التربيط شبه الأوتوماتيكية

تعمل آلة التربيط شبه الأوتوماتيكية على أتمتة جزء من تغذية الخلايا أو عملية لحام الشرائط، بينما لا تزال بعض الخطوات تتطلب مساعدة يدوية، مثل التعامل مع السلاسل، التوصيل البيني، أو التحميل والتفريغ.

الخصائص الرئيسية:

• كفاءة إنتاج متوسطة

• مناسب 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 تصنيع وحدات الطاقة الشمسية الآلي.

آلة اللحام والتجميع الأوتوماتيكية بالكامل

تكمل آلة اللحام والتجميع الأوتوماتيكية بالكامل العملية بأكملها تلقائيًا، بما في ذلك تحميل الخلايا، وتحديد موضع الخلايا، وتغذية الأشرطة، 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 الرئيسية

• جودة لحام مستقرة

• مناسب لخطوط الإنتاج المستمرة

• توافق أفضل مع تقنيات الوحدات الكهروضوئية الحديثة مثل MBB والخلايا النصفية وتنسيقات الخلايا عالية الكفاءة

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

مبدأ العمل والعملية الأساسية

يعتمد مبدأ عمل آلة اللحام والتجميع على تحديد موضع الخلايا بدقة، وتغذية الأشرطة بشكل ثابت، والتحكم في درجة حرارة اللحام، وتشكيل السلسلة بشكل 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 عن الكاسيت. في العديد من الآلات، يتم استخدام سكين هوائي لفصل الخلايا بلطف وتقليل الالتصاق بين الرقائق الرقيقة. ثم تلتقط فوهات الشفط أو الأحزمة أو أنظمة المناولة الروبوتية الخلايا وترسلها إلى محطة اللحام بالتسلسل.

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

نظام تحديد المواقع بالرؤية

نظام تحديد المواقع البصري يستخدم عادة كاميرات CCD أو CMOS الصناعية لالتقاط نقاط العلامات أو الميزات المرجعية على الخلية الشمسية. بعد معالجة الصور، 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 الخفية.

عملية لحام الشريط

عملية لحام الشريط عادة تشمل التسخين المسبق واللحام.

التسخين المسبق:

يتم تسخين تركيبات 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 على تقليل الصدمة الحرارية وتحسين ترطيب اللحام.

اللحام:

تضع الآلة الشريط المعالج بالتدفق على خط الناقل أو خط الشبكة للخلية الشمسية. تحت الضغط المتحكم به ودرجة حرارة التسخين، تذوب طبقة اللحام على الشريط وتشكل رابطة قوية مع القطب الفضي للخلية الشمسية.

يجب أن يحقق اللحام الجيد التصاقًا قويًا، ومقاومة سلسلة منخفضة، ومحاذاة سلسة للشريط، وإجهادًا حراريًا أو ميكانيكيًا ضئيلًا 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.

يتم بعد ذلك 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

يعتمد التموضع عالي الدقة 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 عمومًا التحكم في خطأ المحاذاة بين الخلية والشريط ضمن 0.2 مم. إذا كان الانحراف كبيرًا جدًا، فقد تشمل المشاكل الشائعة اللحام المنزاح، والمظهر السيئ، وزيادة مقاومة السلسلة، أو حتى مخاطر الموثوقية الخفية.

التحكم في درجة حرارة اللحام

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

تشمل طرق التسخين الشائعة:

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

• التسخين باللوح الساخن: تجانس أفضل لدرجة الحرارة، مناسب للحام عالي الموثوقية والإنتاج الضخم المستقر

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 بالتلامس الناعم، 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 أو الكسور المخفية أو تكسر الحواف أو انحناء الخلية المفرط.

التطبيقات العملية في تصنيع وحدات الطاقة الشمسية

يُستخدم جهاز اللحام والتجميع في مرحلة التوصيل الكهربائي الأمامية في إنتاج وحدات الطاقة الشمسية. يؤثر أداؤه على عدة عمليات لاحقة وجودة الوحدة النهائية.

تشمل التطبيقات النموذجية:

• إنتاج الوحدات القياسية من السيليكون البلوري

• إنتاج وحدات نصف الخلية

• إنتاج وحدات MBB وSMBB

• خطوط إنتاج وحدات الخلايا عالية الكفاءة مثل PERC وTOPCon وHJT وغيرها

• خطوط الإنتاج التجريبية لهياكل الوحدات الجديدة

• ترقيات الأتمتة في المصانع من الإنتاج شبه الآلي إلى الإنتاج الآلي بالكامل

في خط إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكامل، يجب أن يعمل جهاز اللحام والتجميع بالتنسيق مع أنظمة قطع الخلايا، والترتيب، والتوصيل، واختبار EL، والتغليف، والتأطير، وتركيب صندوق التوصيل، واختبار IV، وأنظمة الفحص النهائي. أي عدم تطابق في السعة أو استقرار العملية في مرحلة التجميع يمكن أن يصبح بسهولة عنق زجاجة للمصنع بأكمله.

رؤية Ooitech

كمورد للمعدات يعمل مع خطوط إنتاج مختلفة لألواح الخلايا الكهروضوئية، ترى Ooitech أن آلة اللحام والتجميع (Tabber Stringer) هي أكثر من مجرد آلة لحام؛ فهي نقطة تحكم رئيسية في العملية تحدد ما إذا كان خط إنتاج الألواح يمكن أن يعمل بإنتاجية مستقرة ومخرجات يمكن التنبؤ بها. بالنسبة للمصانع التي تنتقل إلى إنتاج MBB أو TOPCon أو الخلايا الأرق، يجب الانتباه ليس فقط إلى السعة الاسمية، ولكن أيضًا إلى التحكم في الشريط النحاسي، وإجهاد التعامل مع الخلايا، وتوحيد درجة الحرارة، والتوافق مع عمليات التجميع والتوصيل اللاحقة. يجب اختيار حل لحام وتجميع جيد بالاقتران مع تصميم خط الألواح الكامل، وإلا فإن آلة اللحام عالية السرعة قد تفشل في تحقيق كفاءة إنتاج حقيقية.