عملية وتكنولوجيا تصنيع الوحدة الشمسية
جدول المحتويات
إجابة سريعة: تتكون سلسلة صناعة الخلايا الكهروضوئية من أربع مراحل: السيليكون متعدد الكريستالات، والرقاقة، والخلية الشمسية، والوحدة. تقع الوحدة في المرحلة النهائية، بين الخلية المكتملة ونظام الطاقة الشمسية المُركّب. يأخذ تصنيع الوحدات خلايا فردية هشة ويحولها إلى وحدة محكمة الإغلاق ومؤطرة ومقاومة للعوامل الجوية: تُلحم الخلايا في سلاسل، وتُرصّ السلاسل مع مادة EVA العازلة بين الزجاج الأمامي والطبقة الخلفية، ثم تُغلّف الحزمة تحت التفريغ والحرارة، ثم تُؤطّر وتُجهّز بصندوق التوصيل وتُختبر على جهاز اختبار IV. غيّر قطع نصف الخلية وتخطيطات القضبان المتعددة كل خطوة، مما رفع الطاقة وخفض الفقد المقاوم. ولأن الخلية الواحدة تنتج بضعة واطات فقط عند حوالي 0.6 فولت، فإن خطوة التجميع هي ما ينتج وحدة قابلة للاستخدام بقدرة 400 واط إلى 700 واط. كما أن الوحدة هي المكان الذي تظهر فيه جميع مشكلات الجودة في المراحل السابقة كخسارة في الإنتاجية.
تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech
مقدمة إلى الوحدات الكهروضوئية
تنقسم سلسلة صناعة الطاقة الكهروضوئية إلى أربع مراحل: البولي سيليكون، والرقائق، والخلايا الشمسية، والوحدة. تقع الوحدة الكهروضوئية في نهاية السلسلة، بين الخلية الشمسية والنظام الكهروضوئي الكامل.
تنتج الخلية الشمسية الواحدة كمية محدودة فقط من الكهرباء. يجب توصيل الخلايا على التوالي وتغليفها في وحدة قبل أن تتمكن من العمل كمصدر طاقة قابل للاستخدام. وبالتالي فإن الوحدة الكهروضوئية هي أصغر جهاز شمسي غير قابل للتجزئة قادر على توفير خرج تيار مستمر بمفرده. وباعتبارها أصغر وحدة فعالة لتوليد الطاقة، فإنها تتكون من تسعة مكونات أساسية: الخلايا الشمسية، وشرائط التوصيل البيني، وقضبان التوصيل، والزجاج المقسى، وEVA، الطبقة الخلفية، وإطار سبائك الألومنيوم، ومادة مانعة للتسرب، و صندوق التوصيل.
من بين المراحل الأربع لسلسلة الطاقة الكهروضوئية، كانت مرحلة الوحدات هي الأقدم تطورًا ونضجًا في الصين.
يتضمن إنتاج الوحدات بشكل أساسي خطوتين رئيسيتين: توصيل الخلايا والتصفيح. يحدد توصيل الخلايا الأداء الكهربائي للوحدة. العدد القياسي للخلايا في الوحدة الكهروضوئية هو 60 أو 72 خلية، متصلة بواسطة 10 أو 12 شريطًا نحاسيًا يعمل كقضبان توصيل، مع ست مجموعات مترابطة لتشكيل وحدة واحدة.
من المتوقع أن تدوم الوحدة الكهروضوئية 25 عامًا على الأقل، لذا يجب أن تتحمل الضغوط البيئية وتوفر درجة من القوة الميكانيكية. بعد توصيل الخلايا، تُرتب المواد عادةً من الأسفل إلى الأعلى كالتالي: الزجاج المقسى، وEVA، والخلايا، والطبقة الخلفية، ثم تُغلق معًا من خلال التصفيح. تقوم الطبقة الخلفية والزجاج المقسى بتغليف الخلايا وEVA في الداخل، بينما يحمي إطار الألومنيوم ومانع التسرب الحواف ويغلقانها.
يمكن تقسيم سير العمل العام لتصنيع الوحدات إلى: اللحام، والتجميع، والتصفيح، اختبار EL، والتأطير، وتركيب صندوق التوصيل، والتنظيف، واختبار IV، والفحص النهائي، والتغليف. من بين هذه الخطوات، يحمل اللحام والتصفيح أعلى محتوى تقني وقيمة.
المعدات المستخدمة في إنتاج الوحدات
تتوافق معدات الوحدة مباشرة مع كل مرحلة من مراحل سير عمل الإنتاج. تشمل الآلات الرئيسية القطع بالليزر آلات، غالباً ما تُعتبرs، ومعدات التجميع الأوتوماتيكية، وآلات التصفيح، وخطوط الإنتاج الأوتوماتيكية.
بالنظر إلى المراحل الفردية: تتطلب مرحلة اللحام آلات القطع بالليزر، وآلات لحام قضبان التوصيل، وآلات ربط الخلايا؛ وتستخدم مرحلة التجميع آلات وضع القوالب؛ وتتطلب مرحلة التصفيح آلة تصفيح؛ وتتطلب مرحلة اختبار EL جهاز اختبار EL؛ وتتطلب مرحلة التأطير آلات وضع الإطار الأوتوماتيكية و معظم الألواح الشمسية التقليدية تستخدم إطاراً من الألومنيوم، يُركب بواسطةs؛ وتتطلب مرحلة صندوق التوصيل آلة لحام صندوق التوصيل؛ وتتطلب مرحلة التنظيف وحدات قلب الوحدة؛ وتستخدم مرحلة اختبار IV جهاز اختبار منحنى IV؛ ويتطلب الفحص النهائي وحدة فحص قلب؛ والتغليف يتطلب خط تغليف.
بالإضافة إلى الآلات الفردية، يمكن لموردي المعدات أيضًا توفير خطوط تجميع وحدات أوتوماتيكية بالكامل تغطي جميع المراحل، مما يتيح مشاريع تسليم مفتاح.
جودة وتكلفة وحدات الخلايا الشمسية تؤثر مباشرة على جودة وتكلفة النظام بأكمله. فما هو سير العمل الفعلي لإنتاج الوحدات؟
هيكل الوحدة
هيكل الوحدة نصف الخلية
في الوحدات نصف الخلية، يتم قطع الخلايا إلى نصفين بحيث ينخفض تيار التشغيل لكل خلية إلى النصف. هذا يقلل بشكل كبير من الفقد الكهربائي على الأشرطة ويحسن نسبة الخلية إلى الوحدة (CTM) للوحدة.
الفجوات بين الخلايا في الوحدة نصف الخلية أكبر، مما يزيد قليلاً من الضوء المنعكس من الزجاج إلى الخلايا. كلما زاد تيار الخلية، زادت الفائدة المكتسبة من تقنية نصف الخلية.
سير عمل إنتاج الوحدة
عملية إنتاج الوحدة تمر عمومًا بسبع مراحل: اللحام الشريطي، التمديد، التصفيح، التأطير، تركيب صندوق التوصيل، المعالجة، والاختبار، قبل التغليف النهائي والتسليم إلى السوق. على عكس الوحدات كاملة الخلية، تنفذ الوحدات نصف الخلية قطع الخلايا في مرحلة الوحدة، مما يضيف خطوة قطع باستخدام آلة القطع بالليزر، وبعد ذلك يتم تعديل عمليات اللحام الشريطي والتمديد. على جانب الخلية، تتطلب تقنية نصف الخلية تعديل تخطيط الخلايا.
اللحام الشريطي
باستخدام الأشرطة (يدويًا أو أوتوماتيكيًا)، يتم لحام الجزء الأمامي والخلفي من كل خلية معًا لتشكيل سلسلة خلايا متصلة على التوالي.
ضوابط العملية الرئيسية: اللحام البارد، اللحام الزائد، تكسير الخلايا، وقوة شد اللحام.
التصميم السائد لخلايا نصف الوحدة يعتمد تصميمًا من قسمين (كما هو موضح). النصفان العلوي والسفلي متصلان على التوازي ويستخدمان ثنائيات تجاوز. تتغير نقطة الإخراج من أعلى وحدة الخلية الكاملة إلى المنتصف، مما يجعلها مناسبة للتركيب العمودي.
التجميع
بعد توصيل سلاسل الخلايا واجتياز الفحص، يتم ترتيب سلاسل الخلايا والزجاج وEVA المقطوع والطبقة الخلفية بترتيب محدد استعدادًا للتغليف. أثناء التجميع، تبقى المواضع النسبية لسلاسل الخلايا والمواد مثل الزجاج ثابتة، ويتم ضبط المسافات بين الخلايا لتوفير أساس جيد للتغليف. ترتيب التجميع من الأسفل إلى الأعلى هو: الزجاج، EVA، الخلايا، EVA، الألياف الزجاجية، والطبقة الخلفية.
التصفيح
يتم وضع مجموعة الخلايا المجمعة في آلة التغليف. يتم إزالة الهواء داخل الوحدة بالتفريغ، ثم يتم تطبيق الحرارة لإذابة EVA، مما يربط الخلايا والزجاج والطبقة الخلفية معًا. أخيرًا، يتم تبريد الوحدة وإزالتها. التغليف هو الخطوة الحاسمة في إنتاج الوحدات، حيث يتم تحديد درجة حرارة ووقت التغليف حسب خصائص EVA. عند استخدام EVA عادي، يكون وقت دورة التغليف حوالي 10 إلى 15 دقيقة، مع درجة حرارة معالجة من 135 إلى 145 درجة مئوية.
ضوابط العملية الرئيسية: الفقاعات، الخدوش، الانبعاجات، الانتفاخ، وتشقق الخلايا.
من الجدير بالذكر أنه قبل التغليف، يلزم إجراء فحص صارم للمظهر واختبار EL لضمان أداء الوحدة وسلامتها.
فحص المظهر
فحص EL
التأطير
الإطار يحمي حواف وزوايا الزجاج المقسى للوحدة والوحدة المغلفة، مما يجعل التثبيت اللاحق أسهل.
ضوابط العملية الرئيسية: الانبعاجات، التآكل، الخدوش، فتحات التثبيت المفقودة، تسرب مانع التسرب على الظهر، الفقاعات، ونقص مانع التسرب.
تركيب صندوق التوصيل
صندوق التوصيل يربط ويحمي الوحدة الكهروضوئية بينما يقوم بتوصيل التيار الناتج عن الوحدة إلى الخارج للمستخدم.
ضوابط العملية الرئيسية: الفقاعات وتسرب مانع التسرب.
المعالجة
يتم معالجة مانع التسرب المحقون خلال خطوات التأطير وتركيب صندوق التوصيل السابقة لتقوية الختم وحماية الوحدة من البيئات الخارجية القاسية بعد ذلك.
ضوابط العملية الرئيسية: وقت المعالجة ودرجة الحرارة والرطوبة.
الاختبار
يتم قياس معلمات الأداء الكهربائي لتحديد درجة الوحدة. يتم تضمين ثلاثة اختبارات رئيسية: اختبار جهد التحمل للعزل، الذي يتحقق من السلامة بين الإطار والأجزاء الحية الداخلية (الخلايا، الأشرطة، إلخ) تحت الجهد العالي؛ اختبار استمرارية التأريض، الذي يقيس المقاومة بين الإطار والأرض لتأكيد ما إذا كان تأريض الإطار سليمًا؛ واختبار IV، الذي يقيس معلمات الأداء الكهربائي لتحديد درجة الوحدة.
تدفق إنتاج وحدة كهروضوئية واحدة
روبوت صناعي يضع خلايا كهروضوئية مفردة بحجم كتاب على خط الإنتاج.
يتم لصق الخلايا الكهروضوئية المرتبة ولحامها، مع لحام صف من 12 خلية وقطعها. قبل الميكنة، كان هذا العمل يتطلب حوالي أربعة أو خمسة أشخاص يعملون في وقت واحد.
تخضع الخلايا الكهروضوئية الملحومة لفحص الجودة. تلك التي لا تحتوي على مشاكل جودة يتم إرسالها مباشرة إلى المرحلة التالية للترتيب والتنظيم.
يتم ترتيب الخلايا الكهروضوئية في ستة صفوف من 12 خلية لكل مجموعة.
يتم تنفيذ التسخين واللصق وتطبيق الفيلم.
الطبقة الأولى هي الزجاج، والثانية هي EVA، والوسط هو الخلايا الكهروضوئية، والرابعة هي EVA مرة أخرى، والخامسة هي الطبقة الخلفية، المستخدمة للعزل المائي ومقاومة التآكل.
مجموعة الوحدة الكهروضوئية أحادية البلورة تتكون من خمس طبقات. التصفيح يدمج هذه الطبقات الخمس في طبقة واحدة.
بعد التصفيح وأربع ساعات من المعالجة الباردة، يتم إزالة الغبار يدويًا وفحص الحواف والزوايا.
تخضع الوحدة الكهروضوئية النهائية لاختبار وظيفي بمحاكاة ضوء الشمس.
يتم إجراء الفحص النهائي والتغليف.
رؤية Ooitech
تعتقد Ooitech: تصنيع الوحدات الكهروضوئية يتلخص في ربط الخلايا بدقة وتصفيح موثوق، مع تقنية نصف الخلية واختبار EL الصارم كمفتاحين لكفاءة أعلى وموثوقية طويلة الأجل.
