ما هي الآلات المستخدمة في صنع الألواح الشمسية؟

عند دخول مصنع الألواح الشمسية، لن ترى آلة واحدة عملاقة تحول المواد الخام إلى ألواح جاهزة. ما تراه في الواقع هو خط إنتاج متصل، حيث تتعامل كل آلة مع جزء معين من المهمة: قطع الخلايا، لحامها في سلاسل، ترتيب السلاسل، تصفيح الوحدة، تركيب الإطار، وأخيرًا اختبار اللوح النهائي.

يبدو الأمر بسيطًا من الناحية النظرية. في الإنتاج الفعلي، تؤثر كل عملية على العملية التالية. قد يؤدي خطأ صغير في التموضع أثناء الترتيب إلى فقاعة أو عيب في المحاذاة بعد التصفيح. قد تبدو وصلة اللحام الرديئة جيدة للعين البشرية ولكنها تظهر كمنطقة مظلمة أثناء فحص EL.

لهذا السبب يجب أن يعمل خط إنتاج الألواح الشمسية الجيد كنظام واحد متوازن، وليس كمجموعة عشوائية من الآلات.

قبل النظر إلى المعدات، هناك تمييز مهم.

هذه المقالة تتعلق بـ خط إنتاج الوحدات الشمسية—مصنع يشتري خلايا شمسية جاهزة ويجمعها في ألواح شمسية. تصنيع الخلايا الشمسية من رقائق السيليكون هو عملية مختلفة تتضمن معدات كيميائية رطبة، أفران انتشار، أنظمة PECVD أو ALD، طابعات شاشة، أفران حرق، وآلات متخصصة أخرى.

إذن، ما هي الآلات المستخدمة في صنع لوح شمسي نهائي؟

1. آلة اختبار وفرز الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية من نفس دفعة الإنتاج ليست دائمًا متطابقة كهربائيًا. قد يختلف تيارها وجهدها وقدرتها القصوى قليلاً. إذا تم توصيل خلايا ذات خصائص كهربائية مختلفة بشكل كبير في نفس السلسلة، فإن الخلية ذات الأداء الأقل يمكن أن تحد من ناتج السلسلة بأكملها.

يقيس جهاز اختبار الخلايا الشمسية معلمات مثل:

• جهد الدائرة المفتوحة

• تيار الدائرة القصيرة

• الطاقة القصوى

• كفاءة الخلية

• خصائص منحنى I-V

يقوم نظام الفرز بعد ذلك بتجميع الخلايا ذات الأداء المتشابه.

تستخدم بعض خطوط الإنتاج أيضًا الفحص البصري الآلي أو فحص EL على مستوى الخلية لتحديد الرقائق الحافة، والشقوق المخفية، والتلوث، والمناطق غير النشطة كهربائيًا قبل دخول الخلايا إلى عملية التوصيل.

قد يبدو الأمر خطوة صغيرة، لكن الفرز الدقيق يساعد في تقليل عدم التطابق الكهربائي وتحسين اتساق الوحدات النهائية.

2. آلة قطع الخلايا الشمسية بالليزر

تستخدم معظم الألواح الشمسية الحديثة خلايا نصف مقطوعة. قد تستخدم تصاميم الألواح المتداخلة وغيرها من التصاميم الخاصة أجزاء خلايا أصغر. في هذه الحالات، يجب تقسيم الخلايا الشمسية كاملة الحجم قبل التوصيل.

تقوم آلة قطع الخلايا الشمسية بالليزر بخط الفصل وفصل الخلايا بدقة عالية. اعتمادًا على تصميم اللوحة، قد تقطع الخلايا إلى نصفين أو أثلاث أو قطع أصغر.

يتم استخدام طريقتين شائعتين للقطع:

• الخط بالليزر التقليدي يتبعه كسر ميكانيكي

• القطع بالليزر غير المدمر المصمم لتقليل الإجهاد الميكانيكي والحراري

أصبح القطع غير المدمر أكثر أهمية مع زيادة رقة وكبر حجم الخلايا. قد تتوسع الشقوق الدقيقة التي تنشأ أثناء القطع أثناء التوصيل، التصفيح، النقل أو التشغيل الخارجي طويل الأمد.

إذا كان المصنع ينتج فقط وحدات خلايا كاملة، فقد لا تكون آلة القطع بالليزر ضرورية. ومع ذلك، لإنتاج الخلايا النصفية والألواح المتداخلة، فهي جزء أساسي من الخط.

3. آلة التوصيل والتجميع (Tabber Stringer)

غالبًا ما تعتبر آلة التوصيل والتجميع قلب خط إنتاج الألواح الشمسية.

مهمتها الرئيسية هي لحام الشريط الكهروضوئي على الخلايا الفردية وتوصيل الخلايا على التوالي لتشكيل سلاسل الخلايا. تجمع الآلات الحديثة عادةً بين التوصيل والتجميع في عملية أوتوماتيكية واحدة.

تتعامل آلة التوصيل والتجميع عادةً مع:

• تحميل الخلايا وفصلها

• تحديد موضع الخلايا

• تغذية الشريط

• تطبيق التدفق

• اللحام

• محاذاة الخيوط

• قطع وتفريغ الخيوط

• فحص بصري

تعتمد طريقة التوصيل الصحيحة على تقنية الخلية.

يمكن معالجة خلايا PERC وTOPCon بشكل عام باستخدام آلات التوصيل التقليدية متعددة الأشرطة. قد تتطلب خلايا HJT لحامًا بدرجة حرارة أقل لأنها أكثر حساسية للحرارة. تحتاج خلايا BC وIBC وABC وHPBC إلى معدات لحام متخصصة بالتلامس الخلفي لأن نقاط التلامس الموجبة والسالبة تقع على الجانب الخلفي.

لذلك يجب أن يعتمد اختيار آلة التوصيل على حجم الخلية، وتصميم الأشرطة، ونوع الشريط، ودرجة حرارة اللحام، وهيكل الوحدة - وليس فقط على عدد الخلايا في الساعة المعلن.

4. فحص EL للخيوط المضمنة

عادةً ما يكون فحص EL للخيوط وظيفة اختيارية مدمجة في آلة التوصيل، وليس آلة منفصلة تمامًا.

في الممارسة العملية، يختار معظم المصنعين هذا الخيار، خاصة عند إنتاج وحدات تحتوي على خلايا TOPCon أو HJT أو BC. مع تقنيات الخلايا هذه، قد يكون من الصعب تحديد وصلات اللحام الضعيفة والشقوق المخفية والمناطق غير النشطة كهربائيًا من خلال الفحص البصري العادي.

يقوم فحص EL المضمن بفحص الخيط مباشرة بعد اللحام. يتم تطبيق تيار على الخلايا المتصلة، وتلتقط كاميرا حساسة للأشعة تحت الحمراء صورة الإضاءة الكهربائية. تظهر الشقوق والمناطق المنفصلة والوصلات الكهربائية الضعيفة كمناطق مظلمة غير طبيعية.

يسمح ذلك بإزالة الخيوط المعيبة قبل التجميع والتصفيح، عندما لا يزال الإصلاح أو الاستبدال سهلاً نسبيًا.

لا يزال من الممكن استخدام جهاز اختبار EL للخيوط غير المضمن لأخذ العينات أو إعادة الفحص أو التحليل المختبري، لكنه ليس مطلوبًا عادةً كمحطة إنتاج منفصلة عندما تتضمن آلة التوصيل فحص EL مضمنًا.

5. معدات تحميل وفحص الزجاج الشمسي

عادةً ما يتم غسل الزجاج الشمسي المورد لمصانع الألواح الحديثة وتحضيره من قبل الشركة المصنعة للزجاج. لهذا السبب، لا تكون آلة غسيل الزجاج المخصصة مطلوبة بشكل عام في خط إنتاج الألواح الشمسية القياسي.

تقوم أداة تحميل الزجاج الأوتوماتيكية بوضع الزجاج المحضر على الناقل. قبل وضع EVA أو POE، يتم فحص الزجاج للتأكد من:

• الغبار والتلوث السطحي

• الخدوش

• تلف الحواف

• شظايا الزجاج

• عيوب الطلاء

• أبعاد غير صحيحة

يشكل الزجاج الأمامي قاعدة تكديس اللوحة، لذا يجب أن يظل موضعه ثابتًا أثناء عمليات وضع المواد وترتيب الخلايا التالية.

6. آلات قطع ووضع EVA وPOE والطبقة الخلفية

قبل الترتيب، يجب قطع مواد التغليف والطبقة الخلفية إلى أبعاد اللوحة الصحيحة.

يمكن لآلة القطع والوضع الأوتوماتيكية تحضير مواد مثل:

• فيلم EVA

• فيلم POE

• TPT أو ألواح خلفية أخرى

• شرائط العزل

• مواد عزل القضبان الناقلة

بعد القطع، تقوم الآلة بوضع مادة التغليف على الزجاج تلقائيًا.

بالنسبة للألواح الزجاجية-الزجاجية، يتم استبدال الطبقة الخلفية البوليمرية بقطعة زجاج ثانية. لذلك يجب تصميم تخطيط الخط وجهاز التصفيح ومعدات المناولة لتحمل الوزن الإضافي وهيكل اللوحة المختلف.

قد تقوم المصانع الصغيرة بقطع مواد EVA والطبقة الخلفية يدويًا. يصبح القطع والوضع الأوتوماتيكي أكثر قيمة مع زيادة الطاقة الإنتاجية لأنه يحسن اتساق الأبعاد ويقلل من هدر المواد.

7. آلة الترتيب الأوتوماتيكية

تأخذ آلة الترتيب الأوتوماتيكية سلاسل الخلايا المكتملة وتضعها على الزجاج ومادة التغليف.

هذه عملية دقيقة. يجب أن تبقى المسافات بين السلاسل، ومحاذاة الخلايا، والمسافة بين الخلايا وحواف الزجاج ضمن التفاوتات المسموح بها.

من السهل ملاحظة سوء المحاذاة على اللوحة النهائية، لكن المظهر ليس هو الشاغل الوحيد. قد تؤثر مواضع السلاسل غير الصحيحة أيضًا على التغليف، وإغلاق الحواف، وموثوقية اللوحة على المدى الطويل.

تستخدم آلة الترتيب الأوتوماتيكية عادةً:

• الروبوتات الصناعية أو أنظمة الجانتري

• الماسكات الفراغية

• كاميرات الرؤية

• التصحيح التلقائي للموضع

• التحكم في تباعد الخيوط

• كشف موضع الزجاج

تستخدم بعض خطوط الإنتاج آلة تجميع منفصلة. بينما تجمع أخرى بين تحديد موضع الخيوط والتجميع والتوصيل في وحدة واحدة متكاملة.

8. آلة التوصيل

بعد تحديد موضع الخيوط، يجب توصيلها كهربائيًا بشريط التوصيل.

تقوم آلة التوصيل التلقائي بلحام أو لحام أطراف الخيوط معًا وفقًا للتصميم الكهربائي للوحدة. كما يمكنها ثني وقطع وتحديد موضع أشرطة التوصيل تلقائيًا.

تتطلب وحدات نصف الخلية اهتمامًا خاصًا لأن أقسام الخلايا العلوية والسفلية متصلة بشكل عام على التوازي. توجد نقطة الإخراج عادةً بالقرب من منتصف اللوحة بدلاً من الأعلى.

يجب أن تتحكم عملية التوصيل في:

• موضع شريط التوصيل

• درجة حرارة اللحام

• قوة الوصلة

• شكل الشريط

• تباعد الخيوط

• موضع شريط الإخراج

قد يتسبب ضعف توصيل التوصيل في فقدان الطاقة أو التسخين الموضعي المفرط أو فشل الدائرة بالكامل.

في خط صغير شبه آلي، يمكن إكمال التوصيل يدويًا باستخدام أدوات اللحام وقوالب تحديد الموضع. تستخدم المصانع ذات السعة العالية عادةً آلات التوصيل التلقائي لتحقيق اتساق وإنتاجية أفضل.

9. اختبار EL قبل التصفيح والفحص البصري

قبل التصفيح، يجب أن تجتاز الوحدة المجمعة الفحص البصري واختبار EL.

هذه هي آخر فرصة عملية لإصلاح العديد من عيوب الإنتاج. يتحقق المشغلون أو أنظمة الفحص التلقائي من مشاكل مثل:

• خلايا متشققة

• خيوط غير محاذية

• أشرطة مفقودة

• وصلات توصيل ضعيفة

• مواضع إخراج غير صحيحة

• تلوث داخل الوحدة

• مادة تغليف مجعدة أو منزاحة

• وضع غير صحيح للطبقة الخلفية

يقوم جهاز اختبار EL قبل التصفيح بفحص الحالة الكهربائية لدائرة الخلية الكاملة قبل إغلاقها بشكل دائم.

التصفيح لا رجعة فيه بشكل فعال. إذا تم اكتشاف عيب بعد التصفيح، تكون تكلفة الإصلاح أعلى بكثير، وفي كثير من الحالات يجب التخلص من اللوح بأكمله.

10. آلة تصفيح الألواح الشمسية

تقوم آلة التصفيح بإغلاق الزجاج والمادة المغلفة والخلايا الشمسية والطبقة الخلفية - أو الزجاج الخلفي - في هيكل واحد متين.

داخل آلة التصفيح، يزيل الفراغ الهواء المحبوس من كومة اللوح. ثم يعمل الحرارة والضغط على معالجة EVA أو POE، وربط جميع الطبقات معًا.

تعتمد وصفة التصفيح على:

• نوع المادة المغلفة

• حجم اللوح

• سمك الزجاج

• هيكل زجاج-طبقة خلفية أو زجاج-زجاج

• تقنية الخلايا

• متطلبات مورد المواد

قد تستغرق دورة التصفيح النموذجية حوالي 10 إلى 20 دقيقة، على الرغم من أن الوقت الفعلي يختلف حسب المواد والمعدات.

غالبًا ما تكون آلة التصفيح أبطأ عملية رئيسية في خط الإنتاج. لذلك قد يحتاج المصنع إلى عدة آلات تصفيح تعمل بالتوازي.

هذه نقطة مهمة عند حساب الطاقة الإنتاجية. لن يؤدي تركيب آلات لحام أسرع إلى زيادة إنتاج اللوح النهائي إذا كان قسم التصفيح لا يستطيع معالجة الألواح بنفس المعدل.

تؤثر جودة التصفيح بشكل مباشر على الالتصاق والعزل الكهربائي ومقاومة الرطوبة والعمر المتوقع للوح.

11. معدات التشذيب والفحص بعد التصفيح

بعد التصفيح، تبقى مواد EVA أو POE أو الطبقة الخلفية الزائدة حول حواف اللوح. يجب إزالة هذه المواد قبل التأطير.

في الخط الصغير، قد يقوم المشغلون بتشذيب الحواف يدويًا. يستخدم الخط التلقائي عالي السعة عادةً آلة تشذيب الحواف.

يتم أيضًا فحص اللوح المصفح بحثًا عن:

• فقاعات هواء

• انفصال الطبقات

• فيضان المادة المغلفة

• الخدوش

• تلف الزجاج

• حركة الخلية

• إزاحة الخيط

• تلوث داخل الرقاقة

وحدات التقليب التلقائي تسهل فحص جانبي الوحدة دون الاعتماد على الرفع اليدوي.

12. آلة لصق الإطار وتأطيره

تستخدم معظم الألواح الشمسية التقليدية إطارًا من الألومنيوم لحماية حواف الزجاج وتوفير الدعم الميكانيكي أثناء النقل والتركيب.

قد يشمل قسم التأطير:

• آلة لصق الإطار التلقائي

• نظام تحميل إطار الألومنيوم

• معدات إدخال الزوايا

• آلة تجميع الإطار

• آلة تأطير هوائية أو هيدروليكية

• معدات ثقب الإطار

يتم وضع المادة المانعة للتسرب داخل مقاطع الألومنيوم قبل ضغط أقسام الإطار الأربعة حول الوحدة المصفحة.

يجب أن يكون الإطار النهائي مربعًا وآمنًا ومغلقًا بشكل صحيح. تشمل عيوب التأطير الشائعة الزوايا المرتخية، وعدم كفاية المادة المانعة للتسرب، وزيادتها، والخدوش، وأبعاد الإطار غير الصحيحة.

قد لا تتطلب الوحدات الزجاجية بدون إطار هذه العملية، اعتمادًا على تصميم المنتج.

13. آلات تركيب صندوق التوصيل

يقوم صندوق التوصيل بتجميع الخرج الكهربائي من دائرة الخلية وتوفير الاتصال بين الوحدة والنظام الكهروضوئي الخارجي.

قد تشمل عملية صندوق التوصيل:

• تحديد موضع صندوق التوصيل

• توزيع السيليكون أو المادة اللاصقة

• لحام الشريط الخارجي

• لحام الأطراف التلقائي

• ملء غراء AB

• التغليف

• فحص الكابل والموصل

آلة لحام صندوق التوصيل تقوم بتوصيل شرائط الخرج من اللوحة بأطراف صندوق التوصيل. ثم تقوم آلة التوزيع أو التغليف بتطبيق مادة مانعة للتسرب أو حشو لحماية التوصيلات الكهربائية من الرطوبة والحركة والتآكل.

يجب أن تحصل مادة اللصق والتغليف على وقت معالجة كافٍ قبل الاختبار النهائي والتعبئة.

14. جهاز اختبار EL النهائي

عادةً ما يتم إجراء اختبار EL ثانٍ بعد التصفيح أو التجميع النهائي للوحة.

هذا الاختبار ضروري لأنه قد تظهر شقوق دقيقة جديدة أثناء التصفيح أو القص أو التأطير أو مناولة المواد.

يمكن لصورة EL النهائية أن تكشف عن:

• شقوق دقيقة في الخلايا

• خلايا مكسورة

• أصابع منفصلة

• وصلات لحام ضعيفة

• قضبان توصيل مكسورة

• مناطق غير نشطة كهربائياً

• انقطاعات في السلاسل

يمكن لبرامج تحليل الصور التلقائية المساعدة في تصنيف العيوب، لكن الشركة المصنعة لا تزال بحاجة إلى معايير قبول واضحة. يجب على النظام تحديد العيوب المقبولة والتي تتطلب إعادة العمل والتي تؤدي إلى الرفض.

15. جهاز محاكاة الشمس واختبار I-V

يقوم جهاز محاكاة الشمس، المعروف أيضًا باسم جهاز اختبار الفلاش أو اختبار I-V، بقياس الأداء الكهربائي للوحة الشمسية النهائية تحت إضاءة محكومة.

يسجل جهاز الاختبار المعلمات التالية:

• الطاقة القصوى

• جهد الدائرة المفتوحة

• تيار الدائرة القصيرة

• جهد التشغيل

• تيار التشغيل

• عامل الملء

• كفاءة اللوحة

• منحنى I-V الكامل

يتم استخدام الطاقة المقاسة لتصنيف اللوحة وإنشاء لوحة اسمها أو ملصق الإنتاج.

يجب أن يتمتع جهاز محاكاة الشمس بمطابقة طيفية مناسبة، وتوحيد إضاءة، واستقرار. كما يجب أن تتوافق سرعة اختباره مع الطاقة الإنتاجية لبقية الخط. وإلا، ستبدأ الألواح النهائية في التراكم أمام محطة الاختبار.

16. معدات اختبار السلامة

المخرجات الكهربائية ليست سوى جزء واحد من مراقبة الجودة النهائية. يجب أن تكون اللوحة آمنة كهربائيًا أيضًا.

تشمل معدات اختبار السلامة الشائعة:

• جهاز اختبار Hi-pot

• جهاز اختبار مقاومة العزل

• جهاز اختبار استمرارية الأرضي

• جهاز اختبار تيار التسرب

يطبق اختبار Hi-pot جهدًا عاليًا بين الدائرة الكهربائية الداخلية وإطار الوحدة للتحقق من سلامة العزل.

يقيس اختبار استمرارية الأرضي التوصيل الكهربائي بين إطار الألومنيوم ونقاط التأريض الخاصة به. يتحقق اختبار العزل من أن الوحدة يمكنها العمل بأمان دون مسارات تسرب خطيرة.

These are essential production tests, not optional quality checks.

17. خط وضع العلامات والفرز والتغليف

بعد اجتياز اللوحة للفحص الكهربائي والسلامة وEL والفحص البصري، يقوم المصنع بطباعة ملصق المنتج وتسجيل نتائج الاختبار النهائية.

عادةً ما تحصل كل وحدة على رقم تسلسلي فريد. على الخط الآلي، يمكن ربط هذا الرقم بنظام MES أو نظام التتبع.

يمكن للمصنع بعد ذلك تتبع الوحدة النهائية إلى معلومات مثل:

• دفعة الخلايا الشمسية

• بيانات إنتاج آلة اللحام

• صور EL

• محطة التجميع

• وصفة آلة التصفيح

• محطة التأطير

• نتيجة اختبار I-V

• نتيجة اختبار السلامة

• تاريخ الإنتاج والوردية

يتم فرز الوحدات النهائية حسب فئة الطاقة، وتكديسها بمواد واقية وتعبئتها للنقل.

قد يبدو التغليف عملية بسيطة، لكن التكديس غير الصحيح أو الحماية غير الكافية يمكن أن يتلف الوحدات الجيدة قبل وصولها إلى موقع المشروع.

شبه تلقائي أم تلقائي بالكامل؟

لا يحتاج مصنع الألواح الشمسية دائمًا إلى أتمتة كاملة.

غالبًا ما تكون الخطوط شبه التلقائية مناسبة للمشاريع التجريبية والمصنعين الإقليميين والمصانع ذات الطاقة الإنتاجية المخططة المنخفضة. يمكن للمشغلين التعامل يدويًا مع التوصيل، وإعداد المواد، والتشذيب، وتركيب صندوق التوصيل، والفحص البصري.

تضيف الخطوط التلقائية بالكامل معالجة روبوتية، وناقلات أوتوماتيكية، وأنظمة فحص متكاملة، ومخازن إنتاج، وإمكانية تتبع البيانات. توفر إنتاجية أعلى وتحكمًا أكثر اتساقًا في العملية، ولكنها تتطلب أيضًا قدرة صيانة أقوى وإدارة إنتاج أفضل.

يعتمد المستوى الصحيح من الأتمتة على:

• الطاقة الإنتاجية السنوية المخطط لها

• تصميم الوحدة

• تقنية الخلايا

• الاستثمار المتاح

• ظروف العمالة المحلية

• متطلبات جودة المنتج

• خطط التوسع المستقبلية

لا تختار كل آلة على حدة

الآلة الأكبر ليست دائمًا الأهم، والآلة الأسرع لا تصنع تلقائيًا أسرع خط إنتاج.

يجب موازنة السعة عبر قطع الخلايا، واللحام، والتجميع، والتوصيل، والتصفيح، والتأطير، وتركيب صندوق التوصيل، والاختبار النهائي.

يحتاج المصنع أيضًا إلى أنظمة داعمة مثل:

• ناقلات أوتوماتيكية

• مخازن إنتاج

• ضواغط هواء

• أنظمة تفريغ

• مبردات

• تخزين المواد

• برامج MES وتتبع البيانات

• مساحة الصيانة

• مناطق مراقبة الجودة

يجب تأكيد تصميم الوحدة قبل اختيار المعدات. قد لا يكون الخط المصمم لوحدات PERC التقليدية كاملة الخلايا مناسبًا لخلايا TOPCon نصفية كبيرة الحجم، أو وحدات HJT، أو خلايا BC، أو الألواح الزجاجية الثقيلة دون تغيير عدة آلات.

لذلك يجب أن تبدأ خطة المصنع الواقعية بمواصفات الوحدة المستهدفة والطاقة الإنتاجية السنوية. وتأتي قائمة الآلات النهائية بعد ذلك.

رؤيتنا بسيطة: مصنع الطاقة الشمسية الموثوق ليس مجرد كومة من الآلات المبهرة، بل هو نظام إنتاج متوازن، ويمكن لـ Ooitech توفير خطوط إنتاج ألواح شمسية كاملة من 5 ميجاوات إلى 1.2 جيجاوات شبه أوتوماتيكية وكاملة الأوتوماتيكية، وتصميم تخطيط المصنع، والتركيب، والتدريب، ودعم المواد الخام، وخدمة ما بعد البيع العالمية.