PV-Grundlagen: Solarzellen-Tabber-Stringer-Maschine

PV-Grundlagen: Solarzellen-Tabber-Stringer-Maschine

Im Photovoltaik-Modulherstellungsprozess ist die Solarzellen-Tabber-Stringer-Maschine eine der Kernausrüstungen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen Solarzellen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, einzelne Solarzellen mit Verbindungsbändern zu verlöten und sie in Reihe zu schalten, um einen Zellstring mit einer bestimmten Spannungsausgabe zu bilden.

Ein stabiler Stringprozess beeinflusst direkt die Modulleistung, das Erscheinungsbild, die EL-Leistung und die langfristige Zuverlässigkeit. Für moderne PV-Modulfabriken, insbesondere solche, die MBB, Halbzellen, PERC, TOPCon, HJT oder andere fortschrittliche Module herstellen, sind die Genauigkeit und Konsistenz des Tabber-Stringers sehr wichtig.

Klassifizierung von Solarzellen-Tabber-Stringer-Maschinen

Je nach Automatisierungsgrad und Lötprozess können Tabber-Stringer-Maschinen im Allgemeinen in drei Typen unterteilt werden.

Manueller Tabber-Stringer

Ein manueller Tabber-Stringer erfordert, dass Bediener Solarzellen und Bänder von Hand platzieren. Der Lötprozess wird ebenfalls manuell oder mit sehr einfachen Hilfswerkzeugen durchgeführt.

Hauptmerkmale:

• Niedrigere Investitionskosten für die Ausrüstung

• Geeignet für Kleinserienproduktion, Pilotlinien, Labortests oder Schulungszwecke

• Niedrige Produktionseffizienz

• Niedrigere Positioniergenauigkeit

• Höheres Risiko von Zellbruch und Lötinkonsistenz

Manuelles Stringen wird heute in großen PV-Modulfabriken selten eingesetzt, ist aber noch in F&E-Umgebungen oder sehr kleinen Produktionsstätten zu finden.

Halbautomatischer Tabber-Stringer

Ein halbautomatischer Tabber-Stringer automatisiert einen Teil des Zellzuführungs- oder Bandlötprozesses, während einige Schritte noch manuelle Unterstützung erfordern, wie z. B. Handhabung der Strings, Verschaltung oder Be- und Entladen.

Hauptmerkmale:

• Mittlere Produktionseffizienz

• Geeignet für kleine und mittlere Produktionslinien

• Geringere Investition im Vergleich zu vollautomatischen Anlagen

• Höhere Abhängigkeit vom Können des Bedieners

• Größere Schwankungen in der Lötqualität als bei vollautomatischen Maschinen

Halbautomatische Anlagen können eine Übergangslösung für Hersteller sein, die von manueller Produktion auf automatisierte PV-Modulfertigung umstellen.

Vollautomatischer Tabber-Stringer

Ein vollautomatischer Tabber-Stringer führt den gesamten Prozess automatisch durch, einschließlich Zellzuführung, Zellpositionierung, Bandzuführung, Löten, Stringtransfer und Verbindung mit dem nächsten Produktionsschritt.

Hauptmerkmale:

• Hohe Positioniergenauigkeit, üblicherweise etwa ±0,1 mm, abhängig von der Maschinenkonfiguration

• Hohe Produktionskapazität, oft etwa 6.800 bis 8.000 Zellen pro Stunde bei gängigen Hochgeschwindigkeitsmaschinen

• Stabile Lötqualität

• Geeignet für kontinuierliche Produktionslinien

• Bessere Kompatibilität mit modernen PV-Modultechnologien wie MBB, Halbzellen und hocheffizienten Zellformaten

Für führende Photovoltaik-Modulhersteller sind vollautomatische Tabber-Stringer zur Standardwahl geworden, da sie höhere Kapazität, bessere Prozesskontrolle und geringere Arbeitsabhängigkeit unterstützen.

Arbeitsprinzip und Kernprozess

Das Arbeitsprinzip eines Tabber-Stringers basiert auf präziser Zellpositionierung, stabiler Bandzuführung, kontrollierter Löttemperatur und kontinuierlicher Stringbildung. Obwohl verschiedene Maschinenmarken unterschiedliche mechanische Layouts verwenden können, ist der grundlegende Prozess ähnlich.

Zellzuführung und Transfer

Solarzellen werden zunächst aus der Zellenkassette vereinzelt. In vielen Maschinen wird ein Luftmesser verwendet, um die Zellen schonend zu trennen und die Haftung zwischen dünnen Wafern zu verringern. Anschließend nehmen Saugdüsen, Bänder oder Robotersysteme die Zellen auf und führen sie nacheinander der Lötstation zu.

Dieser Schritt muss sanft und spannungsarm erfolgen, da moderne Solarzellen immer dünner werden und Mikrorisse entstehen können, wenn die Handhabungskraft nicht gut kontrolliert wird.

Visions-Positioniersystem

Das Visions-Positioniersystem verwendet normalerweise industrielle CCD- oder CMOS-Kameras, um die Markierungspunkte oder Referenzmerkmale auf der Solarzelle zu erfassen. Nach der Bildverarbeitung berechnet das System die Zellenposition und den Winkelversatz.

Das Bewegungssteuerungssystem führt dann den mechanischen Arm oder die Positionierplattform, um die Zelle vor dem Löten in die richtige Position zu bringen. Dies ist unerlässlich, um Bandversatz, schlechte Ausrichtung und versteckte Lötfehler zu vermeiden.

Lötprozess für Verbindungsbänder

Der Lötprozess für Verbindungsbänder umfasst in der Regel Vorwärmen und Löten.

Vorwärmen:

Die Lötvorrichtung oder der Lötbereich wird durch eine Heizzone vorgewärmt, z. B. eine Heizplatte oder einen Heizlampenkasten. In vielen Prozessen wird die Temperatur vor der Hauptlötphase auf über 110 °C erhöht. Das Vorwärmen hilft, thermischen Schock zu reduzieren und die Benetzung des Lots zu verbessern.

Löten:

Die Maschine platziert das flussmittelbehandelte Band auf der Busbar oder dem Gitter der Solarzelle. Unter kontrolliertem Druck und Heiztemperatur schmilzt die Lotschicht auf dem Band und bildet eine feste Verbindung mit der Silberelektrode der Solarzelle.

Gutes Löten sollte eine starke Haftung, niedrigen Serienwiderstand, glatte Bandausrichtung und minimale thermische oder mechanische Belastung der Zelle erreichen.

Zellenstrangbildung

Nach dem Löten werden die Zellen nacheinander verbunden, um einen Zellenstrang mit einer voreingestellten Länge zu bilden, z. B. 10 Zellen pro Strang, 12 Zellen pro Strang oder andere Konfigurationen je nach Moduldesign.

Der fertige Zellenstrang wird dann zum nächsten Prozess transportiert, wie Layup, Bussing, Inspektion oder Laminierungsvorbereitung.

Schlüsseltechnologien in Tabber-Stringer-Maschinen

Hochpräzise Positionierung

Hochpräzise Positionierung hängt sowohl vom Bildverarbeitungssystem als auch vom Bewegungssteuerungsalgorithmus ab. CCD- oder CMOS-Kameras erfassen die Position der Zelle, während Steuerungsalgorithmen wie PID-Regelung der Maschine helfen, Bewegungen schnell und genau zu korrigieren.

Für eine qualitativ hochwertige Produktion sollte der Ausrichtungsfehler zwischen Zelle und Band in der Regel innerhalb von 0,2 mm kontrolliert werden. Bei zu großer Abweichung können häufige Probleme wie versetztes Löten, schlechtes Aussehen, erhöhter Serienwiderstand oder sogar versteckte Zuverlässigkeitsrisiken auftreten.

Löttemperaturkontrolle

Die Temperaturkontrolle ist einer der wichtigsten Faktoren beim Stringlöten. Die Löttemperatur muss stabil sein und sollte je nach Prozessrezept in der Regel in einem engen Bereich, z. B. ±5 °C, kontrolliert werden.

Übliche Heizmethoden sind:

• Infrarotheizung: Schneller Temperaturanstieg, geeignet für dünne Bänder, insbesondere Bänder mit einer Dicke von 0,15 mm oder weniger

• Heizplattenheizung: Bessere Temperaturgleichmäßigkeit, geeignet für zuverlässiges Löten und stabile Massenproduktion

Wenn die Temperatur zu niedrig ist, kann das Lot nicht vollständig schmelzen, was zu schwachen Lötstellen oder Kaltlötstellen führt. Wenn die Temperatur zu hoch ist, kann dies die Zelle beschädigen, thermische Spannungen erhöhen oder die langfristige Modulzuverlässigkeit beeinträchtigen.

Schonendes Löten

Moderne Solarzellen sind dünner und empfindlicher als Zellen älterer Generationen. Bei dünnen Zellen mit einer Dicke unter 130 μm müssen mechanischer Druck und thermische Spannungen sorgfältig kontrolliert werden.

Viele Maschinen verwenden Sanftkontakt-Lötsysteme, wie z. B. federbelastete Pressköpfe. Der Druck wird je nach Zelltyp, Bandtyp und Lötmethode üblicherweise in einem Bereich von etwa 5 bis 15 N kontrolliert.

Ziel ist es, ausreichenden Kontakt für zuverlässiges Löten zu erreichen und gleichzeitig Risse, versteckte Brüche, Kantenausbrüche oder übermäßige Zellverbiegung zu vermeiden.

Praktische Anwendungen in der PV-Modulfertigung

Der Tabber Stringer wird in der vorderen elektrischen Verbindungsstufe der PV-Modulproduktion eingesetzt. Seine Leistung beeinflusst mehrere nachgelagerte Prozesse und die endgültige Modulqualität.

Typische Anwendungen umfassen:

• Standardproduktion kristalliner Siliziummodule

• Halbzellen-Modulproduktion

• MBB- und SMBB-Modulproduktion

• PERC-, TOPCon-, HJT- und andere hocheffiziente Zellmodullinien

• Pilotproduktionslinien für neue Modulstrukturen

• Fabrikautomatisierungs-Upgrades von halbautomatischer zu vollautomatischer Produktion

In einer vollständigen PV-Modulproduktionslinie muss der Tabber-Stringer mit Zellschneiden, Layup, Bussing, EL-Test, Lamination, Rahmung, Anschlussdoseninstallation, IV-Test und Endprüfungssystemen zusammenarbeiten. Eine Diskrepanz in der Kapazität oder Prozessstabilität im Stringing-Schritt kann leicht zu einem Engpass für die gesamte Fabrik werden.

Ooitechs Ansicht

Als Ausrüstungslieferant, der mit verschiedenen PV-Modulproduktionslayouts arbeitet, betrachtet Ooitech den Tabber-Stringer als mehr als nur eine Lötmaschine; er ist ein wichtiger Prozesskontrollpunkt, der bestimmt, ob eine Modullinie mit stabiler Ausbeute und vorhersagbarem Output laufen kann. Für Fabriken, die auf MBB-, TOPCon- oder dünnere Zellproduktion umrüsten, sollte nicht nur auf die Nennkapazität geachtet werden, sondern auch auf Bandkontrolle, Zellhandhabungsspannung, Temperaturgleichmäßigkeit und Kompatibilität mit nachgelagerten Layup- und Bussing-Prozessen. Eine gute Stringing-Lösung sollte zusammen mit dem gesamten Modullinien-Design ausgewählt werden, sonst kann ein Hochgeschwindigkeits-Stringer dennoch keine echte Produktionseffizienz liefern.