Der Herstellungsprozess und die Technologie von Photovoltaikmodulen
Inhaltsverzeichnis
Einführung in Photovoltaikmodule
Die Photovoltaik-Industriekette ist in vier Stufen unterteilt: Polysilizium, Wafer, Solarzelle und Modul. Das PV-Modul befindet sich am unteren Ende der Kette, zwischen der Solarzelle und dem kompletten PV-System.
Eine einzelne Solarzelle erzeugt nur eine begrenzte Menge Strom. Zellen müssen in Reihe geschaltet und zu einem Modul verkapselt werden, bevor sie als nutzbare Stromquelle dienen können. Das PV-Modul ist daher die kleinste unteilbare Solarvorrichtung, die eigenständig Gleichstrom liefern kann. Als kleinste effektive Stromeinheit besteht es aus neun Kernkomponenten: Solarzellen, Verbindungsbänder, Busbars, gehärtetes Glas, EVA, Rückseitenfolie, Aluminiumrahmen, Dichtmittel und Anschlussdose.
Unter den vier Stufen der PV-Kette war das Modulsegment das erste, das sich in China entwickelte und reifte.
Die Modulproduktion umfasst hauptsächlich zwei Schlüsselschritte: Zellverschaltung und Lamination. Die Zellverschaltung bestimmt die elektrische Leistung des Moduls. Die Standardzellanzahl für ein PV-Modul beträgt 60 oder 72 Zellen, die durch 10 oder 12 Kupferbänder als Busbars verbunden sind, wobei sechs Gruppen miteinander verschaltet ein Modul bilden.
Ein PV-Modul sollte mindestens 25 Jahre halten, daher muss es Umweltbelastungen standhalten und eine gewisse mechanische Festigkeit bieten. Nach der Zellverschaltung werden die Materialien typischerweise von unten nach oben als gehärtetes Glas, EVA, Zellen und Rückseitenfolie angeordnet und dann durch Lamination versiegelt. Die Rückseitenfolie und das gehärtete Glas kapseln die Zellen und das EVA im Inneren ein, während der Aluminiumrahmen und das Dichtmittel die Kanten schützen und abdichten.
Der gesamte Modulherstellungsprozess kann unterteilt werden in: Löten, Layup, Lamination, EL-Test, Rahmung, Anschlussdoseninstallation, Reinigung, IV-Test, Endkontrolle und Verpackung. Davon haben Löten und Lamination den höchsten technischen Gehalt und Wert.
Ausrüstung in der Modulproduktion
Modulausrüstung entspricht direkt jeder Stufe des Produktionsablaufs. Die Hauptmaschinen umfassen Laserschneidemaschinen, Tabber-Stringer, automatische Layup-Geräte, Laminatoren und automatische Produktionslinien.
Betrachtet man die einzelnen Schritte: Der Lötprozess erfordert Laserschneidemaschinen, Busbar-Schweißmaschinen und Zellverbinder-Stringer; der Layup-Schritt verwendet Schablonen-Piattiermaschinen; der Laminierschritt benötigt einen Laminator; der EL-Testschritt erfordert einen EL-Tester; der Rahmungsschritt erfordert automatische Rahmenplatzier- und Rahmungsmaschinen; der Anschlussdosenschritt erfordert eine Anschlussdosen-Lötmaschine; der Reinigungsschritt erfordert Modulwendeeinheiten; der IV-Testschritt verwendet einen IV-Kennlinientester; die Endkontrolle erfordert eine Wendeprüfeinheit; und die Verpackung erfordert eine Verpackungslinie.
Über einzelne Maschinen hinaus können Ausrüstungslieferanten auch vollautomatische Modulmontagelinien bereitstellen, die alle Stufen abdecken und schlüsselfertige Projekte ermöglichen.
Die Qualität und Kosten von Solarzellenmodulen beeinflussen direkt die Qualität und Kosten des gesamten Systems. Wie sieht also der Modulproduktionsablauf tatsächlich aus?
Modulstruktur
Halbzellen-Modulstruktur
Bei Halbzellenmodulen werden die Zellen halbiert, sodass der Betriebsstrom jeder Zelle halbiert wird. Dies reduziert die elektrischen Verluste auf den Bändern erheblich und verbessert das Zell-zu-Modul-Verhältnis (CTM) des Moduls.
Die Abstände zwischen den Zellen in einem Halbzellenmodul sind größer, was das vom Glas auf die Zellen reflektierte Licht leicht erhöht. Je höher der Zellstrom, desto größer der Nutzen der Halbzellentechnologie.
Modulproduktionsablauf
Der Modulproduktionsprozess durchläuft im Allgemeinen sieben Stufen: Stringing, Layup, Lamination, Rahmung, Anschlussdosenmontage, Aushärtung und Test, bevor er endgültig verpackt und auf den Markt gebracht wird. Im Gegensatz zu Vollzellenmodulen implementieren Halbzellenmodule das Zellschneiden auf Modulebene, was einen zusätzlichen Schneidschritt mit einer Laserschneidemaschine erfordert, wonach die Stringing- und Layup-Prozesse angepasst werden. Auf der Zellseite erfordert die Halbzellentechnologie eine Anpassung des Zelllayouts.
Stringing
Mit Bändern (manuell oder automatisch) werden Vorder- und Rückseite jeder Zelle miteinander verlötet, um einen in Reihe geschalteten Zellstrang zu bilden.
Wichtige Prozesskontrollen: Kaltlöten, Überlöten, Zellrisse und Zugfestigkeit der Lötverbindung.
Das gängige Layout für Halbzellenmodule verwendet ein zweiteiliges Design (wie abgebildet). Die obere und untere Hälfte sind parallel geschaltet und nutzen Bypass-Dioden. Der Ausleitungspunkt verschiebt sich von der Oberseite eines Vollzellenmoduls zur Mitte, was die vertikale Installation erleichtert.
Layup
Nachdem die Zellstränge verbunden und geprüft wurden, werden die Zellstränge, das Glas, das geschnittene EVA und die Rückseitenfolie in einer bestimmten Reihenfolge für die Lamination ausgelegt. Dabei bleiben die relativen Positionen der Zellstränge und Materialien wie Glas fixiert, und der Abstand zwischen den Zellen wird angepasst, um eine gute Grundlage für die Lamination zu schaffen. Die Auslegereihenfolge von unten nach oben ist: Glas, EVA, Zellen, EVA, Glasfaser und Rückseitenfolie.
Lamination
Die ausgelegte Zellanordnung wird in den Laminator gelegt. Die Luft im Modul wird durch Vakuum entfernt, dann wird Wärme zugeführt, um das EVA zu schmelzen und die Zellen, das Glas und die Rückseitenfolie miteinander zu verbinden. Schließlich wird das Modul abgekühlt und entnommen. Die Lamination ist der kritische Schritt in der Modulproduktion, wobei Laminationstemperatur und -zeit von den Eigenschaften des EVA abhängen. Bei Verwendung von normalem EVA beträgt die Laminationszykluszeit etwa 10 bis 15 Minuten bei einer Aushärtungstemperatur von 135 bis 145 Grad Celsius.
Wichtige Prozesskontrollen: Blasen, Kratzer, Dellen, Wölbungen und Zellrisse.
Es ist zu beachten, dass vor der Lamination eine strenge Sichtprüfung und EL-Prüfung erforderlich sind, um die Modulleistung und -sicherheit zu gewährleisten.
Sichtprüfung
EL-Prüfung
Rahmung
Der Rahmen schützt die Kanten und Ecken des Moduls aus gehärtetem Glas und des laminierten Moduls und erleichtert die spätere Installation.
Wichtige Prozesskontrollen: Dellen, Abrieb, Kratzer, fehlende Montagelöcher, Dichtmittelüberlauf auf der Rückseite, Blasen und fehlendes Dichtmittel.
Anschlussdosenmontage
Die Anschlussdose verbindet und schützt das PV-Modul und leitet den vom Modul erzeugten Strom nach außen.
Wichtige Prozesskontrollen: Blasen und Dichtmittelüberlauf.
Aushärtung
Das bei der vorherigen Rahmen- und Anschlussdosenmontage eingespritzte Dichtmittel wird ausgehärtet, um die Abdichtung zu verstärken und das Modul anschließend vor rauen Umwelteinflüssen zu schützen.
Wichtige Prozesskontrollen: Aushärtezeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Testen
Elektrische Leistungsparameter werden gemessen, um die Modulklasse zu bestimmen. Drei Haupttests sind enthalten: Isolationsspannungsfestigkeitsprüfung, die die Sicherheit zwischen Rahmen und internen spannungsführenden Teilen (Zellen, Bänder usw.) unter Hochspannung überprüft; Erdungsdurchgangsprüfung, die den Widerstand zwischen Rahmen und Erde misst, um zu bestätigen, ob die Rahmenerdung in Ordnung ist; und IV-Test, der elektrische Leistungsparameter misst, um die Modulklasse zu bestimmen.
Produktionsablauf eines einzelnen PV-Moduls
Ein Industrieroboter platziert buchgroße einzelne PV-Zellen auf der Produktionslinie.
Die angeordneten PV-Zellen werden verbunden und gelötet, wobei eine Reihe von 12 Zellen gelötet und geschnitten wird. Vor der Mechanisierung erforderte diese Arbeit etwa vier oder fünf Personen, die gleichzeitig arbeiteten.
Die gelöteten PV-Zellen werden einer Qualitätskontrolle unterzogen. Zellen ohne Qualitätsprobleme werden direkt zur nächsten Stufe zur Anordnung und Organisation geschickt.
Die PV-Zellen werden in Gruppen von sechs Reihen zu je 12 Zellen angeordnet.
Erhitzen, Kleben und Folienauftrag werden durchgeführt.
Die erste Schicht ist Glas, die zweite ist EVA, die Mitte sind die PV-Zellen, die vierte ist wieder EVA und die fünfte ist die Rückseitenfolie, die zur Wasser- und Korrosionsbeständigkeit dient.
Eine monokristalline PV-Modulgruppe hat fünf Schichten. Die Lamination verschmilzt diese fünf Schichten zu einer.
Nach der Lamination und vier Stunden Kaltaushärtung wird manuelle Staubentfernung durchgeführt und die Kanten und Ecken werden überprüft.
Das fertige PV-Modul wird einem simulierten Sonnenlicht-Funktionstest unterzogen.
Endkontrolle und Verpackung werden durchgeführt.
Ooitechs Ansicht
Ooitech glaubt: Die Herstellung von Photovoltaikmodulen reduziert sich auf präzises Zellenstringen und zuverlässige Lamination, wobei Halbzellentechnologie und strenge EL-Tests der Schlüssel zu höherer Effizienz und langfristiger Zuverlässigkeit sind.
