Welche Maschinen werden zur Herstellung von Solarmodulen verwendet?

Betreten Sie eine Solarpanel-Fabrik, und Sie werden keine einzige riesige Maschine sehen, die Rohmaterialien in fertige Panels verwandelt. Was Sie tatsächlich sehen, ist eine verbundene Produktionslinie, bei der jede Maschine einen bestimmten Teil der Arbeit übernimmt: Zellen schneiden, sie zu Strings löten, die Strings anordnen, das Modul laminieren, den Rahmen installieren und schließlich das fertige Panel testen.

Das klingt auf dem Papier recht einfach. In der tatsächlichen Produktion beeinflusst jeder Prozess den nächsten. Ein kleiner Positionierungsfehler beim Layup kann nach der Lamination zu einer Blase oder einem Ausrichtungsfehler werden. Eine schlechte Lötstelle mag für das menschliche Auge in Ordnung erscheinen, aber bei der EL-Inspektion als dunkler Bereich erscheinen.

Deshalb muss eine gute Solarpanel-Produktionslinie als ein ausgewogenes System arbeiten, nicht als eine zufällige Sammlung von Maschinen.

Bevor wir uns die Ausrüstung ansehen, gibt es eine wichtige Unterscheidung.

Dieser Artikel handelt von einer Solarmodul-Produktionslinie—einer Fabrik, die fertige Solarzellen kauft und zu Solarmodulen zusammenbaut. Die Herstellung von Solarzellen aus Siliziumwafern ist ein anderer Prozess, der Nasschemieanlagen, Diffusionsöfen, PECVD- oder ALD-Systeme, Siebdrucker, Sinteröfen und andere spezialisierte Maschinen umfasst.

Welche Maschinen werden also verwendet, um ein fertiges Solarmodul herzustellen?

1. Solarzellen-Tester und Sortiermaschine

Solarzellen aus derselben Produktionscharge sind nicht immer elektrisch identisch. Ihr Strom, ihre Spannung und ihre maximale Leistung können leicht variieren. Wenn Zellen mit deutlich unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften in derselben Zeile verbunden werden, kann die leistungsschwächste Zelle die Leistung der gesamten Zeile begrenzen.

Ein Solarzellen-Tester misst Parameter wie:

• Leerlaufspannung

• Kurzschlussstrom

• Maximale Leistung

• Zellenwirkungsgrad

• I-V-Kennlinieneigenschaften

Das Sortiersystem gruppiert dann Zellen mit ähnlicher Leistung.

Einige Produktionslinien verwenden auch automatische optische Inspektion oder Zell-EL-Inspektion, um Kantenchips, versteckte Risse, Verunreinigungen und elektrisch inaktive Bereiche zu identifizieren, bevor die Zellen in den Stringer-Prozess gelangen.

Es mag wie ein kleiner Schritt erscheinen, aber genaues Sortieren hilft, elektrische Fehlanpassungen zu reduzieren und verbessert die Konsistenz der fertigen Module.

2. Solarzellen-Laserschneidemaschine

Die meisten modernen Solarmodule verwenden halbierte Zellen. Geschindelte und andere spezielle Moduldesigns können noch kleinere Zellabschnitte verwenden. In diesen Fällen müssen vollgroße Solarzellen vor dem Stringen geteilt werden.

Eine Solarzellen-Laserschneidemaschine ritzt und trennt die Zellen mit hoher Präzision. Abhängig vom Moduldesign kann sie Zellen in Hälften, Drittel oder kleinere Stücke schneiden.

Zwei gängige Schneidmethoden werden verwendet:

• Konventionelles Laserrillen gefolgt von mechanischem Brechen

• Zerstörungsfreies Laserschneiden zur Reduzierung von mechanischer und thermischer Belastung

Zerstörungsfreies Schneiden wird immer wichtiger, da Zellen dünner und größer werden. Mikrorisse, die beim Schneiden entstehen, können sich beim Stringen, Laminieren, Transport oder langfristigem Betrieb im Freien ausdehnen.

Wenn eine Fabrik nur Vollzellenmodule produziert, ist eine Laserschneidemaschine möglicherweise nicht erforderlich. Für die Produktion von Halbzellen- und geschindelten Modulen ist sie jedoch ein Kernbestandteil der Linie.

3. Tabber-Stringer-Maschine

Der Tabber-Stringer wird oft als das Herzstück einer Solarpanel-Produktionslinie angesehen.

Seine Hauptaufgabe besteht darin, Photovoltaik-Band auf einzelne Zellen zu löten und die Zellen in Reihe zu Zellstrings zu verbinden. Moderne Maschinen kombinieren normalerweise sowohl Tabben als auch Stringen in einem automatischen Prozess.

Ein Tabber-Stringer übernimmt normalerweise:

• Zellenladen und -vereinzeln

• Zellenpositionierung

• Bandzuführung

• Flussmittelauftrag

• Löten

• String-Ausrichtung

• String-Schneiden und -Entladen

• Sichtprüfung

Die korrekte String-Methode hängt von der Zelltechnologie ab.

PERC- und TOPCon-Zellen können in der Regel mit konventionellen Multi-Busbar-Stringern verarbeitet werden. HJT-Zellen erfordern möglicherweise eine niedrigere Löttemperatur, da sie hitzeempfindlicher sind. BC-, IBC-, ABC- und HPBC-Zellen benötigen spezielle Rückkontakt-Schweißgeräte, da ihre positiven und negativen Kontakte beide auf der Rückseite liegen.

Die Auswahl des Stringers sollte daher auf Zellgröße, Busbar-Design, Bandtyp, Löttemperatur und Modulstruktur basieren – nicht nur auf der angegebenen Zellen-pro-Stunde-Zahl.

4. Inline-String-EL-Prüfung

Die String-EL-Prüfung ist in der Regel eine optionale Funktion, die in den Tabber-Stringer integriert ist, und keine vollständig separate Maschine.

In der Praxis entscheiden sich die meisten Hersteller für diese Option, insbesondere bei der Herstellung von Modulen mit TOPCon-, HJT- oder BC-Zellen. Bei diesen Zelltechnologien sind schwache Lötstellen, versteckte Risse und elektrisch inaktive Bereiche durch normale Sichtprüfung schwer zu erkennen.

Die Inline-EL-Prüfung überprüft den String unmittelbar nach dem Löten. Ein Strom wird an die verbundenen Zellen angelegt, und eine infrarotempfindliche Kamera erfasst das Elektrolumineszenzbild. Risse, unterbrochene Bereiche und schlechte elektrische Verbindungen erscheinen als abnormale dunkle Regionen.

Dadurch können defekte Strings vor dem Layup und der Lamination entfernt werden, wenn eine Reparatur oder ein Austausch noch relativ einfach ist.

Ein Offline-String-EL-Tester kann weiterhin für Stichproben, Nachprüfungen oder Laboranalysen verwendet werden, ist aber normalerweise nicht als separate Produktionsstation erforderlich, wenn der Stringer bereits eine Inline-EL-Prüfung umfasst.

5. Solarglas-Lade- und Prüfgeräte

Solarglas, das an moderne Modulfabriken geliefert wird, wird normalerweise vom Glashersteller gewaschen und vorbereitet. Aus diesem Grund wird in einer standardmäßigen Solarpanel-Produktionslinie im Allgemeinen keine spezielle Glaswaschmaschine benötigt.

Ein automatischer Glaslader legt das vorbereitete Glas auf das Förderband. Bevor EVA oder POE aufgelegt wird, wird das Glas überprüft auf:

• Staub und Oberflächenverunreinigungen

• Kratzer

• Kantenbeschädigungen

• Glassplitter

• Beschichtungsfehler

• Falsche Abmessungen

Das Frontglas bildet die Basis des Modulstapels, daher muss seine Position während der folgenden Materiallege- und Zellbestückungsprozesse stabil bleiben.

6. EVA-, POE- und Rückseitenfolien-Schneide- und Legemaschinen

Vor der Bestückung müssen die Verkapselungs- und Rückseitenmaterialien auf die korrekten Modulabmessungen zugeschnitten werden.

Eine automatische Schneide- und Legemaschine kann Materialien wie folgende vorbereiten:

• EVA-Folie

• POE-Folie

• TPT oder andere Rückseitenfolien

• Isolierstreifen

• Busbar-Isolationsmaterialien

Nach dem Schneiden legt die Maschine das Verkapselungsmaterial automatisch auf das Glas.

Bei Glas-Glas-Modulen wird die Polymer-Rückseitenfolie durch ein zweites Glas ersetzt. Das Linienlayout, der Laminator und die Handhabungsausrüstung müssen daher für das zusätzliche Gewicht und die andere Modulstruktur ausgelegt sein.

Kleine Fabriken schneiden EVA- und Rückseitenmaterialien möglicherweise manuell. Automatisches Schneiden und Legen wird mit zunehmender Produktionskapazität wertvoller, da es die Maßhaltigkeit verbessert und Materialabfall reduziert.

7. Automatische Bestückungsmaschine

Die automatische Bestückungsmaschine nimmt fertige Zellstrings und positioniert sie auf dem Glas und dem Verkapselungsmaterial.

Dies ist ein Präzisionsprozess. Der Stringabstand, die Zellausrichtung und der Abstand zwischen den Zellen und den Glaskanten müssen innerhalb der spezifizierten Toleranzen bleiben.

Eine schlechte Ausrichtung fällt bei einem fertigen Panel leicht auf, aber das Aussehen ist nicht das einzige Problem. Falsche Stringpositionen können auch die Verkapselung, die Randversiegelung und die langfristige Modulzuverlässigkeit beeinträchtigen.

Eine automatische Bestückungsmaschine verwendet normalerweise:

• Industrieroboter oder Portalsysteme

• Vakuumgreifer

• Visionskameras

• Automatische Positionskorrektur

• Stringabstandskontrollen

• Glaspositionserkennung

Einige Produktionslinien verwenden eine separate Layup-Maschine. Andere kombinieren Stringpositionierung, Layup und Bussing in einer integrierten Einheit.

8. Bussing-Maschine

Nachdem die Strings positioniert sind, müssen sie elektrisch mit Busbar-Bändern verbunden werden.

Eine automatische Bussing-Maschine schweißt oder lötet die String-Anschlüsse gemäß dem elektrischen Design des Moduls. Sie kann die Busbar-Bänder auch automatisch biegen, schneiden und positionieren.

Halbzellenmodule erfordern besondere Aufmerksamkeit, da ihre oberen und unteren Zellabschnitte normalerweise parallel geschaltet sind. Der Ausleitungspunkt befindet sich normalerweise in der Mitte des Panels anstatt oben.

Der Bussing-Prozess muss kontrollieren:

• Busbar-Position

• Schweiß- oder Löttemperatur

• Verbindungsfestigkeit

• Bandform

• Stringabstand

• Ausleitungsbandposition

Eine schwache Bussing-Verbindung kann zu Leistungsverlust, übermäßiger lokaler Erwärmung oder vollständigem Stromkreisausfall führen.

In einer kleinen halbautomatischen Linie kann das Bussing manuell mit Lötwerkzeugen und Positionierschablonen durchgeführt werden. Fabriken mit höherer Kapazität verwenden normalerweise automatische Bussing-Maschinen für bessere Konsistenz und Durchsatz.

9. EL-Tester vor der Lamination und Sichtprüfung

Vor der Lamination sollte das montierte Modul eine Sichtprüfung und EL-Test bestehen.

Dies ist die letzte praktische Gelegenheit, viele Produktionsfehler zu reparieren. Bediener oder automatische Inspektionssysteme prüfen auf Probleme wie:

• Gebrochene Zellen

• Falsch ausgerichtete Strings

• Fehlende Bänder

• Schlechte Bussing-Verbindungen

• Falsche Ausleitungspositionen

• Verunreinigungen im Modul

• Faltiges oder verschobenes Verkapselungsmaterial

• Falsche Rückseitenfolienplatzierung

Der Vorlaminierungs-EL-Tester prüft den elektrischen Zustand des gesamten Zellenkreislaufs, bevor dieser dauerhaft versiegelt wird.

Die Laminierung ist praktisch irreversibel. Wird ein Defekt nach der Laminierung festgestellt, sind die Reparaturkosten viel höher, und in vielen Fällen muss das gesamte Modul verschrottet werden.

10. Solarmodul-Laminator

Der Laminator versiegelt Glas, Verkapselungsmaterial, Solarzellen und Rückseitenfolie – oder Rückglas – zu einer dauerhaften Struktur.

Im Laminator entfernt Vakuum eingeschlossene Luft aus dem Modulstapel. Hitze und Druck härten dann das EVA oder POE aus und verbinden alle Schichten miteinander.

Das Laminierungsrezept hängt ab von:

• Verkapselungstyp

• Modulgröße

• Glasdicke

• Glas-Rückseitenfolie- oder Glas-Glas-Struktur

• Zelltechnologie

• Anforderungen des Materiallieferanten

Ein typischer Laminierungszyklus kann etwa 10 bis 20 Minuten dauern, wobei die tatsächliche Zeit je nach Material und Ausrüstung variiert.

Der Laminator ist oft der langsamste Hauptprozess in der Produktionslinie. Eine Fabrik benötigt daher möglicherweise mehrere parallel arbeitende Laminatoren.

Dies ist ein wichtiger Punkt bei der Berechnung der Produktionskapazität. Die Installation schnellerer Stringer erhöht nicht die endgültige Modulleistung, wenn der Laminierungsbereich die Paneele nicht mit der gleichen Rate verarbeiten kann.

Die Laminierungsqualität beeinflusst direkt die Haftung, elektrische Isolierung, Feuchtigkeitsbeständigkeit und die erwartete Lebensdauer des Moduls.

11. Besäum- und Nachlaminierungs-Prüfgeräte

Nach der Laminierung verbleiben überschüssiges EVA, POE oder Rückseitenfolie an den Modulkanten. Dieses Material muss vor der Rahmung entfernt werden.

In einer kleinen Linie können Bediener die Kanten manuell besäumen. Eine leistungsstarke automatische Linie verwendet normalerweise eine Kantenbesäummaschine.

Das laminierte Modul wird auch geprüft auf:

• Luftblasen

• Delamination

• Verkapselungsmittel-Überlauf

• Kratzer

• Glasbeschädigung

• Zellbewegung

• Stringverschiebung

• Verschmutzung im Laminat

Automatic turnover units make it easier to inspect both sides of the module without relying on manual lifting.

12. Rahmenklebe- und Rahmungsmaschine

Die meisten herkömmlichen Solarmodule verwenden einen Aluminiumrahmen, um die Glaskanten zu schützen und mechanische Unterstützung während Transport und Installation zu bieten.

Der Rahmungsbereich kann Folgendes umfassen:

• Automatische Rahmenklebemaschine

• Aluminiumrahmen-Zuführsystem

• Eckstifteinfügevorrichtung

• Rahmenmontagemaschine

• Pneumatische oder hydraulische Rahmungsmaschine

• Rahmenstanzvorrichtung

Vor dem Verpressen der vier Rahmenprofile um das laminierte Modul wird Dichtmittel in die Aluminiumprofile aufgetragen.

Der fertige Rahmen muss rechtwinklig, sicher und ordnungsgemäß abgedichtet sein. Häufige Rahmungsfehler sind lose Ecken, unzureichendes Dichtmittel, überschüssiges Dichtmittel, Kratzer und falsche Rahmenabmessungen.

Rahmenlose Glas-Glas-Module benötigen diesen Prozess je nach Produktdesign möglicherweise nicht.

13. Anschlussdosen-Installationsmaschinen

Die Anschlussdose sammelt die elektrische Leistung des Zellkreises und stellt die Verbindung zwischen dem Modul und dem externen PV-System her.

Der Anschlussdosenprozess kann Folgendes umfassen:

• Positionierung der Anschlussdose

• Silikon- oder Klebstoffauftrag

• Löten der Ausleitungsbänder

• Automatisches Anschlusslöten

• AB-Kleber-Befüllung

• Vergießen

• Kabel- und Steckerprüfung

Eine Anschlussdosen-Lötmaschine verbindet die Ableitungsbänder des Moduls mit den Anschlussdosenklemmen. Eine Dosier- oder Vergussmaschine trägt dann Dichtungs- oder Füllmaterial auf, um die elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit, Bewegung und Korrosion zu schützen.

Das Klebe- und Vergussmaterial muss ausreichend aushärten, bevor die Endprüfung und Verpackung erfolgen.

14. End-EL-Prüfgerät

Ein zweiter EL-Test wird normalerweise nach der Lamination oder der endgültigen Modulmontage durchgeführt.

Dieser Test ist notwendig, da während der Lamination, des Trimmens, der Rahmung oder der Materialhandhabung neue Mikrorisse entstehen können.

Das endgültige EL-Bild kann Folgendes zeigen:

• Zellenmikrorisse

• Gebrochene Zellen

• Unterbrochene Finger

• Schlechte Lötstellen

• Gebrochene Busbars

• Elektrisch inaktive Bereiche

• String-Unterbrechungen

Automatische Bildanalyse-Software kann helfen, Defekte zu klassifizieren, aber der Hersteller benötigt dennoch klare Akzeptanzkriterien. Das System muss definieren, welche Defekte akzeptabel sind, welche Nacharbeit erfordern und welche zur Ablehnung führen.

15. Sonnensimulator und I-V-Prüfgerät

Der Sonnensimulator, auch als Blitzprüfgerät oder I-V-Prüfgerät bekannt, misst die elektrische Leistung des fertigen Solarmoduls unter kontrollierter Beleuchtung.

Das Prüfgerät erfasst Parameter wie:

• Maximale Leistung

• Leerlaufspannung

• Kurzschlussstrom

• Betriebsspannung

• Betriebsstrom

• Füllfaktor

• Modulwirkungsgrad

• Vollständige I-V-Kennlinie

Die gemessene Leistung wird verwendet, um das Panel zu klassifizieren und sein Typenschild oder Produktionsetikett zu erstellen.

Der Sonnensimulator sollte eine geeignete spektrale Übereinstimmung, Lichtgleichmäßigkeit und Stabilität aufweisen. Seine Prüfgeschwindigkeit muss auch der Produktionskapazität der restlichen Linie entsprechen. Andernfalls beginnen sich fertige Panels vor der Prüfstation anzusammeln.

16. Sicherheitsprüfgeräte

Die elektrische Leistung ist nur ein Teil der Endkontrolle. Das Modul muss auch elektrisch sicher sein.

Übliche Sicherheitsprüfgeräte umfassen:

• Hi-Pot-Tester

• Isolationswiderstandstester

• Erdungsdurchgangstester

• Leckstromtester

Der Hi-Pot-Test legt eine hohe Spannung zwischen dem internen Stromkreis und dem Modulrahmen an, um die Isolationsintegrität zu überprüfen.

Der Erdungsdurchgangstest misst die elektrische Verbindung zwischen dem Aluminiumrahmen und seinen Erdungspunkten. Die Isolationsprüfung prüft, ob das Modul sicher ohne gefährliche Leckpfade betrieben werden kann.

Dies sind wesentliche Produktionstests, keine optionalen Qualitätskontrollen.

17. Etikettierungs-, Sortier- und Verpackungslinie

Nachdem das Modul die elektrische, Sicherheits-, EL- und Sichtprüfung bestanden hat, druckt die Fabrik das Produktetikett und zeichnet die endgültigen Testergebnisse auf.

Jedes Modul erhält normalerweise eine eindeutige Seriennummer. Auf einer automatischen Linie kann diese Nummer mit einem MES- oder Rückverfolgbarkeitssystem verbunden werden.

Die Fabrik kann dann ein fertiges Modul zurückverfolgen zu Informationen wie:

• Solarzellen-Charge

• Stringer-Produktionsdaten

• EL-Bilder

• Layup-Station

• Laminator-Rezeptur

• Rahmenstation

• I-V-Testergebnis

• Sicherheitstestergebnis

• Produktionsdatum und Schicht

Die fertigen Module werden nach Leistungsklasse sortiert, mit Schutzmaterialien gestapelt und für den Transport verpackt.

Verpackung mag wie ein einfacher Prozess erscheinen, aber falsches Stapeln oder unzureichender Schutz können gute Module beschädigen, bevor sie die Baustelle erreichen.

Halbautomatisch oder vollautomatisch?

Eine Solarpanel-Fabrik benötigt nicht immer vollständige Automatisierung.

Halbautomatische Linien eignen sich oft für Pilotprojekte, regionale Hersteller und Fabriken mit geringerer geplanter Kapazität. Bediener können das Bussen, die Materialvorbereitung, das Trimmen, die Installation der Anschlussdose und die Sichtprüfung manuell durchführen.

Vollautomatische Linien fügen Roboterhandhabung, automatische Förderbänder, integrierte Inspektionssysteme, Produktionspuffer und Datenrückverfolgbarkeit hinzu. Sie bieten einen höheren Durchsatz und eine konsistentere Prozesskontrolle, erfordern aber auch eine stärkere Wartungsfähigkeit und ein besseres Produktionsmanagement.

Der richtige Automatisierungsgrad hängt ab von:

• Geplante Jahreskapazität

• Moduldesign

• Zelltechnologie

• Verfügbare Investition

• Lokale Arbeitsbedingungen

• Produktqualitätsanforderungen

• Zukünftige Erweiterungspläne

Wählen Sie nicht jede Maschine separat aus

Die größte Maschine ist nicht immer die wichtigste Maschine, und die schnellste Maschine erzeugt nicht automatisch die schnellste Produktionslinie.

Die Kapazität muss über Zellschneiden, Stringen, Layup, Bussen, Laminieren, Rahmen, Anschlussdoseninstallation und Endprüfung hinweg ausbalanciert sein.

Die Fabrik benötigt auch unterstützende Systeme wie:

• Automatische Förderbänder

• Produktionspuffer

• Druckluftkompressoren

• Vakuumsysteme

• Kältemaschinen

• Materiallager

• MES- und Rückverfolgbarkeitssoftware

• Wartungsbereich

• Qualitätskontrollbereiche

Das Moduldesign muss vor der Auswahl der Ausrüstung bestätigt werden. Eine Linie, die für konventionelle PERC-Vollzellenmodule ausgelegt ist, ist möglicherweise nicht für großformatige TOPCon-Halbzellen, HJT-Module, BC-Zellen oder schwere Glas-Glas-Paneele geeignet, ohne mehrere Maschinen zu wechseln.

Ein realistischer Fabrikplan sollte daher mit der Ziel-Modulspezifikation und der jährlichen Produktionskapazität beginnen. Die endgültige Maschinenliste folgt danach.

Unsere Ansicht ist einfach: Eine zuverlässige Solarfabrik ist kein Haufen beeindruckender Maschinen, sondern ein ausgewogenes Produktionssystem. Ooitech kann komplette halbautomatische und vollautomatische Solarmodul-Produktionslinien von 5 MW bis 1,2 GW, Fabriklayout-Design, Installation, Schulung, Rohmaterialunterstützung und globalen Kundendienst bereitstellen.