Fundamentos de PV: Máquina de Stringer de Células Solares

No processo de fabricação de módulos fotovoltaicos, a máquina de solda de células solares é um dos equipamentos principais para construir conexões elétricas entre células solares. Sua função principal é soldar células solares individuais com fitas de interconexão e conectá-las em série para formar uma string de células com uma tensão de saída projetada.

Um processo de soldagem estável afeta diretamente a potência do módulo, a qualidade estética, o desempenho EL e a confiabilidade de longo prazo. Para fábricas modernas de módulos fotovoltaicos, especialmente aquelas que produzem módulos MBB, meia-célula, PERC, TOPCon, HJT ou outros avançados, a precisão e consistência da soldadora são muito importantes.

Classificação das Máquinas de Solda de Células Solares

De acordo com o nível de automação e o processo de soldagem, as máquinas de solda podem ser geralmente divididas em três tipos.

Soldadora Manual

Uma soldadora manual requer que os operadores coloquem células solares e fitas manualmente. O processo de soldagem também é concluído manualmente ou com ferramentas auxiliares muito simples.

Principais características:

• Menor custo de investimento em equipamentos

• Adequado para produção em pequenos lotes, linhas piloto, testes de laboratório ou fins de treinamento

• Baixa eficiência de produção

• Menor precisão de posicionamento

• Maior risco de quebra de células e inconsistência na soldagem

A estringação manual raramente é usada em fábricas de módulos fotovoltaicos de grande escala hoje em dia, mas ainda pode ser vista em ambientes de P&D ou em instalações de produção muito pequenas.

Stringer de Tabbing Semiautomático

Um stringer de tabbing semiautomático automatiza parte do processo de alimentação de células ou soldagem de fitas, enquanto algumas etapas ainda exigem assistência manual, como manuseio de strings, interconexão ou carga e descarga.

Principais características:

• Eficiência de produção média

• Adequado para linhas de produção de pequeno e médio porte

• Menor investimento em comparação com equipamentos totalmente automáticos

• Maior dependência da habilidade do operador

• Mais variação na qualidade da soldagem do que máquinas totalmente automáticas

Equipamentos semiautomáticos podem ser uma solução de transição para fabricantes que estão atualizando da produção manual para a fabricação automatizada de módulos fotovoltaicos.

Stringer de Tabbing Totalmente Automático

Um stringer de tabbing totalmente automático completa todo o processo automaticamente, incluindo carregamento de células, posicionamento de células, alimentação de fitas, soldagem, transferência de strings e conexão com o próximo processo de produção.

Principais características:

• Alta precisão de posicionamento, comumente em torno de ±0,1 mm dependendo da configuração da máquina

• Alta capacidade de produção, frequentemente atingindo cerca de 6.800 a 8.000 células por hora para máquinas de alta velocidade convencionais

• Qualidade de soldagem estável

• Adequado para linhas de produção contínuas

• Melhor compatibilidade com tecnologias modernas de módulos fotovoltaicos, como MBB, meia-célula e formatos de células de alta eficiência

Para fabricantes de módulos fotovoltaicos convencionais, os stringers de tabbing totalmente automáticos tornaram-se a escolha padrão porque suportam maior capacidade, melhor controle de processo e menor dependência de mão de obra.

Princípio de Funcionamento e Processo Principal

O princípio de funcionamento de um stringer de tabbing é baseado no posicionamento preciso das células, alimentação estável de fitas, temperatura de soldagem controlada e formação contínua de strings. Embora diferentes marcas de máquinas possam usar layouts mecânicos diferentes, o processo básico é semelhante.

Carregamento e Transferência de Células

As células solares são primeiro separadas do cassete de células. Em muitas máquinas, uma faca de ar é usada para separar as células suavemente e reduzir a adesão entre wafers finos. Em seguida, bicos de sucção, correias ou sistemas robóticos de manuseio pegam as células e as enviam para a estação de soldagem em sequência.

Esta etapa deve ser suave e de baixo estresse, porque as células solares modernas estão se tornando mais finas e podem aparecer microfissuras se a força de manuseio não for bem controlada.

Sistema de Posicionamento por Visão

O sistema de posicionamento por visão normalmente usa câmeras CCD ou CMOS industriais para capturar os pontos de marcação ou características de referência na célula solar. Após o processamento de imagem, o sistema calcula a posição da célula e o desvio angular.

O sistema de controle de movimento então guia o braço mecânico ou plataforma de posicionamento para ajustar a célula à posição correta antes da soldagem. Isso é essencial para evitar deslocamento da fita, mau alinhamento e defeitos ocultos de soldagem.

Processo de Soldagem da Fita

O processo de soldagem da fita geralmente inclui pré-aquecimento e soldagem.

Pré-aquecimento:

O dispositivo de soldagem ou área de soldagem é pré-aquecido através de uma zona de aquecimento, como uma placa quente ou caixa de lâmpadas de aquecimento. Em muitos processos, a temperatura é elevada acima de 110°C antes da etapa principal de soldagem. O pré-aquecimento ajuda a reduzir o choque térmico e melhora a molhagem da solda.

Soldagem:

A máquina coloca a fita tratada com fluxo sobre o barramento ou linha de grade da célula solar. Sob pressão controlada e temperatura de aquecimento, a camada de solda na fita derrete e forma uma ligação firme com o eletrodo de prata da célula solar.

Uma boa soldagem deve alcançar forte adesão, baixa resistência em série, alinhamento suave da fita e mínimo estresse térmico ou mecânico na célula.

Formação da String de Células

Após a soldagem, as células são conectadas uma a uma para formar uma string de células com um comprimento predefinido, como 10 células por string, 12 células por string, ou outras configurações dependendo do design do módulo.

A string de células finalizada é então transferida para o próximo processo, como layup, barramento, inspeção ou preparação para laminação.

Tecnologias Chave em Máquinas Tabber Stringer

Posicionamento de Alta Precisão

O posicionamento de alta precisão depende tanto do sistema de visão quanto do algoritmo de controle de movimento. Câmeras CCD ou CMOS capturam a posição da célula, enquanto algoritmos de controle como o PID ajudam a máquina a corrigir o movimento de forma rápida e precisa.

Para produção de alta qualidade, o erro de alinhamento entre a célula e a fita geralmente deve ser controlado dentro de 0,2 mm. Se o desvio for muito grande, problemas comuns podem incluir soldagem desalinhada, aparência ruim, aumento da resistência em série ou até riscos ocultos de confiabilidade.

Controle de Temperatura de Soldagem

O controle de temperatura é um dos fatores mais importantes na soldagem de strings. A temperatura de soldagem deve ser estável e geralmente precisa ser controlada dentro de uma faixa estreita, como ±5°C, dependendo da receita do processo.

Métodos de aquecimento comuns incluem:

• Aquecimento infravermelho: Rápido aumento de temperatura, adequado para fitas finas, especialmente fitas com espessura de 0,15 mm ou menos

• Aquecimento por placa quente: Melhor uniformidade de temperatura, adequado para soldagem de alta confiabilidade e produção estável em massa

Se a temperatura estiver muito baixa, a solda pode não derreter completamente, causando juntas fracas ou soldagem fria. Se a temperatura estiver muito alta, pode danificar a célula, aumentar o estresse térmico ou afetar a confiabilidade do módulo a longo prazo.

Soldagem de Baixo Dano

As células solares modernas são mais finas e frágeis do que as de gerações anteriores. Para células finas com espessura abaixo de 130 μm, a pressão mecânica e o estresse térmico devem ser cuidadosamente controlados.

Muitas máquinas usam sistemas de soldagem de contato suave, como cabeças de pressão com mola. A pressão é comumente controlada em uma faixa de cerca de 5 a 15 N, dependendo do tipo de célula, tipo de fita e método de soldagem.

O objetivo é obter contato suficiente para uma soldagem confiável, evitando trincas, fraturas ocultas, lascas nas bordas ou curvatura excessiva da célula.

Aplicações Práticas na Fabricação de Módulos Fotovoltaicos

O tabber stringer é usado na etapa de interconexão elétrica frontal da produção de módulos fotovoltaicos. Seu desempenho influencia vários processos downstream e a qualidade final do módulo.

Aplicações típicas incluem:

• Produção padrão de módulos de silício cristalino

• Produção de módulos de meia-célula

• Produção de módulos MBB e SMBB

• Linhas de módulos de células de alta eficiência PERC, TOPCon, HJT e outras

• Linhas de produção piloto para novas estruturas de módulos

• Atualizações de automação de fábrica, de produção semiautomática para totalmente automática

Em uma linha de produção completa de módulos fotovoltaicos, a stringer (soldadora de fitas) deve trabalhar em conjunto com os sistemas de corte de células, layup, bussing, teste EL, laminação, emolduramento, instalação da caixa de junção, teste IV e inspeção final. Uma incompatibilidade na capacidade ou estabilidade do processo na etapa de stringing pode facilmente se tornar um gargalo para toda a fábrica.

Visão da Ooitech

Como fornecedor de equipamentos que trabalha com diferentes layouts de produção de módulos fotovoltaicos, a Ooitech vê a stringer como mais do que uma máquina de solda; é um ponto-chave de controle de processo que determina se uma linha de módulos pode operar com rendimento estável e produção previsível. Para fábricas que estão atualizando para produção MBB, TOPCon ou células mais finas, deve-se prestar atenção não apenas à capacidade nominal, mas também ao controle da fita, ao estresse no manuseio das células, à uniformidade de temperatura e à compatibilidade com os processos downstream de layup e bussing. Uma boa solução de stringing deve ser selecionada em conjunto com o projeto completo da linha de módulos; caso contrário, uma stringer de alta velocidade ainda pode não entregar eficiência real de produção.