Célula Solar vs Painel Solar: O que os Nomes das Máquinas Não Dizem

Resposta rápida: A resposta curta: uma célula solar e um painel solar são feitos por duas indústrias diferentes em duas fábricas diferentes. A fabricação de células começa com uma lâmina de silício e usa fornos de difusão, PECVD e impressoras de tela para produzir um dispositivo de cerca de 0,5 V a 0,6 V, e aproximadamente 95% das células comerciais são de silício cristalino. A fabricação de painéis, ou módulos, começa com células acabadas e usa uma tabber stringer, estação de layup, laminadora, máquina de enquadramento e testador para montar de 60 a 144 delas em um módulo selado classificado de 400 W a 700 W. As fábricas de células precisam de fornos acima de 800 °C e condições de sala limpa; uma linha de módulos opera em temperaturas de laminação próximas de 150 °C em um galpão industrial comum. A Ooitech constrói linhas de módulos de 5 MW a 1,2 GW e não fabrica equipamentos de fabricação de células. A confusão de nomenclatura é real até em nosso próprio catálogo, onde máquinas que manuseiam células durante a montagem de módulos carregam nomes de células solares.

Por Jerry, Marketing de Produto na Ooitech

Recebo uma versão dessa pergunta quase toda semana: um comprador pergunta se fabricamos células solares, e o que ele realmente quer construir é uma linha de módulos. Às vezes eles compararam cotações de fábricas de células por um tempo antes que alguém perguntasse o que entra no início do processo deles.

Isso acontece constantemente, e não é culpa do comprador. Nossas próprias máquinas têm nomes como Máquina de Corte a Laser de Células Solares e Tabber Stringer de Células Solares. Elas manuseiam células, e ficam em uma fábrica de painéis.

Duas fábricas, dois negócios diferentes

Uma célula solar é um único dispositivo fotovoltaico — com cerca de 16 a 23 cm de diâmetro, produzindo cerca de 0,5 a 0,6 volts. Um painel solar contém muitas delas ligadas em série para aumentar a tensão, depois em paralelo para aumentar a corrente.

Essa é toda a relação. Os dois produtos são feitos por duas indústrias.

Nós da Ooitech fornecemos linhas de produção de painéis de 5 MW a 1,2 GW. Não fabricamos fornos de difusão, sistemas PECVD ou impressoras de tela. Se você está construindo uma fábrica de células, sou a pessoa errada para perguntar.

Onde termina a fabricação de células

A fabricação de células começa com polissilício e termina com uma caixa de células testadas. Cinco etapas, aproximadamente.

O polissilício é derretido e fundido em lingotes multicristalinos ou puxado para um lingote monocristalino pelo processo Czochralski. Os lingotes são cortados em lâminas, limpos e texturizados para capturar mais luz.

Célula solar monocristalina meio-cortada com busbars, antes da montagem do módulo

Depois, a dopagem. Boro e fósforo são difundidos para criar uma junção p-n, e o caminho condutivo que se forma ao redor da borda da lâmina é removido para evitar curtos-circuitos. Em seguida, aplica-se um revestimento antirreflexo, geralmente nitreto de silício depositado por deposição química de vapor aprimorada por plasma. Finalmente, os contatos metálicos são impressos em tela com pasta de prata ou cobre e queimados.

Quando isso termina, você tem uma célula. Ela é testada, classificada por corrente, embalada e vendida. Esse é o fim de uma indústria.

Cerca de 95% das células fotovoltaicas comerciais são de silício cristalino, e o restante é principalmente filme fino de telureto de cádmio. A fabricação de células é intensiva em capital e dominada por um punhado de grandes players. Cada mudança de geração, de Al-BSF para PERC e de PERC para TOPCon, foi impulsionada pelo mesmo grupo concentrado de fabricantes. Só o PERC adicionou cerca de 12% mais produção de energia em relação à estrutura Al-BSF mais antiga.

Onde começa a fabricação de painéis

Células solares classificadas alimentando uma linha de montagem de módulos em uma esteira transportadora

A montagem de módulos pega a caixa de células e a transforma em um produto. Seis estações, em ordem.

Começa com um laser que corta as células no tamanho para formatos meio-cortados e shingled. Um laser ajustado muito quente danifica a borda da célula, e a microfissura que ele deixa permanece invisível até a eletroluminescência — quando o módulo já está selado. Em seguida, a stringer solda a fita em cada célula e as une em uma string em série. Na nossa AM050FH, a faixa de células vai de 161 mm a 230 mm, a quebra de células fica abaixo de 0,2% e o rendimento de soldagem é superior a 95%. Nenhum dos defeitos pode ser corrigido a jusante. Uma célula trincada que entra na laminadora sai como sucata, não como retrabalho.

Cabeça de soldagem colocando fita de cobre sobre células solares

Máquina automática tabber stringer de células solares em uma fábrica de módulos

O layup é onde a pilha se junta: strings dispostas sobre o vidro, com o encapsulante (EVA) acima e abaixo e o backsheet por cima. Em seguida, a laminadora puxa vácuo, aplica pressão e mantém a pilha perto de 150 °C até o EVA reticular em uma única unidade selada. Essa janela de temperatura é mais estreita do que os folhetos dos equipamentos sugerem, e uma platina com um canto frio deixa encapsulante não curado que irá delaminar anos depois. A própria laminadora é onde está a maior parte desse risco. O enquadramento, a caixa de junção e os testes finais finalizam o módulo, e os dois portões de teste pertencem à linha, e não ao final dela. Uma fábrica que só testa módulos acabados já laminou todos os defeitos de stringing em um produto que não pode retrabalhar.

Inspeção por eletroluminescência de strings de células soldadas

Cada máquina nessa lista vive em uma linha de módulos, incluindo as que têm nomes de células.

O lado das células é detalhado separadamente em nosso guia do processo de fabricação de células solares TOPCon.

Por que a confusão custa dinheiro

Errar isso muda seu plano de capital em uma ordem de magnitude.

Uma fábrica de células precisa de fornos de alta temperatura, deposição a vácuo e um ambiente com classificação de sala limpa. Uma planta de módulos precisa de um galpão industrial, energia moderada e uma equipe técnica que pode ser treinada em meses. Para a mesma produção nominal, o investimento difere em aproximadamente uma ordem de magnitude. Essa diferença aparece no prédio que você aluga, na conexão de energia que você solicita, nas licenças, nas habilidades que você contrata e em quanto tempo você espera antes que o primeiro módulo vendável saia pela porta. Compradores que orçam para o tipo errado ou captam capital demais que não conseguem implantar, ou captam de menos e param no meio da obra com uma estrutura e nenhum equipamento dentro.

Há uma segunda armadilha. Fornecedores cotam MW anuais, e MW anual é em parte um cálculo de potência. Considere uma máquina que processa 24 módulos por hora. Classifique o módulo em 275 W e você obtém aproximadamente 57 MW por ano. Classifique o mesmo módulo em 550 W e a mesma máquina de repente produz 114 MW. Nada na câmara, nas bombas ou no ciclo mudou. Ao comparar cotações, peça módulos vendáveis por hora e converta para MW você mesmo usando o produto que realmente vai fabricar.

A capacidade fotovoltaica instalada global atingiu cerca de 1.185 GW no final de 2022, fornecendo mais de 6% da eletricidade mundial, e o custo da eletricidade solar caiu cerca de 85% desde 2010. Um crescimento assim atrai muitos novos entrantes para a montagem de módulos, e é exatamente por isso que tantos compradores de primeira viagem chegam à questão célula versus painel.

Por que a confusão persiste

O número de 95% faz a fabricação de células parecer uma indústria ampla quando na verdade é uma indústria estreita e concentrada. O fator maior está mais perto de casa. As linhas de módulos compram células, manuseiam células, cortam células e testam células o dia todo, então nomear o equipamento pela coisa que ele toca é natural. Esse hábito deixa de ser útil no momento em que você tenta descobrir o que está sendo vendido a você.

Quatro coisas a perguntar antes de comparar cotações

Pergunte isto antes de comparar quaisquer duas cotações.

Comece pedindo a lista de estações. Uma cotação de linha de módulos lista stringer, layup, laminador, enquadramento e testador — a sequência completa está aqui — enquanto uma cotação de linha de células lista fornos, deposição e impressão. Essa única resposta geralmente resolve a questão.

Se não resolver, pergunte o que entra no início do processo. Wafers significa fabricação de células; caixas de células acabadas significa montagem de módulos. Pergunte como é o prédio — um galpão com classificação de sala limpa com fornecimento pesado de energia aponta para uma fábrica de células, um galpão industrial comum para uma linha de módulos. E pergunte em que a produção é medida: módulos por hora é uma linha de módulos, wafers por hora é uma linha de células.

Um fornecedor que não consegue responder claramente à primeira pergunta já a respondeu.

Perguntas frequentes

Um painel solar é apenas muitas células solares? Eletricamente, sim — 60 a 72 células em série, ou 144 no formato half-cut. Fisicamente é um produto diferente de uma planta diferente. As células chegam acabadas e classificadas; o trabalho da linha de módulos é interconectá-las, encapsulá-las e protegê-las.

Uma empresa pode operar ambas? Alguns grandes fabricantes fazem isso, no mesmo local. São prédios separados com equipamentos separados e geralmente equipes separadas, e a maioria dos fabricantes de módulos compra suas células de produtores especializados de células.

Meu fornecedor cotou uma "máquina de célula solar". Para qual planta ela é? Verifique o processo. Se ela solda fita, corta células para layouts half-cut ou testa módulos acabados, é equipamento de linha de módulos.

Qual é mais lucrativo? Montagem de módulos, pelos números que vejo, mas a vantagem é menor do que a diferença de capital sugere. Uma linha de módulos precisa de menos capital e atinge a produção em meses, então várias plantas competem pelos mesmos pedidos e as margens permanecem apertadas. A fabricação de células precisa de muito mais capital e é dominada por um punhado de proprietários, o que mantém os preços mais estáveis, mas torna a entrada quase impossível sem um grande balanço patrimonial. De qualquer forma, a utilização decide o resultado muito antes da tecnologia.

A eficiência da célula limita o que meu módulo pode alcançar? Sim, e esse teto é fixado antes mesmo de as células chegarem até você. Uma linha de módulos pode preservar a eficiência da célula ou perdê-la, por meio de microfissuras, soldas frias ou EVA que nunca se reticulou completamente. Ela não pode adicionar eficiência que a célula não tinha. Uma linha de módulos protege um teto que ela não criou.

Minha cotação está em MW por ano. Isso é comparável? Somente se ambas as cotações usarem a mesma potência de módulo e as mesmas premissas de tempo de atividade. Converta primeiro para módulos vendáveis por hora, depois aplique a potência do seu próprio produto.

O que fazer a seguir

Na próxima vez que enviar uma consulta, coloque uma linha no topo dela: inclua, por favor, a lista completa de estações com o tempo de ciclo por estação. Fornecedores que a têm enviarão em dois minutos. Fornecedores que não a têm enviarão um número de MW anual em vez disso.