O Processo de Fabricação e Tecnologia dos Módulos Fotovoltaicos

Introdução aos Módulos Fotovoltaicos

A cadeia industrial fotovoltaica é dividida em quatro etapas: polissilício, wafer, célula solar e módulo. O módulo fotovoltaico está na extremidade downstream da cadeia, posicionado entre a célula solar e o sistema fotovoltaico completo.

Uma única célula solar gera apenas uma quantidade limitada de eletricidade. As células devem ser conectadas em série e encapsuladas em um módulo antes de poderem servir como uma fonte de energia utilizável. O módulo fotovoltaico é, portanto, o menor dispositivo solar indivisível capaz de fornecer corrente contínua por conta própria. Como a menor unidade geradora de energia eficaz, consiste em nove componentes principais: células solares, fitas de interconexão, barras coletoras, vidro temperado, EVA, backsheet, moldura de alumínio, selante e caixa de junção.

Entre as quatro etapas da cadeia fotovoltaica, o segmento de módulos foi o primeiro a se desenvolver e amadurecer na China.

A produção de módulos envolve principalmente duas etapas-chave: interconexão de células e laminação. A interconexão de células determina o desempenho elétrico do módulo. O número padrão de células para um módulo fotovoltaico é 60 ou 72 células, conectadas por 10 ou 12 fitas de cobre atuando como barras coletoras, com seis grupos interconectados para formar um módulo.

Espera-se que um módulo fotovoltaico dure pelo menos 25 anos, portanto, deve suportar estresse ambiental e fornecer um certo grau de resistência mecânica. Após a interconexão das células, os materiais são tipicamente dispostos de baixo para cima como vidro temperado, EVA, células e backsheet, e então selados juntos através da laminação. O backsheet e o vidro temperado encapsulam as células e o EVA no interior, enquanto a moldura de alumínio e o selante protegem e selam as bordas.

O fluxo geral de fabricação do módulo pode ser dividido em: soldagem, layup, laminação, teste EL, emolduramento, instalação da caixa de junção, limpeza, teste IV, inspeção final e embalagem. Entre estes, soldagem e laminação possuem o maior conteúdo técnico e valor.

Equipamentos Utilizados na Produção de Módulos

Os equipamentos de módulo correspondem diretamente a cada etapa do fluxo de produção. As principais máquinas incluem máquinas de corte a laser, stringers de tabber, equipamentos automáticos de lay-up, laminadores e linhas de produção automáticas.

Observando as etapas individuais: a etapa de soldagem requer máquinas de corte a laser, máquinas de solda de barramento e stringers de células; a etapa de layup usa máquinas de colocação de template; a etapa de laminação requer uma laminadora; a etapa de teste EL requer um testador EL; a etapa de emolduramento requer máquinas automáticas de colocação e emolduramento; a etapa da caixa de junção requer uma máquina de solda de caixa de junção; a etapa de limpeza requer unidades de virada de módulo; a etapa de teste IV usa um testador de curva IV; a inspeção final requer uma unidade de inspeção de virada; e a embalagem requer uma linha de embalagem.

Além de máquinas individuais, os fornecedores de equipamentos também podem fornecer linhas de montagem de módulos totalmente automatizadas cobrindo todas as etapas, permitindo projetos turnkey.

A qualidade e o custo dos módulos de células solares afetam diretamente a qualidade e o custo de todo o sistema. Então, como é realmente o fluxo de trabalho de produção de módulos?

Estrutura do Módulo

Estrutura do Módulo Meia-Célula

Em módulos meia-célula, as células são cortadas ao meio para que a corrente operacional de cada célula seja reduzida pela metade. Isso reduz significativamente as perdas elétricas nos ribbons e melhora a relação célula-para-módulo (CTM) do módulo.

Os espaços entre as células em um módulo meia-célula são maiores, aumentando ligeiramente a luz refletida do vidro de volta para as células. Quanto maior a corrente da célula, maior o benefício obtido com a tecnologia meia-célula.

Fluxo de Trabalho de Produção de Módulos

O processo de produção de módulos geralmente passa por sete etapas: stringing, lay-up, laminação, emolduramento, instalação da caixa de junção, cura e teste, antes da embalagem final e entrega ao mercado. Ao contrário dos módulos de célula inteira, os módulos meia-célula implementam o corte de células na etapa do módulo, adicionando uma etapa de corte com uma máquina de corte a laser, após a qual os processos de stringing e lay-up são ajustados. No lado da célula, a tecnologia meia-célula requer ajuste no layout das células.

Stringing

Usando fitas (manual ou automaticamente), a frente e o verso de cada célula são soldados juntos para formar uma cadeia de células conectadas em série.

Controles-chave do processo: soldagem a frio, excesso de solda, trinca de células e resistência ao arrancamento da solda.

O layout predominante para módulos de meia célula adota um design de duas seções (conforme mostrado). As metades superior e inferior são conectadas em paralelo e usam diodos de bypass. O ponto de saída muda do topo de um módulo de célula inteira para o meio, tornando-o adequado para instalação vertical.

Layup

Após as cadeias de células serem conectadas e passarem pela inspeção, as cadeias de células, o vidro, o EVA cortado e o backsheet são dispostos em uma ordem específica em preparação para a laminação. Durante a montagem, as posições relativas das cadeias de células e materiais como o vidro são mantidas fixas, e o espaçamento entre as células é ajustado para fornecer uma boa base para a laminação. A ordem de montagem de baixo para cima é: vidro, EVA, células, EVA, fibra de vidro e backsheet.

Laminação

O conjunto de células montado é colocado na laminadora. O ar dentro do módulo é removido por vácuo, em seguida, calor é aplicado para derreter o EVA, unindo as células, o vidro e o backsheet. Finalmente, o módulo é resfriado e removido. A laminação é a etapa crítica na produção do módulo, com temperatura e tempo de laminação determinados pelas propriedades do EVA. Ao usar EVA comum, o tempo de ciclo de laminação é de cerca de 10 a 15 minutos, com uma temperatura de cura de 135 a 145 graus Celsius.

Controles-chave do processo: bolhas, arranhões, amassados, abaulamento e trinca de células.

Vale ressaltar que antes da laminação, são necessárias inspeção rigorosa de aparência e teste EL para garantir o desempenho e a segurança do módulo.

Inspeção de aparência

Inspeção EL

Framing

A moldura protege as bordas e cantos do vidro temperado do módulo e do módulo laminado, facilitando a instalação posterior.

Controles-chave do processo: amassados, abrasões, arranhões, furos de montagem ausentes, excesso de selante na parte traseira, bolhas e falta de selante.

Instalação da caixa de junção

A caixa de junção conecta e protege o módulo fotovoltaico enquanto conduz a corrente gerada pelo módulo para o usuário.

Controles-chave do processo: bolhas e excesso de selante.

Cura

O selante injetado durante as etapas anteriores de emolduramento e instalação da caixa de junção é curado para fortalecer a vedação e proteger o módulo de ambientes externos adversos posteriormente.

Controles chave do processo: tempo de cura, temperatura e umidade.

Testes

Parâmetros de desempenho elétrico são medidos para determinar a classificação do módulo. Três testes principais estão incluídos: teste de tensão suportável de isolamento, que verifica a segurança entre o quadro e as partes internas energizadas (células, fitas, etc.) sob alta tensão; teste de continuidade de aterramento, que mede a resistência entre o quadro e o terra para confirmar se o aterramento do quadro está adequado; e teste IV, que mede parâmetros de desempenho elétrico para determinar a classificação do módulo.

Fluxo de Produção de um Módulo Fotovoltaico Único

• Um robô industrial coloca células fotovoltaicas únicas do tamanho de um livro na linha de produção.

• As células fotovoltaicas organizadas são unidas e soldadas, com uma fileira de 12 células soldadas e cortadas. Antes da mecanização, esse trabalho exigia aproximadamente quatro ou cinco pessoas trabalhando simultaneamente.

• As células fotovoltaicas soldadas passam por inspeção de qualidade. Aquelas sem problemas de qualidade são enviadas diretamente para a próxima etapa para arranjo e organização.

• As células fotovoltaicas são organizadas em seis fileiras de 12 células cada por grupo.

• Aquecimento, colagem e aplicação de filme são realizados.

• A primeira camada é vidro, a segunda é EVA, o meio são as células fotovoltaicas, a quarta é novamente EVA, e a quinta é o backsheet, usado para impermeabilização e resistência à corrosão.

• Um grupo de módulo fotovoltaico monocristalino tem cinco camadas. A laminação funde essas cinco camadas em uma.

• Após a laminação e quatro horas de cura a frio, é realizada a remoção manual de poeira e as bordas e cantos são inspecionados.

• O módulo fotovoltaico acabado passa por um teste funcional de luz solar simulada.

• Inspeção final e embalagem são realizadas.

Visão da Ooitech

A Ooitech acredita: a fabricação de módulos fotovoltaicos se resume ao encadeamento preciso das células e à laminação confiável, com a tecnologia de meia célula e testes EL rigorosos como as chaves para maior eficiência e confiabilidade a longo prazo.