Processo e Tecnologia de Fabricação de Módulos Solares

Resposta rápida: A cadeia produtiva fotovoltaica tem quatro etapas: polissilício, wafer, célula solar e módulo. O módulo fica a jusante, entre a célula acabada e o sistema fotovoltaico instalado. A fabricação de módulos pega células individuais frágeis e as transforma em uma unidade selada, emoldurada e resistente às intempéries: as células são soldadas em strings, as strings são dispostas com encapsulante EVA entre o vidro frontal e o backsheet traseiro, a pilha é laminada sob vácuo e calor, depois emoldurada, com junction box e submetida ao flash test em um testador IV. O corte de meias células e os layouts multi-busbar mudaram cada etapa, aumentando a potência e reduzindo a perda resistiva. Como uma única célula gera apenas alguns watts a aproximadamente 0,6 V, a etapa de montagem é o que produz um módulo utilizável de 400 W a 700 W. O módulo também é onde todos os problemas de qualidade a montante se tornam visíveis como perda de rendimento.

Fabricação de Módulos Fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introdução aos Módulos Fotovoltaicos

A cadeia industrial fotovoltaica divide-se em quatro fases: polissilício, wafer, célula solar e módulo. O módulo fotovoltaico situa-se na extremidade a jusante 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 saída de corrente contínua por si só. Como a menor unidade efetiva de geração de energia, ele consiste em nove componentes principais: células solares, fitas de interconexão, barras coletoras, vidro temperado, EVA, backsheetmoldura de liga de alumínio, selante e caixa de junção.

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

A produção de módulos envolve principalmente dois passos-chave: a interligação das células e a laminação. A interligação das células determina o desempenho elétrico do módulo. O número padrão de células para um módulo fotovoltaico é de 60 ou 72 células, ligadas por 10 ou 12 fitas de cobre que atuam como barras coletoras, com seis grupos interligados para formar um módulo.

Espera-se que um módulo fotovoltaico dure pelo menos 25 anos, pelo que tem de resistir ao stress ambiental e proporcionar um certo grau de resistência mecânica. Após a interligação das células, os materiais são tipicamente dispostos de baixo para cima como vidro temperado, EVA, células e backsheet, e depois selados em conjunto através de laminação. O backsheet e o vidro temperado encapsulam as células e o EVA no interior, enquanto a moldura de alumínio e o vedante protegem e selam as extremidades.

O fluxo de trabalho global de fabrico do módulo pode ser decomposto em: soldadura, montagem, laminação, teste EL, emolduramento, instalação da caixa de junção, limpeza, teste IV, inspeção final e embalagem. Entre estes, a soldadura e a laminação apresentam o maior conteúdo técnico e valor.

Equipamento Utilizado na Produção de Módulos

O equipamento do módulo corresponde diretamente a cada etapa do fluxo de produção. As principais máquinas incluem corte a laser máquinas, tabber stringers, equipamento de montagem automática, laminadores e linhas de produção automáticas.

Analisando as etapas individuais: a etapa de soldagem requer máquinas de corte a laser, máquinas de solda de barras coletoras e tabbers stringers de células; a etapa de montagem usa máquinas de colocação de gabaritos; a etapa de laminação requer um laminador; a etapa de teste EL requer um testador EL; a etapa de enquadramento requer colocação automática de moldura e máquina de enquadramentos; a etapa da caixa de junção requer uma máquina de solda de caixa de junção; a etapa de limpeza requer unidades de giro de módulos; a etapa de teste IV usa um testador de curva IV; a inspeção final requer uma unidade de inspeção com rotação; e a embalagem requer uma linha de embalagem.

Além das máquinas individuais, os fornecedores de equipamento também podem fornecer linhas de montagem de módulos totalmente automatizadas que cobrem todas as fases, 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 produção de módulos?

Estrutura do Módulo

Estrutura do Módulo de Meia Célula

Nos módulos de meia célula, as células são cortadas ao meio para que a corrente de funcionamento de cada célula seja reduzida para metade. Isto reduz significativamente as perdas elétricas nas fitas e melhora o rácio célula-para-módulo (CTM) do módulo.

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

Fluxo de Produção do Módulo

O processo de produção do módulo passa geralmente por sete fases: interligação, montagem, laminação, emolduramento, instalação da caixa de junção, cura e testes, antes da embalagem final e entrega ao mercado. Ao contrário dos módulos de célula inteira, os módulos de meia célula implementam o corte das células na fase do módulo, adicionando um passo de corte com uma máquina de corte a laser, após o qual os processos de interligação e montagem são ajustados. Do lado da célula, a tecnologia de meia célula requer o ajuste do layout da célula.

Interligação

Utilizando fitas (manualmente ou automaticamente), a frente e o verso de cada célula são soldados em conjunto para formar uma cadeia de células ligadas em série.

Controlos de processo principais: soldadura fria, soldadura excessiva, fissuração das células e resistência à tração da soldadura.

O layout predominante para módulos de meia célula adota um design de duas secções (como mostrado). As metades superior e inferior são ligadas em paralelo e utilizam díodos 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 ligadas e passarem na inspeção, as cadeias de células, o vidro, o EVA cortado e o backsheet são dispostos numa ordem específica em preparação para a laminação. Durante a montagem, as posições relativas das cadeias de células e dos materiais como o vidro são mantidas fixas, e o espaçamento entre as células é ajustado para proporcionar 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 no laminador. O ar no interior do módulo é removido por vácuo, depois é aplicado calor para derreter o EVA, ligando as células, o vidro e o backsheet em conjunto. Finalmente, o módulo é arrefecido e removido. A laminação é o passo crítico na produção de módulos, com a temperatura e o tempo de laminação determinados pelas propriedades do EVA. Ao utilizar 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.

Controlos de processo principais: bolhas, riscos, amolgadelas, abaulamento e fissuração das células.

Vale a pena notar que, antes da laminação, são necessárias uma inspeção visual rigorosa e um teste EL para garantir o desempenho e a segurança do módulo.

Inspeção visual

Inspeção EL

Enquadramento

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

Controlos de processo principais: amolgadelas, abrasões, riscos, orifícios de montagem em falta, transbordamento de vedante na parte de trás, bolhas e falta de vedante.

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.

Principais controles de processo: bolhas e transbordamento de selante.

Cura

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

Principais controles de processo: tempo de cura, temperatura e umidade.

Testes

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

Fluxo de Produção de um Módulo Fotovoltaico Individual

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

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

• As células fotovoltaicas soldadas passam por inspeção de qualidade. As que não apresentam 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 módulos fotovoltaicos monocristalinos 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.

• A inspeção final e a embalagem são realizadas.

Visão da Ooitech

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