พื้นฐาน PV: เครื่อง Tabber Stringer เซลล์แสงอาทิตย์

ในกระบวนการผลิตโมดูลโฟโตโวลตาอิก เครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักสำหรับสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์ หน้าที่หลักคือการบัดกรีเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์เข้ากับริบบอนเชื่อมต่อและเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างเป็นชุดเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าตามที่ออกแบบ

กระบวนการเชื่อมต่อที่เสถียรส่งผลโดยตรงต่อกำลังของโมดูล คุณภาพ外观 ประสิทธิภาพ EL และความน่าเชื่อถือในระยะยาว สำหรับโรงงานผลิตโมดูล PV สมัยใหม่ โดยเฉพาะที่ผลิต MBB, half-cell, PERC, TOPCon, HJT หรือโมดูลขั้นสูงอื่นๆ ความแม่นยำและความสม่ำเสมอของเครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงมีความสำคัญมาก

การจำแนกประเภทของเครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงเซลล์แสงอาทิตย์

ตามระดับระบบอัตโนมัติและกระบวนการบัดกรี เครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท

เครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงแบบแมนนวล

เครื่องเชื่อมต่อและเรียงแผงแบบแมนนวลต้องการให้ผู้ปฏิบัติงานวางเซลล์แสงอาทิตย์และริบบอนด้วยมือ กระบวนการบัดกรีก็ทำด้วยมือหรือใช้เครื่องมือช่วยง่ายๆ

คุณสมบัติหลัก:

• ต้นทุนอุปกรณ์ต่ำ

• เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนน้อย สายการผลิตนำร่อง การทดสอบในห้องปฏิบัติการ หรือการฝึกอบรม

• ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ

• ความแม่นยำในการวางตำแหน่งต่ำ

• ความเสี่ยงสูงต่อการแตกของเซลล์และความไม่สม่ำเสมอของการบัดกรี

การร้อยสายแบบแมนนวลไม่ค่อยถูกใช้ในโรงงานผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ในปัจจุบัน แต่ยังคงพบเห็นได้ในสภาพแวดล้อมการวิจัยและพัฒนาหรือการผลิตขนาดเล็กมาก

เครื่องเชื่อมและร้อยสายกึ่งอัตโนมัติ

เครื่องเชื่อมและร้อยสายกึ่งอัตโนมัติจะทำให้กระบวนการป้อนเซลล์หรือการบัดกรีริบบอนเป็นอัตโนมัติบางส่วน ในขณะที่บางขั้นตอนยังคงต้องใช้ความช่วยเหลือด้วยตนเอง เช่น การจัดการสาย การเชื่อมต่อ หรือการโหลดและขนถ่าย

คุณสมบัติหลัก:

• ประสิทธิภาพการผลิตระดับกลาง

• เหมาะสำหรับสายการผลิตขนาดเล็กและขนาดกลาง

• การลงทุนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์อัตโนมัติเต็มรูปแบบ

• การพึ่งพาทักษะของผู้ปฏิบัติงานสูง

• คุณภาพการบัดกรีมีความแปรปรวนมากกว่าเครื่องจักรอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

อุปกรณ์กึ่งอัตโนมัติสามารถเป็นโซลูชันเฉพาะกาลสำหรับผู้ผลิตที่กำลังอัปเกรดจากการผลิตแบบแมนนวลไปสู่การผลิตโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบอัตโนมัติ

เครื่องเชื่อมและร้อยสายอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

เครื่องเชื่อมและร้อยสายอัตโนมัติเต็มรูปแบบจะดำเนินการทั้งกระบวนการโดยอัตโนมัติ รวมถึงการโหลดเซลล์ การจัดตำแหน่งเซลล์ การป้อนริบบอน การบัดกรี การถ่ายโอนสาย และการเชื่อมต่อกับกระบวนการผลิตถัดไป

คุณสมบัติหลัก:

• ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งสูง โดยทั่วไปประมาณ ±0.1 มม. ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของเครื่อง

• กำลังการผลิตสูง มักถึงประมาณ 6,800 ถึง 8,000 เซลล์ต่อชั่วโมงสำหรับเครื่องความเร็วสูงกระแสหลัก

• คุณภาพการบัดกรีที่เสถียร

• เหมาะสำหรับสายการผลิตต่อเนื่อง

• ความเข้ากันได้ดีกว่ากับเทคโนโลยีโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่ เช่น MBB, half-cell และรูปแบบเซลล์ประสิทธิภาพสูง

สำหรับผู้ผลิตโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์กระแสหลัก เครื่องเชื่อมและร้อยสายอัตโนมัติเต็มรูปแบบได้กลายเป็นตัวเลือกมาตรฐาน เนื่องจากรองรับกำลังการผลิตที่สูงขึ้น การควบคุมกระบวนการที่ดีขึ้น และการพึ่งพาแรงงานที่น้อยลง

หลักการทำงานและกระบวนการหลัก

หลักการทำงานของเครื่องเชื่อมและร้อยสายขึ้นอยู่กับการจัดตำแหน่งเซลล์ที่แม่นยำ การป้อนริบบอนที่เสถียร อุณหภูมิการบัดกรีที่ควบคุมได้ และการสร้างสายอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าเครื่องจักรยี่ห้อต่างๆ อาจใช้รูปแบบเชิงกลที่แตกต่างกัน แต่กระบวนการพื้นฐานก็คล้ายคลึงกัน

การโหลดและถ่ายโอนเซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์จะถูกแยกออกจากคาสเซ็ตเซลล์ก่อน ในเครื่องจักรหลายเครื่อง จะใช้มีดลมเพื่อแยกเซลล์อย่างนุ่มนวลและลดการยึดติดระหว่างเวเฟอร์บาง จากนั้นหัวดูด สายพาน หรือระบบจัดการด้วยหุ่นยนต์จะหยิบเซลล์และส่งไปยังสถานีบัดกรีตามลำดับ

ขั้นตอนนี้ต้องราบรื่นและมีความเค้นต่ำ เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่มีความบางลง และอาจเกิดรอยแตกขนาดเล็กได้หากควบคุมแรงในการจัดการไม่ดี

ระบบกำหนดตำแหน่งด้วยภาพ

ระบบกำหนดตำแหน่งด้วยภาพโดยทั่วไปใช้กล้อง CCD หรือ CMOS ระดับอุตสาหกรรมเพื่อจับภาพจุดอ้างอิงหรือคุณลักษณะอ้างอิงบนเซลล์แสงอาทิตย์ หลังจากประมวลผลภาพ ระบบจะคำนวณตำแหน่งและค่าเบี่ยงเบนมุมของเซลล์

จากนั้นระบบควบคุมการเคลื่อนที่จะนำแขนกลหรือแท่นกำหนดตำแหน่งเพื่อปรับเซลล์ให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องก่อนการบัดกรี ซึ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการเยื้องศูนย์ของริบบอน การจัดตำแหน่งที่ไม่ดี และข้อบกพร่องในการบัดกรีที่ซ่อนอยู่

กระบวนการบัดกรีริบบอน

กระบวนการบัดกรีริบบอนโดยทั่วไปรวมถึงการอุ่นและการบัดกรี

การอุ่น:

ฟิกซ์เจอร์บัดกรีหรือพื้นที่บัดกรีจะถูกอุ่นผ่านโซนความร้อน เช่น แผ่นความร้อนหรือกล่องหลอดความร้อน ในหลายกระบวนการ อุณหภูมิจะถูกเพิ่มสูงกว่า 110°C ก่อนขั้นตอนการบัดกรีหลัก การอุ่นช่วยลดความร้อนช็อตและปรับปรุงการเปียกของบัดกรี

การบัดกรี:

เครื่องจักรวางริบบอนที่ผ่านการเคลือบฟลักซ์ลงบนบัสบาร์หรือเส้นกริดของเซลล์แสงอาทิตย์ ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิความร้อนที่ควบคุมได้ ชั้นบัดกรีบนริบบอนจะละลายและสร้างพันธะที่แน่นหนากับอิเล็กโทรดเงินของเซลล์แสงอาทิตย์

การบัดกรีที่ดีควรให้การยึดติดที่แข็งแรง ความต้านทานอนุกรมต่ำ การจัดแนวริบบอนที่เรียบเนียน และความเค้นทางความร้อนหรือทางกลต่อเซลล์น้อยที่สุด

การสร้างสตริงเซลล์

หลังจากบัดกรี เซลล์จะถูกเชื่อมต่อทีละเซลล์เพื่อสร้างสตริงเซลล์ที่มีความยาวที่กำหนดไว้ เช่น 10 เซลล์ต่อสตริง 12 เซลล์ต่อสตริง หรือการกำหนดค่าอื่นๆ ตามการออกแบบโมดูล

สตริงเซลล์ที่เสร็จแล้วจะถูกถ่ายโอนไปยังกระบวนการถัดไป เช่น การวางซ้อน การเชื่อมต่อบัสบาร์ การตรวจสอบ หรือการเตรียมการเคลือบ

เทคโนโลยีสำคัญในเครื่อง Tabber Stringer

การกำหนดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง

การระบุตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงขึ้นอยู่กับทั้งระบบวิทัศน์และอัลกอริทึมควบคุมการเคลื่อนที่ กล้อง CCD หรือ CMOS จะจับตำแหน่งของเซลล์ ในขณะที่อัลกอริทึมควบคุม เช่น PID ช่วยให้เครื่องจักรแก้ไขการเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

สำหรับการผลิตที่มีคุณภาพสูง ค่าความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่งระหว่างเซลล์และริบบอนโดยทั่วไปควรควบคุมให้อยู่ภายใน 0.2 มม. หากค่าเบี่ยงเบนมากเกินไป ปัญหาที่พบบ่อยอาจรวมถึงการบัดกรีที่เยื้องศูนย์ ลักษณะ外观ไม่ดี ความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้น หรือแม้กระทั่งความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่ซ่อนอยู่

การควบคุมอุณหภูมิการเชื่อม

การควบคุมอุณหภูมิเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการบัดกรีแบบสตริง อุณหภูมิการบัดกรีต้องคงที่และโดยทั่วไปต้องควบคุมให้อยู่ในช่วงแคบ เช่น ±5°C ขึ้นอยู่กับสูตรกระบวนการ

วิธีการให้ความร้อนทั่วไปได้แก่:

• การให้ความร้อนด้วยอินฟราเรด: อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเร็ว เหมาะสำหรับริบบอนบาง โดยเฉพาะริบบอนที่มีความหนา 0.15 มม. หรือต่ำกว่า

• การให้ความร้อนด้วยแผ่นร้อน: ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิดีกว่า เหมาะสำหรับการบัดกรีที่มีความน่าเชื่อถือสูงและการผลิตจำนวนมากที่เสถียร

หากอุณหภูมิต่ำเกินไป โลหะบัดกรีอาจละลายไม่เต็มที่ ทำให้เกิดรอยต่อบัดกรีที่อ่อนแอหรือการบัดกรีเย็น หากอุณหภูมิสูงเกินไป อาจทำให้เซลล์เสียหาย เพิ่มความเครียดจากความร้อน หรือส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของโมดูลในระยะยาว

การบัดกรีที่เกิดความเสียหายต่ำ

เซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่บางและเปราะบางกว่าเซลล์รุ่นเก่า สำหรับเซลล์บางที่มีความหนาต่ำกว่า 130 μm ต้องควบคุมแรงกดเชิงกลและความเครียดจากความร้อนอย่างระมัดระวัง

เครื่องจักรจำนวนมากใช้ระบบบัดกรีแบบสัมผัสนุ่ม เช่น หัวกดแบบสปริง โดยทั่วไปแรงกดจะถูกควบคุมในช่วงประมาณ 5 ถึง 15 N ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ ชนิดของริบบอน และวิธีการบัดกรี

เป้าหมายคือเพื่อให้ได้การสัมผัสที่เพียงพอสำหรับการบัดกรีที่เชื่อถือได้ ในขณะที่หลีกเลี่ยงรอยแตก รอยร้าวที่ซ่อนอยู่ การบิ่นที่ขอบ หรือการโค้งงอของเซลล์ที่มากเกินไป

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในการผลิตโมดูล PV

เครื่อง tabber stringer ใช้ในขั้นตอนการเชื่อมต่อไฟฟ้าส่วนหน้าของการผลิตโมดูล PV ประสิทธิภาพของเครื่องมีอิทธิพลต่อกระบวนการปลายน้ำและคุณภาพโมดูลสุดท้าย

การประยุกต์ใช้ทั่วไปได้แก่:

• การผลิตโมดูลซิลิคอนผลึกมาตรฐาน

• การผลิตโมดูลแบบ half-cell

• การผลิตโมดูล MBB และ SMBB

• PERC, TOPCon, HJT และสายการผลิตโมดูลเซลล์ประสิทธิภาพสูงอื่นๆ

• สายการผลิตนำร่องสำหรับโครงสร้างโมดูลใหม่

• การอัปเกรดระบบอัตโนมัติในโรงงานจากการผลิตกึ่งอัตโนมัติเป็นระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

ในสายการผลิตโมดูล PV ที่สมบูรณ์ เครื่องเชื่อมต่อเซลล์ (tabber stringer) ต้องทำงานร่วมกับระบบตัดเซลล์ การวางแผง การเชื่อมต่อบัสบาร์ การทดสอบ EL การเคลือบ การประกอบกรอบ การติดตั้งกล่องรวมสาย การทดสอบ IV และระบบตรวจสอบขั้นสุดท้าย ความไม่สมดุลของกำลังการผลิตหรือความเสถียรของกระบวนการในขั้นตอนการเชื่อมต่อเซลล์อาจกลายเป็นจุดคอขวดของทั้งโรงงานได้ง่าย

มุมมองของ Ooitech

ในฐานะผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกับรูปแบบการผลิตโมดูล PV ที่หลากหลาย Ooitech มองว่าเครื่องเชื่อมต่อเซลล์ (tabber stringer) เป็นมากกว่าเครื่องบัดกรี แต่เป็นจุดควบคุมกระบวนการสำคัญที่กำหนดว่าสายการผลิตโมดูลจะสามารถทำงานด้วยผลผลิตที่เสถียรและกำลังการผลิตที่คาดการณ์ได้หรือไม่ สำหรับโรงงานที่อัปเกรดเป็น MBB, TOPCon หรือการผลิตเซลล์ที่บางลง ควรให้ความสนใจไม่เพียงแต่กำลังการผลิตตามพิกัด แต่ยังรวมถึงการควบคุมริบบอน ความเครียดในการจัดการเซลล์ ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ และความเข้ากันได้กับกระบวนการวางแผงและเชื่อมต่อบัสบาร์ในขั้นตอนถัดไป ควรเลือกโซลูชันการเชื่อมต่อที่ดีร่วมกับการออกแบบสายการผลิตโมดูลทั้งหมด มิฉะนั้นเครื่องเชื่อมต่อความเร็วสูงอาจยังไม่สามารถส่งมอบประสิทธิภาพการผลิตที่แท้จริงได้