Основи виробництва кремнієвих сонячних модулів

Даний матеріал продовжує цикл статей про виробництво компонентів для сонячної енергетики, який було розпочато у статті «Основи технології виробництва кремнієвих фотоелектричних перетворювачів». Сьогодні ми розглянемо типовий технологічний процес виготовлення сонячних батарей на основі кристалічних кремнієвих фотоелектричних перетворювачів (ФЕП).

Сонячні модулі (або як їх ще часто називають — сонячні батареї) є найважливішим компонентом для будівництва сонячних електростанцій. Від технічних параметрів сонячних модулів залежить те, яку кількість електроенергії вдасться отримати з одиниці площі, як довго це триватиме і які доведеться нести витрати. На сьогоднішній день ціни на сонячні батареї у всьому світі поступово знижуються, що не мало сприяє вдосконаленню технологічних процесів і перехід від ручних операцій до автоматичної роботи. Досягнення рівності цін на електроенергію, що виробляється з відновлюваних джерел, і електроенергію, вироблену з традиційних джерел, — головна мета всієї галузі. При вирішенні цього завдання у споживача зникне основний аргумент на користь традиційних джерел електроенергії — їх умовна дешевизна.

Виробництво сонячних батарей: основні технологічні етапи

Виробництво сонячних батарей включає в себе ряд технологічних операцій:

• пайка фотоелектричних перетворювачів у відповідність із заданою схемою електричної комутації
• герметизація з’єднаних ФЕП в ламінат
• монтаж рами і комутаційної коробки
• тестування

Загальна блок-схема типового технологічного процесу виробництва сонячних модулів наведена нижче.

Як і будь-яке виробництво, виготовлення сонячних батарей починається з вхідного контролю та підготовки вихідних матеріалів і комплектуючих. Крім фотоелектричних перетворювачів на виробництві застосовуються:

• скло
• мідні шини
• флюси
• захисні і клейові плівки
• дроти
• контактні роз’єми
• комутаційні коробки
• захисні діоди
• алюмінієві профілі та інші матеріали.

Після цього, спеціальним чином відсортовані ФЕП надходять на операцію збірки за допомогою табберів/стрінгерів, тобто обладнання, на якому спочатку відбувається припаювання до тильних і лицьових контактів сонячних елементів, попередньо луджених мідних шинок, а потім — послідовне з’єднання цих фотоперетворювачів в ланцюжки (strings) необхідної довжини.

Наступна операція здійснюється послідовно — паралельне з’єднання раніше підготовлених ланцюжків ФЕП в матрицю ( наприклад, розміром 6×10 елементів) і формується «сандвіч» , що складається зі скла, попередньо порізаної плівки герметизуючого матеріалу (EVA), фотоелектричних перетворювачів, другого шару герметизуючого матеріалу і тильної захисту модуля (Tedlar). Фактично, на даному етапі формується внутрішня електрична схема сонячного модуля і визначається значення його робочої напруги і робочого струму.

Після складання всіх складових сонячного модуля, отриманий напівфабрикат проходить тестування на відсутність розривів електричного кола і надходить на герметизацію при високій температурі і надмірному тиску. Ця операція носить назву ламінування, а напівфабрикат, що вийшов в її результаті — називається ламінатом.

Підготований на попередніх етапах ламінат, вже здатний генерувати електричну енергію, але все ще не є кінцевим продуктом. Для завершення виробництва необхідно встановити раму по периметру сонячного модуля і змонтувати сполучну комутаційну коробку. Ці операції можуть здійснюватися як вручну, так за допомогою спеціальних роботизованих установок:

Тестування готового сонячного модуля включає визначення електричних параметрів і вимір напруги на пробій. В якості тестерів може використовуватися як компактне обладнання, подібне показаному на малюнку нижче, так і спеціально підготовлені вимірювальні приміщення, в яких встановлюються надточні імітатори сонячного випромінювання з необхідними характеристиками. Після тестування готові сонячні модулі упорядковано за класами продукції, упаковуються і надходять на склад або відправляються споживачам.

Як і будь-який технологічний процес, виготовлення сонячних батарей має досить велику кількість технологічних нюансів і «ноу-хау». Дуже важливим є те, наскільки ретельно на виробництві дотримуються вимоги технології, проводиться вхідний і проміжні контролі, які фотоелектричні перетворювачі, а також інші матеріали та обладнання використовуються і наскільки велика ймовірність втручання «людського фактора». Останнім часом намітилася тенденція на укрупнення заводів з виробництва сонячних батарей. Типова напівавтоматична виробнича лінія має річну потужність близько 30 МВт. А найбільші світові виробники перемістили свої складальні лінії в Азію і нарощують продуктивність до сотень МВт на рік. Їх продукція проходить самий жорсткий контроль якості і сертифікується на відповідність міжнародним стандартам якості. Все це створює дуже несприятливі умови для дрібніших виробників, але в цілому сприяє здешевленню сонячних батарей і зниження вартості «сонячної» електроенергії.