Основи виробництва кремнієвих сонячних модулів

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 переходу 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.