Технология кремниевых солнечных модулей

Данный материал продолжает цикл статей о производстве компонентов для солнечной энергетики. Сегодня мы рассмотрим типичный технологический процесс изготовления солнечных батарей на основе кристаллических кремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).

Солнечные модули (или как их еще часто называют — солнечные батареи) являются важнейшим компонентом для строительства солнечных электростанций. От технических параметров солнечных модулей зависит то, какое количество электроэнергии удастся получить с единицы площади, как долго это будет продолжаться и какие придется нести затраты. На сегодняшний день цены на солнечные батареи во всем мире постепенно снижаются, что немало способствует совершенствованию технологических процессов и переход от ручных операций к автоматической работе. Достижение равенства цен на электроэнергию, производимую из возобновляемых источников, и электроэнергию, производимую из традиционных источников, — главная цель всей отрасли. При решении этой задачи у потребителя исчезнет основной аргумент в пользу традиционных источников электроэнергии — их условная дешевизна.

Производство солнечных модулей: основные технологические этапы

Производство солнечных батарей включает в себя ряд технологических операций:

• пайка фотоэлектрических преобразователей в соответствие с заданной схемой электрической коммутации
• герметизация соединенных ФЭП в ламинат
• монтаж рамы и комтационной коробки
• тестирование

Общая блок-схема типичного технологического процесса производства солнечных модулей приведена ниже.

Как и любое производство, изготовление солнечных батарей начинается с входного контроля и подготовки исходных материалов и комплектующих. Кроме фотоэлектрических преобразователей на производстве применяются:

• стекло
• медные шины
• флюсы
• защитные и клеевые пленки
• провода
• контактные разъемы
• коммутационные коробки
• защитные диоды
• алюминиевые профили и другие материалы.

После этого, специальным образом отсортированные ФЭП поступают на операцию сборки с помощью табберов/стрингеров, т.е. strings) требуемой длины.

Следующая операция осуществляется последовательно — параллельное соединение ранее подготовленных цепочек ФЭП в матрицу (например, размером 6×10 элементов) и формируется «сэндвич», состоящий из стекла, предварительно порезанной пленки герметизирующего материала (EVA), фотоэлектрических преобразователей. материала и тыльной защиты модуля (Tedlar). Фактически, на данном этапе формируется внутренняя электрическая схема солнечного модуля и определяется значение его рабочего напряжения и рабочего тока.

После сборки всех составляющих солнечного модуля, полученный полуфабрикат проходит тестирование на отсутствие разрывов электрической цепи и поступает на герметизацию при высокой температуре и избыточном давлении. Эта операция носит название ламинирования, а полуфабрикат, вышедший в ее результате — называется ламинатом.

Подготовленный на предыдущих этапах ламинат, уже способный генерировать электрическую энергию, но все еще не являющийся конечным продуктом. Для завершения производства необходимо установить раму по периметру солнечного модуля и смонтировать соединительную коммутационную коробку. Эти операции могут осуществляться как вручную, так и с помощью специальных роботизированных установок:

Тестирование готового солнечного модуля включает определение электрических параметров и измерение напряжения на пробой. В качестве тестеров может использоваться как компактное оборудование, подобное показанному на рисунке ниже, так и специально подготовленные измерительные помещения, в которых устанавливаются сверхточные имитаторы солнечного излучения с необходимыми характеристиками. После тестирования готовые солнечные модули упорядочены по классам продукции, упаковываются и поступают на склад или отправляются потребителям.

Как и любой технологический процесс, изготовление солнечных батарей имеет достаточно большое количество технологических нюансов и «ноу-хау». Очень важно то, насколько тщательно на производстве соблюдаются требования технологии, проводится входной и промежуточные контроли, какие фотоэлектрические преобразователи, а также другие материалы и оборудование используются и насколько велика вероятность вмешательства «человеческого фактора». В последнее время наметилась тенденция на укрупнение заводов по производству солнечных батарей. Типичная полуавтоматическая производственная линия имеет годовую мощность около 30 МВт. А крупнейшие мировые производители переместили свои сборочные линии в Азию и наращивают производительность до сотен МВт в год. Их продукция проходит самый жесткий контроль качества и сертифицируется на соответствие международным стандартам качества. Все это создает очень неблагоприятные условия для более мелких производителей, но в целом способствует удешевлению солнечных батарей и снижению стоимости «солнечной» электроэнергии.