Основы изготовления кремниевых солнечных модулей

Данный материал продолжает цикл статей о производстве компонентов для солнечной энергетики, который был начат в статье «Основы технологии производства кремниевых фотоэлектрических преобразователей». 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 расходы. На сегодняшний день цены на солнечные батареи во всем мире постепенно снижаются, что не мало способствует совершенствованию технологических процессов и переход от ручных операций к автоматической работе. Достижение равенства цен на электроэнергию, производимую из возобновляемых источников, и электроэнергию, произведенную 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 батарей: основные технологические этапы

Производство солнечных батарей включает в себя ряд технологических операций:

  • пайка фотоэлектрическних преобразователей в соответствии с данной схемой электрической комутации
  • герметизация соединенных ФЭП в ламинат
  • монтаж рамы и комутационной коробки
  • тестирование

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

Кремниевые солнечные модули

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
  • комутационные коробки
  • защитные диоды
  • алюминиевые профили и другие материалы.

После этого, специальным образом отсортированные ФЭП поступают на операцию сборки с помощью табберов / стрингеров, то есть оборудования, на котором сначала происходит припайка к тыльным и лицевым контактам солнечных элементов, предварительно луженых медных шинок, а затем — последовательное соединение этих фотопреобразователей в цепочки ( strings) необходимой длины.

Кремниевые солнечные модули

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, второго слоя герметизирующего 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.

Кремниевые солнечные модули

После составления 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 ламинирование, а полуфабрикат, вышедший в ее результате — называется ламинатом.

Кремниевые солнечные модули

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

 

Кремниевые солнечные модули

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 сортируются по классам продукции, упаковываются и поступают на склад или отправляются потребителям.

 

Кремниевые солнечные модули

Как и любой технологический процесс, изготовления солнечных батарей имеет достаточно большое количество технологических нюансов и «ноу-хау». Очень важным является то, насколько тщательно на производстве соблюдаются требования технологии, проводится ли входной и промежуточные контроли, которые 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 мелких производителей, но в целом способствует удешевлению солнечных батарей и снижение стоимости «солнечной» электроэнергии.