太陽光発電モジュールの製造プロセスと技術
目次
太陽光発電モジュールの紹介
太陽光発電産業チェーンは、ポリシリコン、ウェーハ、太陽電池、モジュールの4つの段階に分かれています。PVモジュールはチェーンの下流端に位置し、太陽電池と完全なPVシステムの間にあります。
単一の太陽電池は限られた電力量しか生成しません。セルを直列に接続し、モジュールに封入して初めて、使用可能な電源として機能します。したがって、PVモジュールは、単独で直流出力を提供できる最小の不可分な太陽光発電装置です。最小の有効発電ユニットとして、太陽電池、インターコネクトリボン、バスバー、強化ガラス、EVA、バックシート、アルミニウム合金フレーム、シーラント、ジャンクションボックスの9つの主要コンポーネントで構成されています。
PVチェーンの4つの段階の中で、モジュールセグメントは中国で最も早く発展し成熟しました。
モジュール生産は主に、セル相互接続とラミネーションの2つの重要なステップを含みます。セル相互接続はモジュールの電気性能を決定します。PVモジュールの標準セル数は60または72セルで、10本または12本の銅リボンがバスバーとして接続され、6つのグループが相互接続されて1つのモジュールを形成します。
PVモジュールは少なくとも25年間の耐久性が期待されるため、環境ストレスに耐え、ある程度の機械的強度を提供する必要があります。セル相互接続後、材料は通常、下から上へ強化ガラス、EVA、セル、バックシートの順に配置され、ラミネーションによって密封されます。バックシートと強化ガラスはセルとEVAを内部に封入し、アルミニウムフレームとシーラントが端を保護・密封します。
モジュール製造の全体的なワークフローは、はんだ付け、レイアップ、ラミネーション、 EL試験、フレーミング、ジャンクションボックス取り付け、洗浄、IV試験、最終検査、梱包に分解できます。これらの中で、はんだ付けとラミネーションは最も高い技術的内容と価値を持ちます。
モジュール生産で使用される設備
モジュール設備は、生産ワークフローの各段階に直接対応しています。主要な機械には、レーザー切断機、タバーストリンガー、自動レイアップ設備、ラミネーター、自動生産ラインが含まれます。
個々の段階を見ると、はんだ付け段階ではレーザー切断機、バスバー溶接機、セルタバーストリンガーが必要です。レイアップ段階ではテンプレート配置機を使用します。ラミネーション段階ではラミネーターが必要です。EL検査段階ではELテスターが必要です。フレーミング段階では自動フレーム配置機とフレーミング機が必要です。ジャンクションボックス段階ではジャンクションボックスはんだ付け機が必要です。洗浄段階ではモジュール反転ユニットが必要です。IV検査段階では IVカーブテスターを使用します。最終検査では反転検査ユニットが必要で、包装には包装ラインが必要です。
個々の機械に加えて、設備サプライヤーは全段階をカバーする完全自動モジュール組立ラインも提供でき、ターンキープロジェクトを可能にします。
太陽電池モジュールの品質とコストは、システム全体の品質とコストに直接影響します。では、モジュール生産ワークフローは実際にはどのようなものなのでしょうか？
モジュール構造
ハーフセルモジュール構造
ハーフセルモジュールでは、セルが半分に切断されるため、各セルの動作電流が半分になります。これにより、リボン上の電気損失が大幅に減少し、モジュールのセル対モジュール（CTM）比が向上します。
ハーフセルモジュールのセル間のギャップは大きく、ガラスからセルに反射される光がわずかに増加します。セル電流が高いほど、ハーフセル技術から得られる利点は大きくなります。
モジュール生産ワークフロー
モジュール生産プロセスは一般的に、ストリング、レイアップ、ラミネーション、フレーミング、ジャンクションボックス取り付け、硬化、検査の7つの段階を経て、最終的に包装され市場に出荷されます。フルセルモジュールとは異なり、ハーフセルモジュールはモジュール段階でセル切断を実施し、レーザー切断機による切断ステップを追加し、その後ストリングとレイアップのプロセスが調整されます。セル側では、ハーフセル技術はセルレイアウトの調整を必要とします。
ストリング
リボン（手動または自動）を使用して、各セルの前面と背面をはんだ付けして直列接続されたセルストリングを形成します。
主要なプロセス管理：冷間はんだ付け、過剰はんだ付け、セル割れ、はんだ引き強度。
ハーフセルモジュールの主流レイアウトは、2セクション設計を採用しています（図参照）。上半分と下半分は並列に接続され、バイパスダイオードを使用します。リード線の取り出し位置は、フルセルモジュールの上部から中央に変更され、垂直設置に適しています。
レイアップ
セルストリングの接続と検査が完了した後、セルストリング、ガラス、カットEVA、バックシートを特定の順序で配置し、ラミネーションの準備をします。レイアップ中は、セルストリングとガラスなどの材料の相対位置を固定し、セル間の間隔を調整して、ラミネーションのための良好な基盤を提供します。レイアップの順序は下から上に、ガラス、EVA、セル、EVA、ガラス繊維、バックシートです。
ラミネーション
配置されたセルアセンブリをラミネーターに置きます。真空によりモジュール内の空気を除去し、次に熱を加えてEVAを溶融し、セル、ガラス、バックシートを接着します。最後に、モジュールを冷却して取り出します。ラミネーションはモジュール生産における重要な工程であり、ラミネーション温度と時間はEVAの特性によって決まります。通常のEVAを使用する場合、ラミネーションサイクルタイムは約10〜15分で、硬化温度は135〜145℃です。
主要な工程管理：気泡、傷、へこみ、膨らみ、セル割れ。
ラミネーションの前に、厳格な外観検査とELテストが必要であることに注意してください。これにより、モジュールの性能と安全性が確保されます。
外観検査
EL検査は
フレーミング
フレームは、モジュールの強化ガラスとラミネートされたモジュールの端と角を保護し、その後の設置を容易にします。
主要な工程管理：へこみ、摩耗、傷、取り付け穴の欠落、背面のシーラントのはみ出し、気泡、シーラント不足。
ジャンクションボックス設置
ジャンクションボックスは、PVモジュールを接続および保護し、モジュールで生成された電流を外部に導出してユーザーに供給します。
主要な工程管理：気泡とシーラントのはみ出し。
硬化
以前のフレーム取り付けとジャンクションボックス設置の工程で注入されたシーラントを硬化させ、シールを強化し、その後モジュールを過酷な外部環境から保護します。
主要な工程管理：硬化時間、温度、湿度。
テスト
電気的性能パラメータを測定して、モジュールのグレードを決定します。主なテストは3つ含まれます：絶縁耐電圧テスト（高電圧下でフレームと内部の通電部品（セル、リボンなど）間の安全性を確認）、接地連続性テスト（フレームと接地間の抵抗を測定し、フレームの接地が健全かどうかを確認）、およびIVテスト（電気的性能パラメータを測定してモジュールのグレードを決定）です。
単一PVモジュールの生産フロー
産業用ロボットが本サイズの単一PVセルを生産ラインに配置します。
配置されたPVセルは接着・はんだ付けされ、12セルの列がはんだ付けされて切断されます。機械化前は、この作業には約4〜5人が同時に必要でした。
はんだ付けされたPVセルは品質検査を受けます。品質問題のないものは、次の段階の配置と整理に直接送られます。
PVセルは、グループごとに12セル×6列に配置されます。
加熱、接着、フィルム貼付が行われます。
最初の層はガラス、2番目はEVA、中央はPVセル、4番目は再びEVA、5番目はバックシートで、防水・防食に使用されます。
単結晶PVモジュールグループは5層で構成されています。ラミネーションにより、これら5層が1つに融合されます。
ラミネーションと4時間の冷間硬化後、手動でほこり除去が行われ、エッジと角が検査されます。
完成したPVモジュールは、疑似太陽光機能テストを受けます。
最終検査と梱包が行われます。
Ooitechの見解
Ooitechは考えます：太陽光発電モジュールの製造は、精密なセルストリングと信頼性の高いラミネーションに帰着し、ハーフセル技術と厳格なELテストが、高効率と長期的な信頼性の鍵となります。
