太陽電池モジュールの紹介

太陽光発電産業チェーンは、ポリシリコン、ウェハー、太陽電池、モジュールの4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、太陽電池と完成したPVシステムの間にあります。

単一の太陽電池が生成する電力は限られています。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なります。したがって、PVモジュールはそれ自体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、9つのコアコンポーネント（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、アルミ合金フレーム、シーラント、ジャンクションボックス）で構成されています。

PVチェーンの4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・成熟しました。

モジュール生産は主に2つの重要なステップ（セル相互接続とラミネーション）を含みます。セル相互接続はモジュールの電気的性能を決定します。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、下から上に強化ガラス、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封止されます。バックシートと強化ガラスはセルとEVAを内部に封入し、アルミフレームとシーラントが端部を保護・封止します。

モジュール製造の全体的なワークフローは、はんだ付け、積層、ラミネーション、EL検査、フレーミング、ジャンクションボックス取り付け、洗浄、IV検査、最終検査、梱包に分けられます。このうち、はんだ付けとラミネーションが最も高い技術的価値を持ちます。

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ます。主な機械には、レーザー切断機、タバーストリンガー、自動積層装置、ラミネーター、自動生産ラインが含まれます。

各段階を見ると、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。積層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す。梱包では梱包ラインが必要です。

個別の機械に加えて、設備サプライヤーはすべての段階をカバーする完全自動モジュール組立ラインを提供し、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、モジュール生産の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低減され、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する光がわずかに増加します。セル電流が高いほど、ハーフセル技術による利点が大きくなります。

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、積層、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、テストの7つの段階を経て、最終的に梱包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工程が追加され、その後ストリングと積層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

リボンを使用して（手動または自動で）、各セルの表面と裏面をはんだ付けし、直列接続されたセルストリングを形成します。

主要な工程管理：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（図示）を採用しています。上半分と下半分は並列接続され、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

セルストリングが接続され検査に合格した後、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。積層時には、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良好な基盤を提供します。積層順序は下から上に：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セットします。真空によりモジュール内部の空気を除去し、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製造の重要な工程であり、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時間は約10～15分、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。

注目すべき点は、ラミネーション前に厳格な外観検査とEL検査が必要であり、モジュールの性能と安全性を確保することです。

外観検査

EL検査

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エッジや角を保護し、後の設置を容易にします。

主要な工程管理：へこみ、摩耗、傷、取付穴の欠落、背面へ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取り付け

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

以前のフレーミングとジャンクションボックス取り付け工程で注入されたシーラントは硬化され、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。主に3つのテストが含まれます：絶縁耐電圧テスト（高電圧下でフレームと内部の活線部品（セル、リボンなど）間の安全性をチェック）、接地連続性テスト（フレームとアース間の抵抗を測定し、フレーム接地が適切か確認）、IVテスト（電気性能パラメータを測定してモジュールグレードを決定）。

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。

• 整列されたPVセルは接着・はんだ付けされ、12セル1列ではんだ付け・切断されます。機械化以前は、この作業に約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に直接送られ、整列・整理されます。

• PVセルは1グループあたり12セル×6列に配置されます。

• 加熱、接着、フィルム貼り付けが行われます。

• 1層目はガラス、2層目はEVA、中央はPVセル、4層目は再びEVA、5層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層構造です。ラミネーションによりこれら5層が一体化されます。

• ラミネーションと4時間の冷間硬化後、手動で除塵し、エッジとコーナーを検査します。

• 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：太陽光モジュール製造は、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信頼性の鍵です。