ソーラーパネルを作るのに使用される機械は何ですか？
ソーラーパネルを作るのに使用される機械は何ですか？
ソーラーパネル工場に入ると、原材料を完成パネルに変える1台の巨大な機械は見当たりません。実際に見えるのは、接続された生産ラインであり、各機械がセルの切断、ストリングへの半田付け、ストリングの配置、モジュールのラミネート、フレームの取り付け、最終的な完成パネルのテストといった特定の作業を担当しています。
紙の上ではかなり単純に聞こえます。実際の生産では、すべての工程が次の工程に影響を与えます。レイアップ中の小さな位置決め誤差が、ラミネーション後に気泡や位置ずれの欠陥になる可能性があります。はんだ接合部の不良は、人間の目には問題なく見えても、EL検査では暗い領域として現れることがあります。
これが、優れたソーラーパネル生産ラインは、機械のランダムな集まりではなく、1つのバランスの取れたシステムとして動作しなければならない理由です。
装置を見る前に、1つの重要な区別があります。
この記事は、 太陽電池モジュール生産ラインについてです。これは、完成した太陽電池を購入し、それらをソーラーパネルに組み立てる工場です。シリコンウェハーから太陽電池を製造することは、ウェットケミカル装置、拡散炉、PECVDまたはALDシステム、スクリーンプリンター、焼成炉、その他の専門機械を伴う異なるプロセスです。
では、完成したソーラーパネルを製造するためにどのような機械が使用されるのでしょうか？
1. 太陽電池テスターと選別機
同じ生産バッチの太陽電池でも、電気的特性が常に同一とは限りません。電流、電圧、最大出力がわずかに異なる場合があります。電気的特性が大きく異なるセルが同じストリングに接続されると、最も性能の低いセルがストリング全体の出力を制限する可能性があります。
太陽電池テスターは以下のパラメータを測定します：
開放電圧
短絡電流
最大出力
セル効率
I-V曲線特性
選別システムは、性能が類似したセルをグループ化します。
一部の生産ラインでは、セルがストリング工程に入る前に、自動光学検査やセルレベルのEL検査を使用して、エッジチップ、隠れクラック、汚染、電気的に不活性な領域を特定します。
小さなステップに見えるかもしれませんが、正確な選別は電気的ミスマッチを減らし、完成モジュールの均一性を向上させるのに役立ちます。
2. 太陽電池レーザー切断機
最新の太陽光モジュールのほとんどはハーフカットセルを使用しています。シングルやその他の特殊なモジュール設計では、さらに小さなセル部分を使用する場合があります。これらの場合、ストリング工程の前にフルサイズの太陽電池を分割する必要があります。
太陽電池レーザー切断機は、高精度でセルにスクライブを入れ、分離します。モジュール設計に応じて、セルを半分、3分の1、またはより小さな断片に切断することがあります。
一般的に使用される2つの切断方法があります：
従来のレーザースクライブとその後の機械的破断
機械的および熱的応力を低減するように設計された非破壊レーザー切断
セルが薄く、大きくなるにつれて、非破壊切断の重要性が高まっています。切断中に生じたマイクロクラックは、ストリング工程、ラミネーション、輸送、または長期の屋外運用中に拡大する可能性があります。
工場がフルセルモジュールのみを生産する場合、レーザー切断機は不要かもしれません。しかし、ハーフカットやシングルモジュールの生産には、ラインの中核部品となります。
3. タバーストリンガー機
タバーストリンガーは、しばしば太陽光パネル生産ラインの心臓部と見なされます。
その主な役割は、個々のセルに太陽光リボンをはんだ付けし、セルを直列に接続してセルストリングを形成することです。最新の機械は通常、タビングとストリングの両方を1つの自動プロセスで組み合わせています。
タバーストリンガーは通常、以下を処理します：
セルのローディングと分離
セルの位置決め
リボンの供給
フラックスの塗布
はんだ付け方式
ストリングの位置合わせ
ストリングの切断と排出
外観検査
正しいストリング方法はセル技術に依存します。
PERCおよびTOPConセルは、一般的に従来のマルチバスバーストリンガーで処理できます。HJTセルは熱に敏感なため、低温はんだ付けが必要な場合があります。BC、IBC、ABC、HPBCセルは、正極と負極の接点が両方とも裏面にあるため、専用の裏面接続溶接装置が必要です。
したがって、ストリンガーの選択は、宣伝されている1時間あたりのセル数だけでなく、セルサイズ、バスバー設計、リボンタイプ、はんだ付け温度、モジュール構造に基づいて行う必要があります。
4. インラインストリングEL検査
ストリングEL検査は通常、タバーストリンガーに統合されたオプション機能であり、完全に独立した機械ではありません。
実際には、特にTOPCon、HJT、BCセルを使用したモジュールを生産する場合、ほとんどのメーカーがこのオプションを選択します。これらのセル技術では、弱いはんだ接合部、隠れたクラック、電気的に不活性な領域を通常の外観検査で特定することが困難です。
インラインEL検査は、はんだ付け直後にストリングをチェックします。接続されたセルに電流を流し、赤外線感応カメラでエレクトロルミネセンス画像を撮影します。クラック、断線領域、不良な電気接続は異常な暗い領域として現れます。
これにより、修理や交換が比較的容易なレイアップやラミネーションの前に、不良ストリングを取り除くことができます。
オフラインのストリングELテスターは、サンプリング、再検査、または実験室分析に使用されることがありますが、ストリンガーにインラインEL検査が含まれている場合、通常は別の生産ステーションとして必要ありません。
5. ソーラーガラスの積載および検査装置
最新のモジュール工場に供給されるソーラーガラスは、通常、ガラスメーカーによって洗浄・準備されています。そのため、標準的なソーラーパネル生産ラインでは、専用のガラス洗浄機は一般的に必要ありません。
自動ガラスローダーが準備されたガラスをコンベヤに載せます。EVAまたはPOEが敷かれる前に、ガラスは以下の項目についてチェックされます：
ほこりや表面の汚染
傷
エッジの損傷
ガラスチップ
コーティング欠陥
寸法不良
前面ガラスはモジュールスタックのベースとなるため、その後の材料敷設やセルレイアップ工程で位置が安定している必要があります。
6. EVA、POE、バックシートの切断・敷設機
レイアップ前に、封止材と裏面層材料を正しいモジュール寸法に切断する必要があります。
自動切断・敷設機は以下のような材料を準備できます：
EVAフィルム
POEフィルム
TPTまたはその他のバックシート
絶縁ストリップ
バスバー絶縁材料
切断後、機械は自動的に封止材をガラス上に敷設します。
ガラス-ガラスモジュールの場合、ポリマーバックシートは2枚目のガラスに置き換えられます。そのため、ライン構成、ラミネーター、およびハンドリング装置は、追加の重量と異なるモジュール構造に対応するように設計する必要があります。
小規模工場では、EVAやバックシート材料を手動で切断する場合があります。生産能力が増加するにつれて、自動切断・敷設は寸法の一貫性を向上させ、材料廃棄物を削減するため、より価値が高まります。
7. 自動レイアップ機
自動レイアップ機は、完成したセルストリングを受け取り、ガラスと封止材の上に配置します。
これは精密なプロセスです。ストリング間隔、セルアライメント、セルとガラス端の距離は、指定された公差内に収まる必要があります。
位置ずれは完成したパネルで容易に確認できますが、外観だけが問題ではありません。不正確なストリング位置は、封止、エッジシール、および長期的なモジュール信頼性にも影響を与える可能性があります。
自動レイアップ機は通常、以下を使用します：
産業用ロボットまたはガントリーシステム
真空グリッパー
ビジョンカメラ
自動位置補正
ストリング間隔制御
ガラス位置検出
一部の生産ラインでは、別のレイアップ機を使用します。他のラインでは、ストリングの位置決め、レイアップ、バス接続を1つの統合ユニットで行います。
8. バス接続機
ストリングの位置決め後、バスバーリボンで電気的に接続する必要があります。
自動バス接続機は、モジュールの電気設計に従ってストリング端子を溶接またははんだ付けします。また、バスバーリボンを自動的に曲げ、切断し、位置決めすることもあります。
ハーフセルモジュールは、上部と下部のセル部分が一般に並列接続されるため、特に注意が必要です。リードアウトポイントは通常、パネルの上部ではなく中央付近にあります。
バス接続プロセスでは以下を制御する必要があります：
バスバー位置
溶接またははんだ付け温度
接合強度
リボン形状
ストリング間隔
リードアウトリボン位置
バス接続が弱いと、電力損失、局所的な過熱、または回路全体の故障を引き起こす可能性があります。
小規模な半自動ラインでは、はんだ付けツールと位置決めテンプレートを使用して手動でバス接続を完了できます。高容量の工場では、通常、一貫性とスループットを向上させるために自動バス接続機を使用します。
9. ラミネーション前ELテスターと目視検査
ラミネーション前に、組み立てられたモジュールは目視検査とELテストに合格する必要があります。
これは多くの生産欠陥を修復する最後の実用的な機会です。オペレーターまたは自動検査システムが以下のような問題をチェックします：
割れたセル
位置ずれしたストリング
欠落したリボン
不良なバス接続
不適切なリードアウト位置
モジュール内部の汚染
しわやずれた封止材
不適切なバックシート配置
プレラミネーションELテスターは、セル回路が永久に封止される前に、その電気的状態をチェックします。
ラミネーションは事実上不可逆的です。ラミネーション後に欠陥が見つかった場合、修理コストははるかに高く、多くの場合、モジュール全体を廃棄しなければなりません。
10. ソーラーパネルラミネーター
ラミネーターは、ガラス、封止材、太陽電池、バックシート（または背面ガラス）を1つの耐久性のある構造に封止します。
ラミネーター内部では、真空によりモジュールスタックから空気が除去されます。その後、熱と圧力によってEVAまたはPOEが硬化し、すべての層が結合されます。
ラミネーションレシピは以下に依存します：
封止材の種類
モジュールサイズ
ガラスの厚さ
ガラス-バックシートまたはガラス-ガラス構造
セル技術
材料サプライヤーの要件
典型的なラミネーションサイクルは約10～20分かかることがありますが、実際の時間は材料と設備によって異なります。
ラミネーターは、生産ラインの中で最も遅い主要プロセスであることがよくあります。そのため、工場では複数のラミネーターを並行して稼働させる必要がある場合があります。
これは生産能力を計算する際の重要なポイントです。ラミネーションセクションが同じ速度でパネルを処理できない場合、より高速なストリンガーを設置しても最終的なモジュール出力は増加しません。
ラミネーションの品質は、接着性、電気絶縁性、耐湿性、およびモジュールの期待寿命に直接影響します。
11. トリミングおよびラミネーション後検査装置
ラミネーション後、モジュールの端に余分なEVA、POE、またはバックシートが残ります。この材料はフレーミング前に除去する必要があります。
小規模ラインでは、作業員が手動で端をトリミングする場合があります。高容量の自動ラインでは、通常、エッジトリミング機が使用されます。
ラミネートされたモジュールは、以下の項目についても検査されます：
気泡
剥離
封止材のはみ出し
傷
ガラスの損傷
セル移動
ストリング変位
ラミネート内部の汚染
自動反転ユニットにより、手動での持ち上げに頼らずにモジュールの両面を検査しやすくなります。
12. フレーム接着・組立機
ほとんどの従来型ソーラーパネルはアルミフレームを使用してガラス端部を保護し、輸送や設置時の機械的サポートを提供します。
フレーム工程には以下が含まれる場合があります：
自動フレーム接着機
アルミフレーム供給システム
コーナーキー挿入装置
フレーム組立機
空圧式または油圧式フレーム組立機
フレーム穴あけ装置
ラミネートモジュールの周囲に4つのフレーム部品を圧着する前に、アルミプロファイルの内側にシーラントが塗布されます。
完成したフレームは、直角でしっかりと密閉されている必要があります。一般的なフレーム欠陥には、コーナーの緩み、シーラント不足、シーラント過多、傷、フレーム寸法の誤りなどがあります。
フレームレスのガラス-ガラスモジュールは、製品設計によってはこの工程を必要としない場合があります。
13. ジャンクションボックス取付機
ジャンクションボックスは、セル回路からの電気出力を集め、モジュールと外部PVシステム間の接続を提供します。
ジャンクションボックス工程には以下が含まれる場合があります：
ジャンクションボックス位置決め
シリコーンまたは接着剤の塗布
リード線リボンはんだ付け
自動端子溶接
AB接着剤充填
ポッティング
ケーブルおよびコネクタ検査
ジャンクションボックスはんだ付け機は、モジュールのリードリボンをジャンクションボックスの端子に接続します。ディスペンシングまたはポッティングマシンは、電気接続を湿気、動き、腐食から保護するためにシーラントまたは充填材を塗布します。
接着剤とポッティング材は、最終テストとパッケージングの前に十分な硬化時間が必要です。
14. 最終ELテスター
2回目のELテストは通常、ラミネーションまたは最終モジュール組み立て後に行われます。
このテストは、ラミネーション、トリミング、フレーミング、または材料取り扱い中に新しいマイクロクラックが発生する可能性があるため必要です。
最終EL画像は以下を明らかにできます：
セルのマイクロクラック
破損セル
断線フィンガー
はんだ不良
破損バスバー
電気的に不活性な領域
ストリングの断線
自動画像解析ソフトウェアは欠陥の分類に役立ちますが、メーカーは明確な合格基準を設定する必要があります。システムは、どの欠陥が許容可能か、どの欠陥が修正を必要とするか、どの欠陥が不合格となるかを定義しなければなりません。
15. ソーラーシミュレーターとI-Vテスター
ソーラーシミュレーター（フラッシュテスターまたはI-Vテスターとも呼ばれる）は、制御された照明下で完成したソーラーパネルの電気的性能を測定します。
テスターは以下のパラメータを記録します：
最大出力
開放電圧
短絡電流
動作電圧
動作電流
フィルファクター
モジュール効率
完全なI-V曲線
測定された電力はパネルのグレーディングと、その銘板または生産ラベルの生成に使用されます。
ソーラーシミュレーターは適切なスペクトルマッチ、光の均一性、安定性を備える必要があります。また、そのテスト速度はラインの他の部分の生産能力と一致しなければなりません。そうしないと、完成したパネルがテストステーションの前に蓄積し始めます。
16. 安全試験装置
電気出力は最終品質管理の一部に過ぎません。パネルは電気的にも安全でなければなりません。
一般的な安全試験装置には以下が含まれます：
ハイポットテスター
絶縁抵抗テスター
接地導通テスター
漏れ電流テスター
ハイポット試験は、内部電気回路とモジュールフレーム間に高電圧を印加し、絶縁の完全性を確認します。
接地導通試験は、アルミフレームとその接地ポイント間の電気的接続を測定します。絶縁試験は、モジュールが危険な漏電経路なしに安全に動作できるかを確認します。
これらは必須の生産試験であり、オプションの品質チェックではありません。
17. ラベリング、選別、梱包ライン
パネルが電気、安全、EL、外観検査に合格した後、工場は製品ラベルを印刷し、最終試験結果を記録します。
各モジュールには通常、固有のシリアル番号が付与されます。自動ラインでは、この番号をMESまたはトレーサビリティシステムに接続できます。
工場は完成したモジュールを以下のような情報に遡って追跡できます：
太陽電池バッチ
ストリンガー生産データ
EL画像
レイアップステーション
ラミネーターレシピ
フレーミングステーション
I-V試験結果
安全試験結果
生産日とシフト
完成したモジュールは出力クラスごとに選別され、保護材とともに積み重ねられ、輸送用に梱包されます。
梱包は単純なプロセスのように思えるかもしれませんが、不適切な積み重ねや不十分な保護は、プロジェクトサイトに届く前に良品モジュールを損傷させる可能性があります。
半自動か全自動か？
太陽光パネル工場は必ずしも完全自動化を必要としません。
半自動ラインは、パイロットプロジェクト、地域メーカー、計画生産能力が低い工場に適していることがよくあります。オペレーターが手動でバスバー接続、材料準備、トリミング、ジャンクションボックス取り付け、目視検査を行う場合があります。
全自動ラインは、ロボットハンドリング、自動コンベヤ、統合検査システム、生産バッファ、データトレーサビリティを追加します。これらはより高いスループットと一貫したプロセス制御を提供しますが、より強力なメンテナンス能力と優れた生産管理も必要とします。
適切な自動化レベルは以下に依存します：
計画年間生産能力
モジュール設計
セル技術
利用可能な投資額
現地の労働条件
製品品質要件
将来の拡張計画
各機械を個別に選ばないでください
最大の機械が常に最も重要な機械とは限らず、最速の機械が自動的に最速の生産ラインを作るわけでもありません。
セル切断、ストリング配列、レイアップ、バスバー接続、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、最終試験の間で生産能力のバランスを取る必要があります。
工場には以下のようなサポートシステムも必要です：
自動コンベヤ
生産バッファ
エアコンプレッサー
真空システム
チラー
材料保管
MESおよびトレーサビリティソフトウェア
メンテナンススペース
品質管理エリア
モジュール設計は機器を選定する前に確定する必要があります。従来のPERCフルセルモジュール用に設計されたラインは、数台の機械を変更せずに大判TOPConハーフセル、HJTモジュール、BCセル、または重量のあるガラス-ガラスパネルには適さない場合があります。
したがって、現実的な工場計画は、目標モジュール仕様と年間生産能力から始めるべきです。最終的な機械リストはその後になります。
私たちの考えはシンプルです。信頼できる太陽光パネル工場とは、印象的な機械の山ではなく、バランスの取れた生産システムです。Ooitechは、5 MWから1.2 GWまでの半自動および全自動の太陽光パネル生産ライン、工場レイアウト設計、設置、トレーニング、原材料サポート、グローバルアフターサービスを提供できます。
