Celda solar vs panel solar: lo que los nombres de las máquinas no dicen

Respuesta rápida: La respuesta breve: una célula solar y un panel solar se fabrican en dos industrias diferentes, en dos fábricas diferentes. La fabricación de células comienza con una oblea de silicio y utiliza hornos de difusión, PECVD y serigrafiadoras para producir un dispositivo de aproximadamente 0,5 V a 0,6 V, y alrededor del 95% de las células comerciales son de silicio cristalino. La fabricación de paneles, o módulos, comienza con células terminadas y utiliza una tabber stringer, una estación de layup, una laminadora, una máquina de enmarcado y un tester para ensamblar de 60 a 144 de ellas en un módulo sellado clasificado de 400 W a 700 W. Las plantas de células necesitan hornos de más de 800 °C y condiciones de sala limpia; una línea de módulos funciona a temperaturas de laminación cercanas a 150 °C en una nave industrial ordinaria. Ooitech construye líneas de módulos de 5 MW a 1,2 GW y no fabrica equipos de fabricación de células. La confusión de nombres es real incluso en nuestro propio catálogo, donde las máquinas que manipulan células durante el ensamblaje de módulos llevan nombres de células solares.

Por Jerry, Marketing de Producto en Ooitech

Recibo una versión de esta pregunta casi todas las semanas: un comprador pregunta si fabricamos células solares, y lo que en realidad quiere construir es una línea de módulos. A veces han comparado cotizaciones de fábricas de células durante un tiempo antes de que alguien pregunte qué entra al inicio de su proceso.

Esto ocurre constantemente, y no es culpa del comprador. Nuestras propias máquinas se llaman cosas como Máquina de corte láser de células solares y Tabber Stringer de células solares. Manipulan células, y viven en una fábrica de paneles.

Dos plantas, dos negocios diferentes

Una célula solar es un único dispositivo fotovoltaico — de aproximadamente 16 a 23 cm de ancho, que produce alrededor de 0,5 a 0,6 voltios. Un panel solar contiene muchas de ellas conectadas en serie para elevar el voltaje, y luego en paralelo para elevar la corriente.

Esa es toda la relación. Los dos productos son fabricados por dos industrias.

Nosotros en Ooitech suministramos líneas de producción de paneles de 5 MW a 1,2 GW. No fabricamos hornos de difusión, sistemas PECVD ni serigrafiadoras. Si estás construyendo una fábrica de células, yo soy la persona equivocada para preguntar.

Dónde termina la fabricación de células

La fabricación de células comienza con polisilicio y termina con una caja de células probadas. Cinco pasos, aproximadamente.

El polisilicio se funde y se moldea en lingotes multicristalinos o se estira en un lingote monocristalino mediante el proceso Czochralski. Los lingotes se cortan en obleas, se limpian y se texturizan para que capturen más luz.

Célula solar monocristalina de medio corte con busbars, antes del ensamblaje del módulo

Luego el dopaje. El boro y el fósforo se difunden para crear una unión p-n, y la trayectoria conductora que se forma alrededor del borde de la oblea se elimina para evitar cortocircuitos. A continuación se aplica un recubrimiento antirreflectante, generalmente nitruro de silicio depositado por deposición química de vapor mejorada por plasma. Finalmente, los contactos metálicos se serigrafían con pasta de plata o cobre y se cuecen.

Cuando eso termina, tienes una célula. Se prueba, se clasifica por corriente, se empaqueta y se vende. Ese es el final de una industria.

Alrededor del 95% de las células fotovoltaicas comerciales son de silicio cristalino, y el resto es mayoritariamente película delgada de telururo de cadmio. La fabricación de células requiere mucho capital y está dominada por un puñado de grandes actores. Cada cambio de generación, de Al-BSF a PERC y de PERC a TOPCon, fue impulsado por el mismo grupo concentrado de fabricantes. Solo PERC añadió aproximadamente un 12% más de producción de energía sobre la estructura Al-BSF anterior.

Dónde comienza la fabricación de paneles

Células solares clasificadas alimentando una línea de ensamblaje de módulos en una cinta transportadora

El ensamblaje de módulos toma la caja de células y la convierte en un producto. Seis estaciones, en orden.

Comienza con un láser que corta las células al tamaño para formatos de medio corte y shingled. Un láser demasiado caliente daña el borde de la célula, y la microfisura que deja permanece invisible hasta la electroluminiscencia — para entonces el módulo ya está sellado. Luego la stringer suelda la cinta sobre cada célula y las une en una tira en serie. En nuestra AM050FH el rango de células va de 161 mm a 230 mm, la rotura de células se mantiene por debajo del 0,2% y el rendimiento de soldadura es superior al 95%. Ninguno de los dos defectos puede corregirse aguas abajo. Una célula agrietada que entra en la laminadora sale como chatarra, no como retrabajo.

Cabezal de soldadura colocando cinta de cobre sobre células solares

Máquina automática tabber stringer de células solares en una planta de módulos

El layup es donde se junta la pila: tiras colocadas sobre vidrio, con el encapsulante (EVA) arriba y abajo y el backsheet encima. Luego la laminadora hace vacío, aplica presión y mantiene la pila cerca de 150 °C hasta que el EVA se retícula en una unidad sellada. Esa ventana de temperatura es más estrecha de lo que sugieren los folletos de los equipos, y un plato con una esquina fría deja encapsulante sin curar que se delaminará años después. El propio laminador es donde reside la mayor parte de ese riesgo. El enmarcado, la caja de conexiones y las pruebas finales terminan el módulo, y las dos puertas de prueba pertenecen en línea en lugar de al final de la línea. Una planta que solo prueba módulos terminados ya ha laminado cada defecto de stringing en un producto que no puede retrabajar.

Inspección por electroluminiscencia de tiras de células soldadas

Cada máquina de esa lista vive en una línea de módulos, incluidas las que llevan el nombre de células.

El lado de las células se detalla por separado en nuestra guía del proceso de fabricación de células solares TOPCon.

Por qué la confusión cuesta dinero

Equivocarse en esto cambia tu plan de capital en un orden de magnitud.

Una fábrica de celdas necesita hornos de alta temperatura, deposición al vacío y un entorno de clase sala limpia. Una planta de módulos necesita una nave industrial, energía moderada y un equipo técnico que pueda formarse en meses. Para el mismo rendimiento nominal, la inversión difiere en aproximadamente un orden de magnitud. Esa brecha se refleja en el edificio que alquilas, la conexión eléctrica que solicitas, los permisos, el personal que contratas y cuánto esperas antes de que salga por la puerta el primer módulo vendible. Los compradores que presupuestan para el tipo equivocado o bien recaudan capital en exceso que no pueden desplegar, o bien recaudan de menos y se estancan a mitad de la construcción con una estructura vacía y sin equipos.

Hay una segunda trampa. Los proveedores cotizan MW anuales, y los MW anuales son en parte un cálculo de vataje. Tomemos una máquina que procesa 24 módulos por hora. Si valoras el módulo en 275 W, obtienes aproximadamente 57 MW al año. Si valoras el mismo módulo en 550 W, la misma máquina produce de repente 114 MW. Nada en la cámara, las bombas o el ciclo ha cambiado. Cuando compares cotizaciones, pide módulos vendibles por hora y convierte a MW tú mismo usando el producto que realmente vas a fabricar.

La capacidad fotovoltaica instalada mundial alcanzó unos 1.185 GW a finales de 2022, suministrando más del 6% de la electricidad mundial, y el coste de la electricidad solar ha caído alrededor del 85% desde 2010. Un crecimiento así atrae a muchos nuevos entrantes al ensamblaje de módulos, que es exactamente por lo que tantos compradores primerizos llegan a la pregunta de celda frente a panel.

Por qué persiste la confusión

La cifra del 95% hace que la fabricación de celdas suene como una industria amplia cuando en realidad es una industria estrecha y concentrada. El factor más importante está más cerca de casa. Las líneas de módulos compran celdas, manipulan celdas, cortan celdas y prueban celdas todo el día, así que nombrar el equipo por la cosa que toca es natural. Ese hábito deja de ser útil en el momento en que intentas averiguar qué te están vendiendo.

Cuatro cosas que preguntar antes de comparar cotizaciones

Pregunta esto antes de comparar dos cotizaciones cualesquiera.

Empieza por pedir la lista de estaciones. Una cotización de línea de módulos enumera stringer, layup, laminadora, enmarcado y tester — la secuencia completa está aquí — mientras que una cotización de línea de celdas enumera hornos, deposición e impresión. Esa única respuesta suele resolverlo.

Si no lo hace, pregunta qué entra al inicio del proceso. Obleas significa fabricación de celdas; cajas de celdas terminadas significa ensamblaje de módulos. Pregunta cómo es el edificio: una nave de clase sala limpia con un suministro eléctrico pesado apunta a una fábrica de celdas, una nave industrial ordinaria a una línea de módulos. Y pregunta en qué se mide la producción: módulos por hora es una línea de módulos, obleas por hora es una línea de celdas.

Un proveedor que no puede responder claramente a la primera pregunta ya la ha respondido.

Preguntas frecuentes

¿Es un panel solar simplemente muchas celdas solares? Eléctricamente, sí — de 60 a 72 celdas en serie, o 144 en formato half-cut. Físicamente es un producto diferente de una planta diferente. Las celdas llegan terminadas y clasificadas; el trabajo de la línea de módulos es interconectarlas, encapsularlas y protegerlas.

¿Puede una sola empresa operar ambas? Algunos grandes fabricantes lo hacen, en el mismo sitio. Son edificios separados con equipos separados y normalmente equipos humanos separados, y la mayoría de los fabricantes de módulos compran sus celdas a productores especializados de celdas.

Mi proveedor cotizó una "máquina de celdas solares". ¿Para qué planta es? Comprueba el proceso. Si suelda cinta, corta celdas para diseños half-cut o prueba módulos terminados, es equipo de línea de módulos.

¿Cuál es más rentable? El ensamblaje de módulos, según los números que veo, pero la ventaja es más fina de lo que sugiere la brecha de capital. Una línea de módulos necesita menos capital y alcanza la producción en meses, así que varias plantas compiten por los mismos pedidos y los márgenes se mantienen ajustados. La fabricación de celdas necesita mucho más capital y está dominada por un puñado de propietarios, lo que mantiene los precios más estables pero hace que la entrada sea casi imposible sin un balance sólido. En cualquier caso, la utilización decide el resultado mucho antes que la tecnología.

¿Limita la eficiencia de la celda lo que puede alcanzar mi módulo? Sí, y ese techo queda fijado antes de que las celdas lleguen a ti. Una línea de módulos puede preservar la eficiencia de la celda o perderla, por microgrietas, soldaduras frías o EVA que nunca se reticuló del todo. No puede añadir eficiencia que la celda no tenía. Una línea de módulos protege un techo que no creó.

Mi cotización está en MW por año. ¿Es comparable? Solo si ambas cotizaciones usan el mismo vataje de módulo y las mismas suposiciones de tiempo de actividad. Convierte primero a módulos vendibles por hora, luego aplica el vataje de tu propio producto.

Qué hacer a continuación

La próxima vez que envíes una consulta, pon una línea al principio: incluye por favor la lista completa de estaciones con el tiempo de ciclo por estación. Los proveedores que la tienen la enviarán en dos minutos. Los proveedores que no la tienen enviarán en su lugar una cifra de MW anuales.