Introducción a los Módulos Fotovoltaicos

La cadena industrial fotovoltaica se divide en cuatro etapas: polisilicio, oblea, celda solar y módulo. El módulo fotovoltaico se encuentra en el extremo final de la cadena, posicionado entre la celda solar y el sistema fotovoltaico completo.

Una sola celda solar genera solo una cantidad limitada de electricidad. Las celdas deben conectarse en serie y encapsularse en un módulo antes de que puedan servir como una fuente de energía utilizable. Por lo tanto, el módulo fotovoltaico es el dispositivo solar indivisible más pequeño capaz de proporcionar salida de corriente continua por sí mismo. Como la unidad generadora de energía efectiva más pequeña, consta de nueve componentes principales: celdas solares, cintas de interconexión, barras colectoras, vidrio templado, EVA, lámina posterior, marco de aleación de aluminio, sellador y caja de conexiones.

Entre las cuatro etapas de la cadena fotovoltaica, el segmento de módulos fue el primero en desarrollarse y madurar en China.

La producción de módulos implica principalmente dos pasos clave: interconexión de celdas y laminado. La interconexión de celdas determina el rendimiento eléctrico del módulo. El número estándar de celdas para un módulo fotovoltaico es de 60 o 72 celdas, conectadas por 10 o 12 cintas de cobre que actúan como barras colectoras, con seis grupos interconectados para formar un módulo.

Se espera que un módulo fotovoltaico dure al menos 25 años, por lo que debe soportar el estrés ambiental y proporcionar un cierto grado de resistencia mecánica. Después de la interconexión de celdas, los materiales se disponen típicamente de abajo hacia arriba como vidrio templado, EVA, celdas y lámina posterior, luego se sellan mediante laminado. La lámina posterior y el vidrio templado encapsulan las celdas y el EVA en el interior, mientras que el marco de aluminio y el sellador protegen y sellan los bordes.

El flujo de trabajo general de fabricación de módulos se puede desglosar en: soldadura, colocación, laminación, prueba EL, enmarcado, instalación de la caja de conexiones, limpieza, prueba IV, inspección final y embalaje. Entre estos, la soldadura y la laminación tienen el mayor contenido técnico y valor.

Equipos utilizados en la producción de módulos

El equipo del módulo se corresponde directamente con cada etapa del flujo de trabajo de producción. Las máquinas principales incluyen máquinas de corte por láser, tabber stringers, equipos de colocación automática, laminadores y líneas de producción automáticas.

Observando las etapas individuales: la etapa de soldadura requiere máquinas de corte por láser, máquinas de soldadura de bus bars y tabber stringers de celdas; la etapa de colocación utiliza máquinas de colocación de plantillas; la etapa de laminación requiere un laminador; la etapa de prueba EL requiere un probador EL; la etapa de enmarcado requiere máquinas automáticas de colocación y enmarcado; la etapa de caja de conexiones requiere una máquina de soldadura de caja de conexiones; la etapa de limpieza requiere unidades de giro de módulos; la etapa de prueba IV utiliza un probador de curva IV; la inspección final requiere una unidad de inspección de giro; y el embalaje requiere una línea de embalaje.

Más allá de las máquinas individuales, los proveedores de equipos también pueden proporcionar líneas de ensamblaje de módulos totalmente automatizadas que cubren todas las etapas, permitiendo proyectos llave en mano.

La calidad y el costo de los módulos de celdas solares afectan directamente la calidad y el costo de todo el sistema. Entonces, ¿cómo es realmente el flujo de trabajo de producción de módulos?

Estructura del módulo

Estructura del Módulo de Media Celda

En los módulos de media celda, las celdas se cortan por la mitad para que la corriente operativa de cada celda se reduzca a la mitad. Esto reduce significativamente las pérdidas eléctricas en las cintas y mejora la relación celda a módulo (CTM) del módulo.

Los espacios entre las celdas en un módulo de media celda son más grandes, lo que aumenta ligeramente la luz reflejada desde el vidrio de vuelta a las celdas. Cuanto mayor sea la corriente de la celda, mayor será el beneficio obtenido de la tecnología de media celda.

Flujo de Trabajo de Producción de Módulos

El proceso de producción de módulos generalmente pasa por siete etapas: enhebrado, colocación, laminación, enmarcado, instalación de la caja de conexiones, curado y prueba, antes del embalaje final y entrega al mercado. A diferencia de los módulos de celda completa, los módulos de media celda implementan el corte de celdas en la etapa del módulo, agregando un paso de corte con una máquina de corte por láser, después del cual se ajustan los procesos de enhebrado y colocación. En el lado de la celda, la tecnología de media celda requiere ajustar el diseño de las celdas.

Enhebrado

Usando cintas (ya sea manual o automáticamente), la parte frontal y posterior de cada célula se sueldan juntas para formar una cadena de células conectadas en serie.

Controles clave del proceso: soldadura en frío, sobre-soldadura, agrietamiento de células y resistencia al desprendimiento de la soldadura.

El diseño principal para módulos de media célula adopta un diseño de dos secciones (como se muestra). Las mitades superior e inferior se conectan en paralelo y utilizan diodos de derivación. El punto de salida cambia de la parte superior de un módulo de célula completa al medio, lo que lo hace adecuado para instalación vertical.

Layup

Después de que las cadenas de células se conectan y pasan la inspección, las cadenas de células, el vidrio, el EVA cortado y la lámina posterior se colocan en un orden específico en preparación para el laminado. Durante el apilado, las posiciones relativas de las cadenas de células y materiales como el vidrio se mantienen fijas, y se ajusta el espacio entre las células para proporcionar una buena base para el laminado. El orden de apilado de abajo arriba es: vidrio, EVA, células, EVA, fibra de vidrio y lámina posterior.

Laminado

El conjunto de células apilado se coloca en la laminadora. El aire dentro del módulo se elimina mediante vacío, luego se aplica calor para fundir el EVA, uniendo las células, el vidrio y la lámina posterior. Finalmente, el módulo se enfría y se retira. El laminado es el paso crítico en la producción de módulos, con la temperatura y el tiempo de laminado determinados por las propiedades del EVA. Cuando se usa EVA común, el tiempo del ciclo de laminado es de aproximadamente 10 a 15 minutos, con una temperatura de curado de 135 a 145 grados Celsius.

Controles clave del proceso: burbujas, rayones, abolladuras, abultamientos y agrietamiento de células.

Vale la pena señalar que antes del laminado, se requieren una inspección de apariencia estricta y pruebas EL para garantizar el rendimiento y la seguridad del módulo.

Inspección de apariencia

Inspección EL

Enmarcado

El marco protege los bordes y esquinas del vidrio templado del módulo y del módulo laminado, facilitando la instalación posterior.

Controles clave del proceso: abolladuras, abrasiones, rayones, orificios de montaje faltantes, desbordamiento de sellador en la parte posterior, burbujas y falta de sellador.

Instalación de la caja de conexiones

La caja de conexiones conecta y protege el módulo fotovoltaico mientras conduce la corriente generada por el módulo hacia el exterior para el usuario.

Controles clave del proceso: burbujas y desbordamiento de sellador.

Curado

El sellador inyectado durante los pasos anteriores de enmarcado e instalación de la caja de conexiones se cura para fortalecer el sello y proteger el módulo de entornos externos adversos posteriormente.

Controles clave del proceso: tiempo de curado, temperatura y humedad.

Pruebas

Se miden los parámetros de rendimiento eléctrico para determinar el grado del módulo. Se incluyen tres pruebas principales: prueba de tensión soportada de aislamiento, que verifica la seguridad entre el marco y las partes vivas internas (células, cintas, etc.) bajo alta tensión; prueba de continuidad a tierra, que mide la resistencia entre el marco y tierra para confirmar si la conexión a tierra del marco es correcta; y prueba IV, que mide los parámetros de rendimiento eléctrico para determinar el grado del módulo.

Flujo de producción de un solo módulo fotovoltaico

• Un robot industrial coloca células fotovoltaicas individuales del tamaño de un libro en la línea de producción.

• Las células fotovoltaicas dispuestas se unen y sueldan, soldando y cortando una fila de 12 células. Antes de la mecanización, este trabajo requería aproximadamente cuatro o cinco personas trabajando simultáneamente.

• Las células fotovoltaicas soldadas se someten a inspección de calidad. Las que no tienen problemas de calidad se envían directamente a la siguiente etapa para su disposición y organización.

• Las células fotovoltaicas se organizan en seis filas de 12 células cada una por grupo.

• Se realizan calentamiento, encolado y aplicación de película.

• La primera capa es vidrio, la segunda es EVA, el medio son las células fotovoltaicas, la cuarta es nuevamente EVA y la quinta es la lámina posterior, utilizada para impermeabilización y resistencia a la corrosión.

• Un grupo de módulos fotovoltaicos monocristalinos tiene cinco capas. La laminación fusiona estas cinco capas en una.

• Después de la laminación y cuatro horas de curado en frío, se realiza la eliminación manual de polvo y se inspeccionan los bordes y las esquinas.

• El módulo fotovoltaico terminado se somete a una prueba funcional de luz solar simulada.

• Se realizan la inspección final y el embalaje.

Opinión de Ooitech

Ooitech cree: la fabricación de módulos fotovoltaicos se reduce a un ensamblaje preciso de células y una laminación confiable, siendo la tecnología de media célula y las pruebas EL estrictas las claves para una mayor eficiencia y confiabilidad a largo plazo.