Geautomatiseerd lassen verbetert de efficiëntie van de productie van PV-modules

Bij de productie van fotovoltaïsche modules is interconnectielassen (ook bekend als busbar-lassen of -bussing) een cruciaal proces dat direct van invloed is op de prestaties, betrouwbaarheid en productiekosten van de module. Deze essentiële stap volgt op het solderen van de celstrings en dient om meerdere celstrings te verbinden via geleidende linten, waardoor een compleet elektrisch circuit ontstaat dat in staat is om stroom te leveren. Naarmate de fotovoltaïsche technologie vordert - met name met de voortdurende vermindering van de dikte van wafers en cellen - wordt interconnectielassen geconfronteerd met toenemende uitdagingen. Dit artikel onderzoekt de noodzaak, werkingsprincipes, voordelen en potentiële uitdagingen van geautomatiseerd interconnectielassen in de fotovoltaïsche productie.

Stel je voor dat je siliciumwafers hanteert die zo delicaat zijn als cicadevleugels - waarbij de geringste verkeerde behandeling scheuren kan veroorzaken. Dit vertegenwoordigt de huidige realiteit van de fotovoltaïsche productie. Naarmate de industrie de dikte van wafers en cellen blijft verminderen om de productiekosten te verlagen, is het lasproces steeds preciezer geworden. Zelfs kleine temperatuurvariaties kunnen microscheuren veroorzaken die de betrouwbaarheid op lange termijn in gevaar brengen. Bovendien vergroot het groeiende aantal busbars op zonnecellen het aantal laspunten, wat een hogere efficiëntie en consistentie vereist. Handmatig lassen kan niet langer voldoen aan de eisen van de moderne grootschalige fotovoltaïsche productie, waardoor geautomatiseerde interconnectielastechnologie essentieel is.

Interconnectielassen van fotovoltaïsche modules dient als een cruciale productiestap waarbij celstrings van tabber-stringer machines worden verbonden met behulp van geleidende linten (meestal vertinde koperstrips) om parallelle circuits te vormen. Dit proces verzamelt de stroom die door zonnecellen wordt gegenereerd en stuurt deze door junction boxes. De kwaliteit van interconnectielassen heeft direct invloed op de stroomafgifte, de conversie-efficiëntie en de betrouwbaarheid op lange termijn van een module.

• Stroomverzameling: Interconnectielinten verzamelen stroom van afzonderlijke cellen tot bruikbare output.
• Circuitvorming: Linten verbinden cellen in serie of parallel om elektrische circuits te voltooien.
• Stroomlevering: Dit proces maakt de stroomafgifte van de module mogelijk.
• Betrouwbaarheidsborging: Hoogwaardige interconnecties zorgen voor elektrische connectiviteit op lange termijn, waardoor stroomdegradatie door slechte lassen wordt voorkomen.

Een standaard workflow voor interconnectielassen omvat:

• Voorbereiding van celstrings: Het positioneren van getabde celstrings op werkstations.
• Voorbereiding van linten: Linten snijden op de vereiste lengtes en hoeveelheden per ontwerp specificaties.
• Flux-toepassing: Busbars en linten van cellen coaten met flux om de laskwaliteit te verbeteren.
• Lintplaatsing: Linten nauwkeurig uitlijnen op celbusbars.
• Lassen: Linten verbinden met busbars met behulp van warmte (infrarood, inductie, enz.).
• Koeling: Modules laten afkoelen na het lassen.
• Inspectie: De laskwaliteit en betrouwbaarheid controleren.

Belangrijkste materialen zijn onder meer:

• Linten: Meestal vertinde koperstrips met uitstekende geleidbaarheid en soldeerbaarheid, afmetingen per ontwerpvereisten.
• Flux: Verwijdert oppervlakteoxiden tijdens het lassen; de selectie houdt rekening met activiteit, residu-corrosiviteit en milieu-impact.
• Soldeer: Verbindt linten met busbars; veelvoorkomende legeringen zijn tin-lood, tin-zilver en tin-koper.

In vergelijking met handmatig lassen biedt automatisering aanzienlijke voordelen:

Geautomatiseerde systemen maken continue productie met hoge snelheid mogelijk, waardoor de cyclustijden drastisch worden verkort. Moderne geautomatiseerde lassers voltooien doorgaans een module in 30 seconden - vergeleken met 3-4 minuten handmatig - waardoor de outputcapaciteit wordt verhoogd.

Automatisering controleert nauwkeurig de temperatuur, druk en duur, waardoor consistentie wordt gegarandeerd. De menselijke variabiliteit van handmatig lassen leidt vaak tot defecten zoals koude verbindingen, terwijl automatisering dergelijke problemen minimaliseert, waardoor de opbrengst wordt verbeterd.

Ondanks een hogere initiële investering verlaagt automatisering de kosten op lange termijn door arbeidsreductie, materiaalefficiëntie en productiviteitswinst. Het vermindert ook herbewerking en afval door lasdefecten.

Automatisering elimineert repetitieve handmatige taken en vermindert tegelijkertijd de blootstelling van werknemers aan soldeerdampen door middel van geïntegreerde extractiesystemen.

Geautomatiseerd lassen produceert betrouwbaardere modules, waardoor de concurrentiepositie op de markt wordt verbeterd - een cruciale factor in de veeleisende fotovoltaïsche industrie van vandaag.

Standaardsystemen omvatten:

• Materiaalbehandeling: Geautomatiseerd laden/lossen van celstrings en linten.
• Lintverwerking: Linten snijden, buigen en positioneren.
• Lasmodules: Met behulp van infrarood-, inductie-, laser- of heteluchtmethoden.
• Besturingssystemen: Parameters beheren, procesbewaking en diagnostiek.
• Visuele inspectie: De laspositie, vorm en integriteit controleren.

De geautomatiseerde workflow omvat:

1. Celstrings en linten laden
2. Linten voorbereiden (snijden/buigen)
3. Flux aanbrengen
4. Lassen uitvoeren
5. Modules koelen
6. Lassen inspecteren
7. Afgewerkte modules lossen

Gebruikt infrarode straling voor uniforme, controleerbare verwarming - hoewel relatief energie-intensief.

Maakt gebruik van elektromagnetische inductie voor snelle, efficiënte verwarming - vereist geavanceerde apparatuur.

Levert precieze, lokale verwarming met minimale thermische impact - hogere apparatuurkosten.

Eenvoudiger en betaalbaarder, maar produceert lassen van lagere kwaliteit.

Bij de selectie van apparatuur moet rekening worden gehouden met:

• Moduleafmetingen
• Celtechnologie (mono/polykristallijn, PERC, enz.)
• Afwegingen van lasmethoden
• Productievolume-eisen
• Benodigde automatiseringsniveau

Moderne systemen zijn geschikt voor verschillende celgroottes (M6, M10, G12), waarbij geavanceerde modellen flexibele productielijnwisselingen mogelijk maken.

Geautomatiseerd interconnectielassen wordt nu gebruikt voor:

• Grootschalige fabrikanten die volledig geautomatiseerde lijnen implementeren
• Middelgrote producenten die semi-geautomatiseerde oplossingen toepassen
• R&D-faciliteiten die nieuwe materialen en processen ontwikkelen

Opkomende trends zijn onder meer:

• Slimme systemen: Zelfoptimaliserende parameters en externe diagnostiek
• Flexibele productie: Snelle aanpassing aan nieuwe celontwerpen
• Hogere efficiëntie: Verdere productiviteitswinsten en kostenreducties
• Geïntegreerde productie: Naadloze connectiviteit met andere productiesystemen

Hoewel sommige kleine fabrikanten en laboratoria nog steeds handmatige methoden gebruiken, blijven er aanzienlijke nadelen bestaan:

• Lage doorvoer die ongeschikt is voor massaproductie
• Inconsistente kwaliteit door menselijke variabiliteit
• Hoge arbeidskosten
• Ongezonde werkomstandigheden

Naarmate de fotovoltaïsche technologie vordert - met name in de richting van dunnere wafers - is geautomatiseerd interconnectielassen onmisbaar geworden voor de productie van hoogwaardige, betrouwbare zonnepanelen. Door de efficiëntie, kwaliteit en kosteneffectiviteit te verbeteren en tegelijkertijd de veiligheid op de werkplek te verbeteren, vertegenwoordigt deze technologie een strategisch voordeel in de competitieve zonne-industrie. Toekomstige ontwikkelingen in slimme, flexibele en geïntegreerde lassystemen zullen de fotovoltaïsche productiecapaciteiten verder versterken.

Fabrikanten moeten het volgende evalueren:

• Apparatuurselectie op basis van technische vereisten
• Technische expertise voor systeemwerking en -onderhoud
• Analyse van de return on investment

Aanbevolen stappen zijn grondig marktonderzoek, samenwerking met gerenommeerde leveranciers, trainingsprogramma's voor operators en de implementatie van robuuste kwaliteitsmanagementsystemen om een succesvolle adoptie van automatisering te garanderen.