La saldatura automatizzata migliora l'efficienza della produzione di moduli fotovoltaici

Nella produzione di moduli fotovoltaici, la saldatura di interconnessione (nota anche come saldatura delle barre collettrici o bussing) rappresenta un processo critico che influisce direttamente sulle prestazioni, l'affidabilità e i costi di produzione dei moduli. Questo passaggio essenziale segue la saldatura delle stringhe di celle e serve a collegare più stringhe di celle tramite nastri conduttivi, formando un circuito elettrico completo in grado di produrre energia. Con i progressi della tecnologia fotovoltaica, in particolare con la continua riduzione dello spessore dei wafer e delle celle, la saldatura di interconnessione deve affrontare sfide crescenti. Questo articolo esamina la necessità, i principi di funzionamento, i vantaggi e le potenziali sfide della saldatura di interconnessione automatizzata nella produzione fotovoltaica.

Immagina di maneggiare wafer di silicio delicati come le ali di una cicala, dove la minima manipolazione potrebbe causare fratture. Questo rappresenta la realtà attuale della produzione fotovoltaica. Poiché l'industria continua a ridurre lo spessore dei wafer e delle celle per ridurre i costi di produzione, il processo di saldatura è diventato sempre più preciso. Anche minime variazioni di temperatura possono indurre microfessurazioni che compromettono l'affidabilità a lungo termine. Inoltre, il crescente numero di barre collettrici sulle celle solari aumenta i punti di saldatura, richiedendo maggiore efficienza e coerenza. La saldatura manuale non può più soddisfare i requisiti della moderna produzione fotovoltaica su larga scala, rendendo essenziale la tecnologia di saldatura di interconnessione automatizzata.

La saldatura di interconnessione dei moduli fotovoltaici funge da passaggio fondamentale nella produzione in cui le stringhe di celle provenienti dalle macchine tabber-stringer vengono collegate utilizzando nastri conduttivi (tipicamente strisce di rame stagnato) per formare circuiti paralleli. Questo processo raccoglie la corrente generata dalle celle solari e la convoglia attraverso le scatole di giunzione. La qualità della saldatura di interconnessione influisce direttamente sulla potenza in uscita, sull'efficienza di conversione e sull'affidabilità a lungo termine di un modulo.

• Raccolta di corrente: I nastri di interconnessione aggregano la corrente dalle singole celle in uscita utilizzabile.
• Formazione del circuito: I nastri collegano le celle in serie o in parallelo per completare i circuiti elettrici.
• Erogazione di potenza: Questo processo abilita la capacità di erogazione di potenza del modulo.
• Garanzia di affidabilità: Interconnessioni di alta qualità garantiscono la connettività elettrica a lungo termine, prevenendo il degrado della potenza dovuto a saldature scadenti.

Un flusso di lavoro standard per la saldatura di interconnessione include:

• Preparazione della stringa di celle: Posizionamento delle stringhe di celle tabbed sulle postazioni di lavoro.
• Preparazione del nastro: Taglio dei nastri alle lunghezze e quantità richieste secondo le specifiche di progettazione.
• Applicazione del flusso: Rivestimento delle barre collettrici delle celle e dei nastri con flusso per migliorare la qualità della saldatura.
• Posizionamento del nastro: Allineamento preciso dei nastri sulle barre collettrici delle celle.
• Saldatura: Incollaggio dei nastri alle barre collettrici utilizzando il calore (infrarossi, induzione, ecc.).
• Raffreddamento: Permettere ai moduli di raffreddarsi dopo la saldatura.
• Ispezione: Verifica della qualità e dell'affidabilità della saldatura.

I materiali chiave includono:

• Nastri: Tipicamente strisce di rame stagnato con eccellente conduttività e saldabilità, dimensionate secondo i requisiti di progettazione.
• Flusso: Rimuove gli ossidi superficiali durante la saldatura; la selezione considera l'attività, la corrosività dei residui e l'impatto ambientale.
• Saldatura: Incolla i nastri alle barre collettrici; le leghe comuni includono stagno-piombo, stagno-argento e stagno-rame.

Rispetto alla saldatura manuale, l'automazione offre vantaggi significativi:

I sistemi automatizzati consentono una produzione continua ad alta velocità, riducendo drasticamente i tempi di ciclo. Le moderne saldatrici automatizzate completano tipicamente un modulo in 30 secondi, contro i 3-4 minuti manualmente, aumentando la capacità di produzione.

L'automazione controlla con precisione la temperatura, la pressione e la durata, garantendo la coerenza. La variabilità umana della saldatura manuale porta spesso a difetti come giunti freddi, mentre l'automazione riduce al minimo tali problemi, migliorando i tassi di rendimento.

Nonostante un investimento iniziale più elevato, l'automazione riduce i costi a lungo termine attraverso la riduzione della manodopera, l'efficienza dei materiali e i guadagni di produttività. Riduce anche le rilavorazioni e gli scarti dovuti a difetti di saldatura.

L'automazione elimina i compiti manuali ripetitivi riducendo al contempo l'esposizione dei lavoratori ai fumi di saldatura attraverso sistemi di estrazione integrati.

La saldatura automatizzata produce moduli più affidabili, migliorando la competitività sul mercato, un fattore critico nell'attuale industria fotovoltaica esigente.

I sistemi standard comprendono:

• Movimentazione dei materiali: Carico/scarico automatizzato di stringhe di celle e nastri.
• Lavorazione del nastro: Taglio, piegatura e posizionamento dei nastri.
• Moduli di saldatura: Utilizzo di metodi a infrarossi, induzione, laser o aria calda.
• Sistemi di controllo: Gestione dei parametri, monitoraggio del processo e diagnostica.
• Ispezione visiva: Verifica della posizione, della forma e dell'integrità della saldatura.

Il flusso di lavoro automatizzato prevede:

1. Caricamento di stringhe di celle e nastri
2. Preparazione dei nastri (taglio/piegatura)
3. Applicazione del flusso
4. Esecuzione delle saldature
5. Raffreddamento dei moduli
6. Ispezione delle saldature
7. Scarico dei moduli finiti

Utilizza la radiazione infrarossa per un riscaldamento uniforme e controllabile, sebbene relativamente dispendioso in termini di energia.

Impiega l'induzione elettromagnetica per un riscaldamento rapido ed efficiente, richiede attrezzature sofisticate.

Fornisce un riscaldamento preciso e localizzato con un impatto termico minimo, costi delle apparecchiature più elevati.

Più semplice e conveniente, ma produce saldature di qualità inferiore.

La selezione delle apparecchiature dovrebbe tenere conto di:

• Dimensioni del modulo
• Tecnologia delle celle (mono/policristallino, PERC, ecc.)
• Compromessi del metodo di saldatura
• Requisiti di volume di produzione
• Livello di automazione necessario

I sistemi moderni si adattano a varie dimensioni di celle (M6, M10, G12), con modelli avanzati che consentono cambi di linea di produzione flessibili.

La saldatura di interconnessione automatizzata serve ora:

• Produttori su larga scala che implementano linee completamente automatizzate
• Produttori di medie dimensioni che adottano soluzioni semi-automatizzate
• Strutture di ricerca e sviluppo che sviluppano nuovi materiali e processi

Le tendenze emergenti includono:

• Sistemi intelligenti: Parametri di auto-ottimizzazione e diagnostica remota
• Produzione flessibile: Rapido adattamento a nuovi design di celle
• Maggiore efficienza: Ulteriori guadagni di produttività e riduzione dei costi
• Produzione integrata: Connettività senza soluzione di continuità con altri sistemi di produzione

Sebbene alcuni piccoli produttori e laboratori utilizzino ancora metodi manuali, rimangono svantaggi significativi:

• Bassa produttività inadatta alla produzione di massa
• Qualità incoerente dovuta alla variabilità umana
• Elevati costi di manodopera
• Condizioni di lavoro malsane

Con i progressi della tecnologia fotovoltaica, in particolare verso wafer più sottili, la saldatura di interconnessione automatizzata è diventata indispensabile per la produzione di moduli solari ad alte prestazioni e affidabili. Migliorando l'efficienza, la qualità e l'economicità, migliorando al contempo la sicurezza sul posto di lavoro, questa tecnologia rappresenta un vantaggio strategico nel competitivo settore solare. I futuri progressi nei sistemi di saldatura intelligenti, flessibili e integrati rafforzeranno ulteriormente le capacità di produzione fotovoltaica.

I produttori dovrebbero valutare:

• Selezione delle apparecchiature in base ai requisiti tecnici
• Competenza tecnica per il funzionamento e la manutenzione del sistema
• Analisi del ritorno sull'investimento

I passaggi consigliati includono un'approfondita ricerca di mercato, la collaborazione con fornitori affidabili, programmi di formazione degli operatori e l'implementazione di solidi sistemi di gestione della qualità per garantire un'adozione automatizzata di successo.