جوشکاری خودکار راندمان تولید ماژول‌های PV را افزایش می‌دهد

در تولید ماژول فتوولتائیک، جوشکاری اتصال (که به عنوان جوشکاری شمش یا باسینگ نیز شناخته می‌شود) به عنوان یک فرآیند حیاتی است که مستقیماً بر عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه‌های تولید ماژول تأثیر می‌گذارد. این گام ضروری پس از لحیم‌کاری رشته‌های سلولی انجام می‌شود و برای اتصال رشته‌های سلولی متعدد از طریق روبان‌های رسانا، تشکیل یک مدار الکتریکی کامل که قادر به تولید توان است، عمل می‌کند. با پیشرفت فناوری فتوولتائیک—به ویژه با کاهش مداوم ضخامت ویفر و سلول—جوشکاری اتصال با چالش‌های فزاینده‌ای مواجه است. این مقاله ضرورت، اصول کار، مزایا و چالش‌های احتمالی جوشکاری اتصال خودکار در تولید فتوولتائیک را بررسی می‌کند.

تصور کنید که ویفرهای سیلیکونی را به ظرافت بال‌های یک زنجره در دست دارید—جایی که کوچکترین اشتباه می‌تواند باعث شکستگی شود. این نشان‌دهنده واقعیت فعلی تولید فتوولتائیک است. از آنجایی که صنعت به کاهش ضخامت ویفر و سلول برای کاهش هزینه‌های تولید ادامه می‌دهد، فرآیند جوشکاری به طور فزاینده‌ای دقیق شده است. حتی تغییرات جزئی دما می‌تواند ترک‌های خردی ایجاد کند که قابلیت اطمینان طولانی‌مدت را به خطر می‌اندازد. علاوه بر این، افزایش تعداد شمش‌ها در سلول‌های خورشیدی، نقاط جوش را افزایش می‌دهد و خواستار راندمان و ثبات بالاتری است. جوشکاری دستی دیگر نمی‌تواند الزامات تولید فتوولتائیک در مقیاس بزرگ مدرن را برآورده کند و فناوری جوشکاری اتصال خودکار را ضروری می‌سازد.

جوشکاری اتصال ماژول فتوولتائیک به عنوان یک گام محوری در تولید عمل می‌کند که در آن رشته‌های سلولی از دستگاه‌های تب‌زن و رشته‌کن با استفاده از روبان‌های رسانا (معمولاً نوارهای مسی قلع‌اندود) به هم متصل می‌شوند تا مدارهای موازی را تشکیل دهند. این فرآیند جریان تولید شده توسط سلول‌های خورشیدی را جمع‌آوری کرده و آن را از طریق جعبه‌های اتصال هدایت می‌کند. کیفیت جوشکاری اتصال مستقیماً بر توان خروجی، راندمان تبدیل و قابلیت اطمینان طولانی‌مدت ماژول تأثیر می‌گذارد.

• جمع‌آوری جریان: روبان‌های اتصال جریان را از سلول‌های جداگانه به خروجی قابل استفاده جمع‌آوری می‌کنند.
• تشکیل مدار: روبان‌ها سلول‌ها را به صورت سری یا موازی متصل می‌کنند تا مدارهای الکتریکی را تکمیل کنند.
• تحویل توان: این فرآیند قابلیت خروجی توان ماژول را فعال می‌کند.
• تضمین قابلیت اطمینان: اتصالات با کیفیت بالا، اتصال الکتریکی طولانی‌مدت را تضمین می‌کنند و از تخریب توان ناشی از جوش‌های ضعیف جلوگیری می‌کنند.

یک گردش کار جوشکاری اتصال استاندارد شامل موارد زیر است:

• آماده‌سازی رشته سلولی: قرار دادن رشته‌های سلولی تب‌دار روی ایستگاه‌های کاری.
• آماده‌سازی روبان: برش روبان‌ها به طول و مقدار مورد نیاز بر اساس مشخصات طراحی.
• اعمال فلاکس: پوشاندن شمش‌های سلولی و روبان‌ها با فلاکس برای افزایش کیفیت جوش.
• قرار دادن روبان: تراز دقیق روبان‌ها روی شمش‌های سلولی.
• جوشکاری: اتصال روبان‌ها به شمش‌ها با استفاده از گرما (مادون قرمز، القایی و غیره).
• خنک‌سازی: اجازه دادن به خنک شدن ماژول‌ها پس از جوشکاری.
• بازرسی: تأیید کیفیت و قابلیت اطمینان جوش.

مواد اصلی عبارتند از:

• روبان‌ها: معمولاً نوارهای مسی قلع‌اندود با رسانایی و لحیم‌کاری عالی، با اندازه مورد نیاز بر اساس الزامات طراحی.
• فلاکس: اکسیدهای سطحی را در حین جوشکاری حذف می‌کند. انتخاب، فعالیت، خوردگی باقیمانده و تأثیرات زیست‌محیطی را در نظر می‌گیرد.
• لحیم: روبان‌ها را به شمش‌ها متصل می‌کند. آلیاژهای رایج عبارتند از قلع-سرب، قلع-نقره و قلع-مس.

در مقایسه با جوشکاری دستی، اتوماسیون مزایای قابل توجهی را ارائه می‌دهد:

سیستم‌های خودکار، تولید مداوم با سرعت بالا را امکان‌پذیر می‌کنند و زمان چرخه را به طور چشمگیری کاهش می‌دهند. جوشکاران خودکار مدرن معمولاً یک ماژول را در 30 ثانیه تکمیل می‌کنند—در مقابل 3-4 دقیقه به صورت دستی—که ظرفیت خروجی را افزایش می‌دهد.

اتوماسیون دما، فشار و مدت زمان را به طور دقیق کنترل می‌کند و از ثبات اطمینان حاصل می‌کند. تنوع انسانی جوشکاری دستی اغلب منجر به نقص‌هایی مانند اتصالات سرد می‌شود، در حالی که اتوماسیون چنین مشکلاتی را به حداقل می‌رساند و نرخ بازده را بهبود می‌بخشد.

علیرغم سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر، اتوماسیون هزینه‌های بلندمدت را از طریق کاهش نیروی کار، راندمان مواد و افزایش بهره‌وری کاهش می‌دهد. همچنین ضایعات و ضایعات ناشی از نقص‌های جوشکاری را کاهش می‌دهد.

اتوماسیون کارهای دستی تکراری را حذف می‌کند و در عین حال قرار گرفتن کارگران در معرض بخارات لحیم‌کاری را از طریق سیستم‌های استخراج یکپارچه کاهش می‌دهد.

جوشکاری خودکار ماژول‌های قابل اطمینان‌تری تولید می‌کند و رقابت‌پذیری بازار را افزایش می‌دهد—یک عامل حیاتی در صنعت فتوولتائیک امروزی.

سیستم‌های استاندارد شامل موارد زیر است:

• جابجایی مواد: بارگیری/تخلیه خودکار رشته‌های سلولی و روبان‌ها.
• پردازش روبان: برش، خم کردن و قرار دادن روبان‌ها.
• ماژول‌های جوشکاری: استفاده از روش‌های مادون قرمز، القایی، لیزر یا هوای گرم.
• سیستم‌های کنترل: مدیریت پارامترها، نظارت بر فرآیند و تشخیص.
• بازرسی دیداری: تأیید موقعیت، شکل و یکپارچگی جوش.

گردش کار خودکار شامل موارد زیر است:

1. بارگیری رشته‌های سلولی و روبان‌ها
2. آماده‌سازی روبان‌ها (برش/خم کردن)
3. اعمال فلاکس
4. اجرای جوش‌ها
5. خنک‌سازی ماژول‌ها
6. بازرسی جوش‌ها
7. تخلیه ماژول‌های تمام شده

از تابش مادون قرمز برای گرمایش یکنواخت و قابل کنترل استفاده می‌کند—اگرچه نسبتاً انرژی‌بر است.

از القای الکترومغناطیسی برای گرمایش سریع و کارآمد استفاده می‌کند—به تجهیزات پیچیده نیاز دارد.

گرمایش دقیق و موضعی را با حداقل تأثیر حرارتی ارائه می‌دهد—هزینه‌های تجهیزات بالاتر.

ساده‌تر و مقرون به صرفه‌تر است، اما جوش‌های با کیفیت پایین‌تری تولید می‌کند.

انتخاب تجهیزات باید موارد زیر را در نظر بگیرد:

• ابعاد ماژول
• فناوری سلول (تک کریستالی/چند کریستالی، PERC و غیره)
• مبادلات روش جوشکاری
• الزامات حجم تولید
• سطح اتوماسیون مورد نیاز

سیستم‌های مدرن اندازه‌های مختلف سلول (M6، M10، G12) را در خود جای می‌دهند، و مدل‌های پیشرفته خطوط تولید انعطاف‌پذیر را فعال می‌کنند.

جوشکاری اتصال خودکار اکنون در موارد زیر استفاده می‌شود:

• تولیدکنندگان بزرگ مقیاس که خطوط کاملاً خودکار را پیاده‌سازی می‌کنند
• تولیدکنندگان متوسط که راه‌حل‌های نیمه خودکار را اتخاذ می‌کنند
• تسهیلات تحقیق و توسعه که مواد و فرآیندهای جدید را توسعه می‌دهند

روندهای نوظهور عبارتند از:

• سیستم‌های هوشمند: پارامترهای خود بهینه‌سازی و تشخیص از راه دور
• تولید انعطاف‌پذیر: سازگاری سریع با طرح‌های جدید سلولی
• راندمان بالاتر: افزایش بیشتر بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها
• تولید یکپارچه: اتصال یکپارچه با سایر سیستم‌های تولید

در حالی که برخی از تولیدکنندگان و آزمایشگاه‌های کوچک هنوز از روش‌های دستی استفاده می‌کنند، معایب قابل توجهی باقی می‌ماند:

• توان عملیاتی کم که برای تولید انبوه نامناسب است
• کیفیت ناسازگار از تنوع انسانی
• هزینه‌های بالای نیروی کار
• شرایط کاری ناسالم

با پیشرفت فناوری فتوولتائیک—به ویژه به سمت ویفرهای نازک‌تر—جوشکاری اتصال خودکار برای تولید ماژول‌های خورشیدی با عملکرد بالا و قابل اطمینان ضروری شده است. با بهبود راندمان، کیفیت و مقرون به صرفه بودن و در عین حال افزایش ایمنی در محل کار، این فناوری نشان‌دهنده یک مزیت استراتژیک در صنعت خورشیدی رقابتی است. پیشرفت‌های آینده در سیستم‌های جوشکاری هوشمند، انعطاف‌پذیر و یکپارچه، قابلیت‌های تولید فتوولتائیک را بیشتر تقویت خواهد کرد.

تولیدکنندگان باید موارد زیر را ارزیابی کنند:

• انتخاب تجهیزات بر اساس الزامات فنی
• تخصص فنی برای بهره‌برداری و نگهداری سیستم
• تجزیه و تحلیل بازگشت سرمایه

مراحل توصیه شده شامل تحقیقات کامل بازار، مشارکت با تامین‌کنندگان معتبر، برنامه‌های آموزشی اپراتور و پیاده‌سازی سیستم‌های مدیریت کیفیت قوی برای اطمینان از پذیرش موفقیت‌آمیز اتوماسیون است.