Bases du photovoltaïque : machine de soudure et de cordage de cellules solaires

Dans le processus de fabrication des modules photovoltaïques, la machine tabber-stringer pour cellules solaires est l'un des équipements essentiels pour établir les connexions électriques entre les cellules solaires. Sa fonction principale est de souder les cellules solaires individuelles avec des rubans d'interconnexion et de les connecter en série pour former une chaîne de cellules avec une tension de sortie conçue.

Un processus de stringer stable affecte directement la puissance du module, la qualité d'apparence, les performances EL et la fiabilité à long terme. Pour les usines de modules PV modernes, en particulier celles produisant des modules MBB, demi-cellules, PERC, TOPCon, HJT ou autres modules avancés, la précision et la cohérence du tabber-stringer sont très importantes.

Classification des Machines Tabber-Stringer pour Cellules Solaires

Selon le niveau d'automatisation et le processus de soudure, les machines tabber-stringer peuvent généralement être divisées en trois types.

Tabber-Stringer Manuel

Un tabber-stringer manuel nécessite que les opérateurs placent les cellules solaires et les rubans à la main. Le processus de soudure est également effectué manuellement ou avec des outils auxiliaires très simples.

Caractéristiques principales :

• Coût d'investissement en équipement plus faible

• Adapté à la production en petits lots, aux lignes pilotes, aux tests en laboratoire ou à des fins de formation

• Faible efficacité de production

• Précision de positionnement plus faible

• Risque plus élevé de casse de cellules et d'incohérence de soudure

Le cordage manuel est rarement utilisé aujourd'hui dans les grandes usines de modules photovoltaïques, mais on peut encore le voir dans les environnements de R&D ou les très petites installations de production.

Soudeuse de rubans et cordeuse semi-automatique

Une soudeuse de rubans et cordeuse semi-automatique automatise une partie du processus d'alimentation des cellules ou de soudure des rubans, tandis que certaines étapes nécessitent encore une assistance manuelle, comme la manipulation des cordons, l'interconnexion ou le chargement et déchargement.

Caractéristiques principales :

• Efficacité de production moyenne

• Adapté aux lignes de production de petite et moyenne taille

• Investissement plus faible par rapport aux équipements entièrement automatiques

• Dépendance plus élevée aux compétences de l'opérateur

• Plus de variation dans la qualité de soudure que les machines entièrement automatiques

L'équipement semi-automatique peut être une solution de transition pour les fabricants qui passent de la production manuelle à la fabrication automatisée de modules PV.

Soudeuse de rubans et cordeuse entièrement automatique

Une soudeuse de rubans et cordeuse entièrement automatique réalise l'ensemble du processus automatiquement, y compris le chargement des cellules, le positionnement des cellules, l'alimentation des rubans, la soudure, le transfert des cordons et la connexion avec le processus de production suivant.

Caractéristiques principales :

• Haute précision de positionnement, généralement autour de ±0,1 mm selon la configuration de la machine

• Capacité de production élevée, atteignant souvent environ 6 800 à 8 000 cellules par heure pour les machines haut de gamme standard

• Qualité de soudure stable

• Adapté aux lignes de production continues

• Meilleure compatibilité avec les technologies modernes de modules PV telles que MBB, demi-cellules et formats de cellules à haute efficacité

Pour les fabricants de modules photovoltaïques grand public, les soudeuses de rubans et cordeuses entièrement automatiques sont devenues le choix standard car elles offrent une capacité plus élevée, un meilleur contrôle du processus et une moindre dépendance à la main-d'œuvre.

Principe de fonctionnement et processus de base

Le principe de fonctionnement d'une soudeuse de rubans et cordeuse repose sur un positionnement précis des cellules, une alimentation stable des rubans, une température de soudure contrôlée et une formation continue des cordons. Bien que différentes marques de machines puissent utiliser des agencements mécaniques différents, le processus de base est similaire.

Chargement et transfert des cellules

Les cellules solaires sont d'abord séparées du cassette de cellules. Dans de nombreuses machines, un couteau à air est utilisé pour séparer les cellules en douceur et réduire l'adhérence entre les plaquettes minces. Ensuite, des buses d'aspiration, des courroies ou des systèmes de manipulation robotisés saisissent les cellules et les envoient séquentiellement au poste de soudure.

Cette étape doit être fluide et à faible contrainte, car les cellules solaires modernes deviennent plus fines et des microfissures peuvent apparaître si la force de manipulation n'est pas bien contrôlée.

Système de positionnement par vision

Le système de positionnement par vision utilise normalement des caméras CCD ou CMOS industrielles pour capturer les points de repère ou les caractéristiques de référence sur la cellule solaire. Après traitement d'image, le système calcule la position et l'angle de déviation de la cellule.

Le système de contrôle de mouvement guide ensuite le bras mécanique ou la plateforme de positionnement pour ajuster la cellule à la position correcte avant le soudage. Ceci est essentiel pour éviter le décalage du ruban, un mauvais alignement et des défauts de soudure cachés.

Processus de soudure du ruban

Le processus de soudure du ruban comprend généralement le préchauffage et le soudage.

Préchauffage :

Le dispositif de soudure ou la zone de soudage est préchauffé via une zone de chauffage, telle qu'une plaque chauffante ou une boîte à lampes chauffantes. Dans de nombreux processus, la température est élevée au-dessus de 110°C avant l'étape principale de soudage. Le préchauffage aide à réduire le choc thermique et améliore le mouillage de la soudure.

Soudage :

La machine place le ruban traité au flux sur la barre omnibus ou la ligne de grille de la cellule solaire. Sous pression contrôlée et température de chauffage, la couche de soudure sur le ruban fond et forme une liaison solide avec l'électrode en argent de la cellule solaire.

Un bon soudage doit garantir une adhérence solide, une faible résistance série, un alignement lisse du ruban et un minimum de contrainte thermique ou mécanique sur la cellule.

Formation de chaîne de cellules

Après le soudage, les cellules sont connectées une par une pour former une chaîne de cellules d'une longueur prédéfinie, par exemple 10 cellules par chaîne, 12 cellules par chaîne, ou d'autres configurations selon la conception du module.

La chaîne de cellules finie est ensuite transférée au processus suivant, tel que l'empilage, le busage, l'inspection ou la préparation au laminage.

Technologies clés dans les machines Tabber Stringer

Positionnement de haute précision

Le positionnement de haute précision dépend à la fois du système de vision et de l'algorithme de contrôle de mouvement. Les caméras CCD ou CMOS capturent la position de la cellule, tandis que des algorithmes de contrôle tels que le contrôle PID aident la machine à corriger le mouvement rapidement et avec précision.

Pour une production de haute qualité, l'erreur d'alignement entre la cellule et le ruban doit généralement être contrôlée dans une limite de 0,2 mm. Si l'écart est trop important, les problèmes courants peuvent inclure une soudure décalée, un mauvais aspect, une augmentation de la résistance série, voire des risques de fiabilité cachés.

Contrôle de la température de soudure

Le contrôle de la température est l'un des facteurs les plus importants dans le soudage des chaînes. La température de soudure doit être stable et généralement contrôlée dans une plage étroite, par exemple ±5°C, selon la recette du processus.

Les méthodes de chauffage courantes incluent :

• Chauffage infrarouge : montée en température rapide, adapté aux rubans fins, en particulier ceux d'une épaisseur de 0,15 mm ou moins

• Chauffage par plaque chauffante : meilleure uniformité de température, adapté au soudage haute fiabilité et à la production de masse stable

Si la température est trop basse, la soudure peut ne pas fondre complètement, entraînant des joints de soudure faibles ou une soudure froide. Si la température est trop élevée, cela peut endommager la cellule, augmenter les contraintes thermiques ou affecter la fiabilité à long terme du module.

Soudage à faible endommagement

Les cellules solaires modernes sont plus fines et plus fragiles que les cellules des générations précédentes. Pour les cellules minces d'une épaisseur inférieure à 130 μm, la pression mécanique et les contraintes thermiques doivent être soigneusement contrôlées.

De nombreuses machines utilisent des systèmes de soudage à contact doux, tels que des têtes de presse à ressort. La pression est généralement contrôlée dans une plage d'environ 5 à 15 N, selon le type de cellule, le type de ruban et la méthode de soudage.

L'objectif est d'obtenir un contact suffisant pour un soudage fiable tout en évitant les fissures, les fractures cachées, les éclats de bord ou la courbure excessive de la cellule.

Applications pratiques dans la fabrication de modules PV

La tabber stringer est utilisée dans l'étape d'interconnexion électrique en amont de la production de modules PV. Ses performances influencent plusieurs processus en aval et la qualité finale du module.

Les applications typiques incluent :

• Production standard de modules en silicium cristallin

• Production de modules demi-cellules

• Production de modules MBB et SMBB

• Lignes de modules à cellules à haut rendement PERC, TOPCon, HJT et autres

• Lignes de production pilotes pour nouvelles structures de modules

• Mises à niveau de l'automatisation des usines, passant de la production semi-automatique à entièrement automatique

Dans une ligne de production complète de modules photovoltaïques, la machine à souder les rubans (tabber stringer) doit fonctionner en coordination avec les systèmes de découpe des cellules, de lay-up, de busbars, de test EL, de laminage, d'encadrement, d'installation de boîte de jonction, de test IV et d'inspection finale. Un déséquilibre de capacité ou de stabilité de processus au niveau du stringing peut facilement devenir un goulot d'étranglement pour l'ensemble de l'usine.

Point de vue d'Ooitech

En tant que fournisseur d'équipements travaillant avec différentes configurations de production de modules photovoltaïques, Ooitech considère la machine à souder les rubans comme plus qu'une simple machine de soudage ; c'est un point clé de contrôle de processus qui détermine si une ligne de modules peut fonctionner avec un rendement stable et une production prévisible. Pour les usines qui passent à la production MBB, TOPCon ou à cellules plus fines, il faut prêter attention non seulement à la capacité nominale, mais aussi au contrôle des rubans, aux contraintes de manipulation des cellules, à l'uniformité de la température et à la compatibilité avec les processus aval de lay-up et de busbars. Une bonne solution de stringing doit être sélectionnée en même temps que la conception complète de la ligne de modules, sinon une stringeuse à grande vitesse peut encore ne pas offrir une efficacité de production réelle.