Bases du PV : machine de connexion et de soudure de cellules solaires

Bases du PV : machine de connexion et de soudure de cellules solaires

Dans le processus de fabrication des modules photovoltaïques, la machine de soudure de cellules solaires est l'un des équipements clés 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 soudure 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 photovoltaïques modernes, en particulier celles qui produisent des modules MBB, demi-cellules, PERC, TOPCon, HJT ou autres modules avancés, la précision et la cohérence de la machine de soudure sont très importantes.

Classification des machines de soudure de cellules solaires

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

Machine de soudure manuelle

Une machine de soudure manuelle 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

La soudure manuelle est rarement utilisée dans les grandes usines de modules photovoltaïques aujourd'hui, mais elle peut encore être observée dans les environnements de R&D ou les très petites installations de production.

Machine de soudure semi-automatique

Une machine de soudure 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 chaînes, l'interconnexion ou le chargement et déchargement.

Caractéristiques principales :

• Efficacité de production moyenne

• Adapté aux lignes de production petites et moyennes

• Investissement plus faible par rapport aux équipements entièrement automatiques

• Dépendance plus élevée à la compétence de l'opérateur

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

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

Sertisseuse de ruban entièrement automatique

Une sertisseuse de ruban entièrement automatique réalise tout le processus automatiquement, y compris le chargement des cellules, le positionnement des cellules, l'alimentation en ruban, le soudage, le transfert des chaînes 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 haute vitesse courantes

• Qualité de soudure stable

• Adapté aux lignes de production continues

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

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

Principe de fonctionnement et processus de base

Le principe de fonctionnement d'une sertisseuse de ruban repose sur un positionnement précis des cellules, une alimentation stable en ruban, une température de soudage contrôlée et une formation continue de chaînes. Bien que différentes marques de machines puissent utiliser différentes configurations mécaniques, 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 doucement les cellules et réduire l'adhérence entre les plaquettes minces. Ensuite, des buses d'aspiration, des courroies ou des systèmes robotisés de manipulation saisissent les cellules et les envoient séquentiellement au poste de soudage.

Cette étape doit être fluide et à faible contrainte, car les cellules solaires modernes deviennent plus minces 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 industrielles CCD ou CMOS pour capturer les points de repère ou les caractéristiques de référence sur la cellule solaire. Après traitement d'image, le système calcule la position de la cellule et l'écart angulaire.

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

Processus de soudage du ruban

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

Préchauffage :

Le dispositif de soudage ou la zone de soudage est préchauffé à travers une zone de chauffage, comme 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 atteindre une adhérence forte, une faible résistance en série, un alignement lisse du ruban et un stress thermique ou mécanique minimal sur la cellule.

Formation de chaînes de cellules

Après le soudage, les cellules sont connectées une par une pour former une chaîne de cellules avec une longueur prédéfinie, comme 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, comme l'empilement, le câblage, l'inspection ou la préparation au laminage.

Technologies clés dans les machines de soudage et de formation de chaînes

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, des problèmes courants peuvent inclure un soudage décalé, une mauvaise apparence, une résistance en série accrue, ou même des risques de fiabilité cachés.

Contrôle de la température de soudage

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

Les méthodes de chauffage courantes comprennent :

• 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, provoquant des joints de soudure faibles ou des soudures froides. Si la température est trop élevée, cela peut endommager la cellule, augmenter le stress thermique ou affecter la fiabilité du module à long terme.

Soudage à faible dommage

Les cellules solaires modernes sont plus fines et plus fragiles que les cellules des générations précédentes. Pour les cellules fines d'une épaisseur inférieure à 130 μm, la pression mécanique et le stress thermique doivent être soigneusement contrôlés.

De nombreuses machines utilisent des systèmes de soudage à contact doux, tels que des têtes de pression 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, l'écaillage des bords ou une courbure excessive de la cellule.

Applications pratiques dans la fabrication de modules PV

La machine de soudage de rubans 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 comprennent :

• Production standard de modules en silicium cristallin

• Production de modules demi-cellules

• Production de modules MBB et SMBB

• Lignes de modules à cellules haute efficacité PERC, TOPCon, HJT et autres

• Lignes de production pilotes pour de nouvelles structures de modules

• Mises à niveau d'automatisation d'usine de la production semi-automatique à la production entièrement automatique

Dans une ligne de production complète de modules PV, la machine de soudage de rubans doit fonctionner en coordination avec la découpe des cellules, la mise en place, le busage, les tests EL, la stratification, l'encadrement, l'installation de la boîte de jonction, les tests IV et les systèmes d'inspection finale. Une inadéquation de capacité ou de stabilité du processus à l'étape de soudage peut facilement devenir un goulot d'étranglement pour toute 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 tabber stringer comme plus qu'une 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 de cellules plus fines, il faut prêter attention non seulement à la capacité nominale, mais aussi au contrôle du ruban, au stress de manipulation des cellules, à l'uniformité de la température et à la compatibilité avec les processus aval de pose et de bussing. Une bonne solution de stringing doit être sélectionnée en même temps que la conception complète de la ligne de modules, sinon une stringer à haute vitesse peut encore ne pas offrir une efficacité de production réelle.