Quelles machines sont utilisées pour fabriquer des panneaux solaires ?

Entrez dans une usine de panneaux solaires et vous ne verrez pas une machine géante transformer les matières premières en panneaux finis. Ce que vous voyez en réalité est une ligne de production connectée, chaque machine gérant une partie spécifique du travail : découper les cellules, les souder en cordons, disposer les cordons, stratifier le module, installer le cadre et enfin tester le panneau fini.

Cela semble assez simple sur le papier. En production réelle, chaque processus affecte le suivant. Une petite erreur de positionnement lors du lay-up peut devenir une bulle ou un défaut d'alignement après stratification. Une mauvaise soudure peut sembler correcte à l'œil humain mais apparaître comme une zone sombre lors de l'inspection EL.

C'est pourquoi une bonne ligne de production de panneaux solaires doit fonctionner comme un système équilibré, plutôt que comme une collection aléatoire de machines.

Avant d'examiner l'équipement, il y a une distinction importante.

Cet article concerne une ligne de production de modules solaires—une usine qui achète des cellules solaires finies et les assemble en panneaux solaires. La fabrication de cellules solaires à partir de plaquettes de silicium est un processus différent impliquant des équipements chimiques humides, des fours de diffusion, des systèmes PECVD ou ALD, des sérigraphes, des fours de cuisson et d'autres machines spécialisées.

Alors, quelles machines sont utilisées pour fabriquer un panneau solaire fini ?

1. Testeur et trieuse de cellules solaires

Les cellules solaires d'un même lot de production ne sont pas toujours électriquement identiques. Leur courant, tension et puissance maximale peuvent varier légèrement. Si des cellules avec des caractéristiques électriques significativement différentes sont connectées dans le même cordon, la cellule la moins performante peut limiter la sortie de tout le cordon.

Un testeur de cellules solaires mesure des paramètres tels que :

• Tension en circuit ouvert

• Courant de court-circuit

• Puissance maximale

• Efficacité de la cellule

• Caractéristiques de la courbe I-V

Le système de tri regroupe ensuite les cellules ayant des performances similaires.

Certaines lignes de production utilisent également une inspection optique automatique ou une inspection EL au niveau des cellules pour identifier les bords ébréchés, les fissures cachées, les contaminations et les zones électriquement inactives avant que les cellules n'entrent dans le processus de soudage des rubans.

Cela peut sembler une petite étape, mais un tri précis aide à réduire les déséquilibres électriques et améliore la cohérence des modules finis.

2. Machine de découpe laser de cellules solaires

La plupart des modules solaires modernes utilisent des cellules coupées en deux. Les modules en tuiles et autres conceptions spéciales peuvent utiliser des sections de cellules encore plus petites. Dans ces cas, les cellules solaires de taille standard doivent être divisées avant le soudage des rubans.

Une machine de découpe laser de cellules solaires grave et sépare les cellules avec une haute précision. Selon la conception du module, elle peut couper les cellules en moitiés, tiers ou morceaux plus petits.

Deux méthodes de coupe courantes sont utilisées :

• Gravure laser conventionnelle suivie d'une rupture mécanique

• Découpe laser non destructive conçue pour réduire les contraintes mécaniques et thermiques

La découpe non destructive devient de plus en plus importante à mesure que les cellules deviennent plus fines et plus grandes. Les microfissures créées lors de la découpe peuvent se propager pendant le soudage des rubans, la stratification, le transport ou le fonctionnement à long terme en extérieur.

Si une usine ne produit que des modules à cellules entières, une machine de découpe laser peut ne pas être nécessaire. Pour la production de modules demi-cellules et en tuiles, cependant, elle est un élément central de la ligne.

3. Machine de soudage de rubans et de mise en série

La machine de soudage de rubans et de mise en série est souvent considérée comme le cœur d'une ligne de production de panneaux solaires.

Sa tâche principale est de souder le ruban photovoltaïque sur les cellules individuelles et de connecter les cellules en série pour former des chaînes de cellules. Les machines modernes combinent généralement le soudage des rubans et la mise en série en un seul processus automatique.

Une machine de soudage de rubans et de mise en série gère normalement :

• Chargement et séparation des cellules

• Positionnement des cellules

• Alimentation en ruban

• Application de flux

• Soudure

• Alignement des chaînes

• Coupe et décharge des chaînes

• Inspection visuelle

La méthode de chaînage correcte dépend de la technologie des cellules.

Les cellules PERC et TOPCon peuvent généralement être traitées avec des chaîneuses multi-busbars conventionnelles. Les cellules HJT peuvent nécessiter un soudage à plus basse température car elles sont plus sensibles à la chaleur. Les cellules BC, IBC, ABC et HPBC nécessitent un équipement de soudage spécialisé pour contacts arrière car leurs contacts positifs et négatifs sont tous deux situés sur la face arrière.

Le choix de la chaîneuse doit donc être basé sur la taille des cellules, la conception des busbars, le type de ruban, la température de soudage et la structure du module—pas seulement sur le nombre de cellules par heure annoncé.

4. Inspection EL en ligne des chaînes

L'inspection EL des chaînes est généralement une option intégrée à la chaîneuse, plutôt qu'une machine complètement séparée.

En pratique, la plupart des fabricants choisissent cette option, surtout lors de la production de modules avec des cellules TOPCon, HJT ou BC. Avec ces technologies de cellules, les joints de soudure faibles, les fissures cachées et les zones électriquement inactives peuvent être difficiles à identifier par une inspection visuelle ordinaire.

L'inspection EL en ligne vérifie la chaîne immédiatement après le soudage. Un courant est appliqué aux cellules connectées, et une caméra sensible à l'infrarouge capture l'image d'électroluminescence. Les fissures, les zones déconnectées et les mauvaises connexions électriques apparaissent comme des régions sombres anormales.

Cela permet de retirer les chaînes défectueuses avant l'empilage et le laminage, lorsque la réparation ou le remplacement est encore relativement facile.

Un testeur EL de chaînes hors ligne peut encore être utilisé pour l'échantillonnage, la réinspection ou l'analyse en laboratoire, mais il n'est normalement pas nécessaire comme poste de production séparé lorsque la chaîneuse inclut déjà l'inspection EL en ligne.

5. Équipement de chargement et d'inspection du verre solaire

Le verre solaire fourni aux usines de modules modernes est normalement lavé et préparé par le fabricant de verre. Pour cette raison, une machine de lavage de verre dédiée n'est généralement pas nécessaire dans une ligne de production standard de panneaux solaires.

Un chargeur de verre automatique place le verre préparé sur le convoyeur. Avant la pose de l'EVA ou du POE, le verre est vérifié pour :

• Poussière et contamination de surface

• Rayures

• Bords endommagés

• Éclats de verre

• Défauts de revêtement

• Dimensions incorrectes

Le verre avant forme la base de l'empilement du module, sa position doit donc rester stable pendant les processus de pose des matériaux et d'assemblage des cellules.

6. Machines de découpe et de pose d'EVA, POE et feuille arrière

Avant l'assemblage, l'encapsulant et les matériaux de la couche arrière doivent être coupés aux dimensions correctes du module.

Une machine de découpe et de pose automatique peut préparer des matériaux tels que :

• Film EVA

• Film POE

• TPT ou autres feuilles arrière

• Bandes d'isolation

• Matériaux d'isolation des barres omnibus

Après la découpe, la machine pose automatiquement l'encapsulant sur le verre.

Pour les modules verre-verre, la feuille arrière en polymère est remplacée par une deuxième pièce de verre. La disposition de la ligne, la lamireuse et l'équipement de manutention doivent donc être conçus pour le poids supplémentaire et la structure différente du module.

Les petites usines peuvent couper manuellement les matériaux EVA et feuille arrière. La découpe et la pose automatiques deviennent plus précieuses à mesure que la capacité de production augmente, car elles améliorent la cohérence dimensionnelle et réduisent les déchets de matériaux.

7. Machine d'assemblage automatique

La machine d'assemblage automatique prend les chaînes de cellules terminées et les positionne sur le verre et l'encapsulant.

Il s'agit d'un processus de précision. L'espacement des chaînes, l'alignement des cellules et la distance entre les cellules et les bords du verre doivent rester dans les tolérances spécifiées.

Un mauvais alignement est facile à remarquer sur un panneau fini, mais l'apparence n'est pas la seule préoccupation. Des positions incorrectes des chaînes peuvent également affecter l'encapsulation, l'étanchéité des bords et la fiabilité à long terme du module.

Une machine d'assemblage automatique utilise normalement :

• Robots industriels ou systèmes portiques

• Préhenseurs à vide

• Caméras de vision

• Correction automatique de position

• Contrôles d'espacement des cordons

• Détection de position du verre

Certaines lignes de production utilisent une machine de lay-up séparée. D'autres combinent le positionnement des cordons, le lay-up et le busage en une seule unité intégrée.

8. Machine de busage

Après le positionnement des cordons, ils doivent être connectés électriquement avec un ruban de busbar.

Une machine de busage automatique soude ou brase les extrémités des cordons selon la conception électrique du module. Elle peut également plier, couper et positionner automatiquement les rubans de busbar.

Les modules demi-cellules nécessitent une attention particulière car leurs sections de cellules supérieure et inférieure sont généralement connectées en parallèle. Le point de sortie est normalement situé près du milieu du panneau au lieu du haut.

Le processus de busage doit contrôler :

• Position du busbar

• Température de soudure ou de brasage

• Résistance de la jointure

• Forme du ruban

• Espacement des cordons

• Position du ruban de sortie

Une connexion de busage faible peut entraîner une perte de puissance, un échauffement local excessif ou une défaillance complète du circuit.

Sur une petite ligne semi-automatique, le busage peut être effectué manuellement avec des outils de soudure et des gabarits de positionnement. Les usines de plus grande capacité utilisent généralement des machines de busage automatiques pour une meilleure régularité et un meilleur débit.

9. Testeur EL avant stratification et inspection visuelle

Avant la stratification, le module assemblé doit passer une inspection visuelle et un test EL.

C'est la dernière occasion pratique de réparer de nombreux défauts de production. Les opérateurs ou les systèmes d'inspection automatique vérifient des problèmes tels que :

• Cellules fissurées

• Cordons mal alignés

• Rubans manquants

• Mauvaises connexions de busage

• Positions de sortie incorrectes

• Contamination à l'intérieur du module

• Encapsulant froissé ou déplacé

• Placement incorrect de la feuille arrière

Le testeur EL de pré-lamination vérifie l'état électrique du circuit complet des cellules avant qu'il ne soit scellé de manière permanente.

La lamination est effectivement irréversible. Si un défaut est découvert après la lamination, le coût de réparation est beaucoup plus élevé, et dans de nombreux cas, le module entier doit être mis au rebut.

10. Laminatrice de panneaux solaires

La laminatrice scelle le verre, l'encapsulant, les cellules solaires et la feuille arrière—ou le verre arrière—en une structure durable.

À l'intérieur de la laminatrice, le vide élimine l'air emprisonné de l'empilement du module. La chaleur et la pression durcissent ensuite l'EVA ou le POE, liant toutes les couches ensemble.

La recette de lamination dépend de :

• Type d'encapsulant

• Taille du module

• Épaisseur du verre

• Structure verre-feuille arrière ou verre-verre

• Technologie des cellules

• Exigences du fournisseur de matériaux

Un cycle de lamination typique peut prendre environ 10 à 20 minutes, bien que le temps réel varie selon les matériaux et l'équipement.

La laminatrice est souvent le processus majeur le plus lent de la ligne de production. Une usine peut donc avoir besoin de plusieurs laminatrices fonctionnant en parallèle.

C'est un point important lors du calcul de la capacité de production. Installer des stringers plus rapides n'augmentera pas la production finale de modules si la section de lamination ne peut pas traiter les panneaux au même rythme.

La qualité de la lamination affecte directement l'adhérence, l'isolation électrique, la résistance à l'humidité et la durée de vie attendue du module.

11. Équipement de découpe et d'inspection post-lamination

Après la lamination, l'excès d'EVA, de POE ou de feuille arrière reste autour des bords du module. Ce matériau doit être retiré avant l'encadrement.

Sur une petite ligne, les opérateurs peuvent couper les bords manuellement. Une ligne automatique à haute capacité utilise normalement une machine de coupe des bords.

Le module laminé est également inspecté pour :

• Bulles d'air

• Délaminage

• Débordement d'encapsulant

• Rayures

• Dommage du verre

• Déplacement des cellules

• Déplacement des cordons

• Contamination à l'intérieur du laminé

Les unités de retournement automatique facilitent l'inspection des deux faces du module sans avoir à recourir au levage manuel.

12. Machine d'encadrement et de collage du cadre

La plupart des panneaux solaires conventionnels utilisent un cadre en aluminium pour protéger les bords du verre et fournir un support mécanique pendant le transport et l'installation.

La section d'encadrement peut inclure :

• Machine automatique de collage du cadre

• Système de chargement du cadre en aluminium

• Équipement d'insertion des clés d'angle

• Machine d'assemblage du cadre

• Machine d'encadrement pneumatique ou hydraulique

• Équipement de poinçonnage du cadre

Un mastic est appliqué à l'intérieur des profilés en aluminium avant que les quatre sections du cadre ne soient pressées autour du module laminé.

Le cadre fini doit être carré, sécurisé et correctement scellé. Les défauts d'encadrement courants incluent des coins lâches, un mastic insuffisant, un excès de mastic, des rayures et des dimensions de cadre incorrectes.

Les modules verre-verre sans cadre peuvent ne pas nécessiter ce processus, selon la conception du produit.

13. Machines d'installation de boîtes de jonction

La boîte de jonction collecte la sortie électrique du circuit de cellules et assure la connexion entre le module et le système PV externe.

Le processus de boîte de jonction peut inclure :

• Positionnement de la boîte de jonction

• Distribution de silicone ou d'adhésif

• Soudure des rubans de sortie

• Soudure automatique des bornes

• Remplissage de colle AB

• Encapsulation

• Inspection du câble et du connecteur

Une machine de soudage de boîte de jonction connecte les rubans de sortie du module aux bornes de la boîte de jonction. Une machine de distribution ou de potting applique ensuite un matériau d'étanchéité ou de remplissage pour protéger les connexions électriques contre l'humidité, les mouvements et la corrosion.

Le matériau adhésif et de potting doit bénéficier d'un temps de durcissement suffisant avant les tests finaux et l'emballage.

14. Testeur EL final

Un deuxième test EL est normalement effectué après le laminage ou l'assemblage final du module.

Ce test est nécessaire car de nouvelles microfissures peuvent être introduites lors du laminage, du rognage, de l'encadrement ou de la manipulation des matériaux.

L'image EL finale peut révéler :

• Microfissures de cellules

• Cellules cassées

• Doigts déconnectés

• Mauvaises soudures

• Barres omnibus cassées

• Zones électriquement inactives

• Interruptions de chaîne

Un logiciel d'analyse d'image automatique peut aider à classer les défauts, mais le fabricant a toujours besoin de critères d'acceptation clairs. Le système doit définir quels défauts sont acceptables, lesquels nécessitent une reprise et lesquels entraînent un rejet.

15. Simulateur solaire et testeur I-V

Le simulateur solaire, également appelé testeur flash ou testeur I-V, mesure les performances électriques du panneau solaire fini sous un éclairage contrôlé.

Le testeur enregistre des paramètres incluant :

• Puissance maximale

• Tension en circuit ouvert

• Courant de court-circuit

• Tension de fonctionnement

• Courant de fonctionnement

• Facteur de remplissage

• Efficacité du module

• Courbe I-V complète

La puissance mesurée est utilisée pour classer le panneau et générer sa plaque signalétique ou son étiquette de production.

Le simulateur solaire doit avoir une correspondance spectrale, une uniformité lumineuse et une stabilité appropriées. Sa vitesse de test doit également correspondre à la capacité de production du reste de la ligne. Sinon, les panneaux finis commenceront à s'accumuler devant le poste de test.

16. Équipement de test de sécurité

La sortie électrique n'est qu'une partie du contrôle qualité final. Le panneau doit également être électriquement sûr.

Les équipements de test de sécurité courants comprennent :

• Testeur Hi-pot

• Testeur de résistance d'isolement

• Testeur de continuité de terre

• Testeur de courant de fuite

Le test Hi-pot applique une haute tension entre le circuit électrique interne et le cadre du module pour vérifier l'intégrité de l'isolation.

Le test de continuité de terre mesure la connexion électrique entre le cadre en aluminium et ses points de mise à la terre. Le test d'isolement vérifie si le module peut fonctionner en toute sécurité sans chemins de fuite dangereux.

Ce sont des tests de production essentiels, pas des contrôles de qualité facultatifs.

17. Ligne d'étiquetage, de tri et d'emballage

Après que le panneau a passé les inspections électrique, de sécurité, EL et visuelle, l'usine imprime son étiquette produit et enregistre les résultats des tests finaux.

Chaque module reçoit normalement un numéro de série unique. Sur une ligne automatique, ce numéro peut être connecté à un système MES ou de traçabilité.

L'usine peut alors retracer un module fini jusqu'à des informations telles que :

• Lot de cellules solaires

• Données de production du stringer

• Images EL

• Poste de layup

• Recette du laminator

• Poste d'encadrement

• Résultat du test I-V

• Résultat du test de sécurité

• Date et équipe de production

Les modules finis sont triés par classe de puissance, empilés avec des matériaux de protection et emballés pour le transport.

L'emballage peut sembler un processus simple, mais un empilage incorrect ou une protection insuffisante peut endommager de bons modules avant qu'ils n'arrivent sur le site du projet.

Semi-automatique ou entièrement automatique ?

Une usine de panneaux solaires n'a pas toujours besoin d'une automatisation complète.

Les lignes semi-automatiques conviennent souvent aux projets pilotes, aux fabricants régionaux et aux usines avec une capacité de production prévue plus faible. Les opérateurs peuvent effectuer manuellement le busage, la préparation des matériaux, le rognage, l'installation de la boîte de jonction et l'inspection visuelle.

Les lignes entièrement automatiques ajoutent la manipulation robotisée, les convoyeurs automatiques, les systèmes d'inspection intégrés, les tampons de production et la traçabilité des données. Elles offrent un débit plus élevé et un contrôle de processus plus cohérent, mais elles nécessitent également une capacité de maintenance plus solide et une meilleure gestion de la production.

Le niveau d'automatisation correct dépend de :

• Capacité annuelle prévue

• Conception du module

• Technologie des cellules

• Investissement disponible

• Conditions de main-d'œuvre locales

• Exigences de qualité du produit

• Plans d'expansion futurs

Ne choisissez pas chaque machine séparément

La plus grande machine n'est pas toujours la plus importante, et la machine la plus rapide ne crée pas automatiquement la ligne de production la plus rapide.

La capacité doit être équilibrée entre la découpe des cellules, le stringing, le layup, le busage, la stratification, l'encadrement, l'installation de la boîte de jonction et les tests finaux.

L'usine a également besoin de systèmes de support tels que :

• Convoyeurs automatiques

• Tampons de production

• Compresseurs d'air

• Systèmes de vide

• Refroidisseurs

• Stockage de matériaux

• Logiciel MES et de traçabilité

• Espace de maintenance

• Zones de contrôle qualité

La conception du module doit être confirmée avant de sélectionner l'équipement. Une ligne conçue pour les modules PERC classiques à cellules entières peut ne pas convenir aux demi-cellules TOPCon grand format, aux modules HJT, aux cellules BC ou aux panneaux verre-verre lourds sans changer plusieurs machines.

Un plan d'usine réaliste doit donc commencer par la spécification du module cible et la capacité de production annuelle. La liste finale des machines vient après.

Notre vision est simple : une usine solaire fiable n'est pas un tas de machines impressionnantes mais un système de production équilibré, et Ooitech peut fournir des lignes de production de panneaux solaires semi-automatiques et entièrement automatiques de 5 MW à 1,2 GW, la conception de l'agencement de l'usine, l'installation, la formation, le support des matières premières et le service après-vente mondial.