태양광 모듈의 제조 공정 및 기술

태양광 모듈 소개

태양광 산업 체인은 폴리실리콘, 웨이퍼, 태양전지, 모듈의 네 단계로 나뉩니다. PV 모듈은 체인의 하류 끝에 위치하며, 태양전지와 완전한 PV 시스템 사이에 있습니다.

단일 태양전지는 제한된 양의 전기만 생성합니다. 셀은 직렬로 연결되고 모듈로 캡슐화되어야 사용 가능한 전원으로 사용될 수 있습니다. 따라서 PV 모듈은 자체적으로 직류 출력을 제공할 수 있는 가장 작은 분할 불가능한 태양광 장치입니다. 가장 작은 유효 발전 단위로서, 태양전지, 인터커넥트 리본, 버스 바, 강화 유리, EVA, 백시트, 알루미늄 합금 프레임, 실란트, 정션 박스의 9가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다.

PV 체인의 네 단계 중에서 모듈 부문은 중국에서 가장 일찍 개발되고 성숙해졌습니다.

모듈 생산은 주로 셀 상호 연결과 라미네이션의 두 가지 핵심 단계를 포함합니다. 셀 상호 연결은 모듈의 전기적 성능을 결정합니다. PV 모듈의 표준 셀 수는 60개 또는 72개이며, 버스 바 역할을 하는 10개 또는 12개의 구리 리본으로 연결되고, 6개 그룹이 상호 연결되어 하나의 모듈을 형성합니다.

PV 모듈은 최소 25년 이상 지속될 것으로 예상되므로 환경 스트레스를 견디고 어느 정도의 기계적 강도를 제공해야 합니다. 셀 상호 연결 후, 재료는 일반적으로 아래에서 위로 강화 유리, EVA, 셀, 백시트 순으로 배열된 다음 라미네이션을 통해 밀봉됩니다. 백시트와 강화 유리는 셀과 EVA를 내부에 캡슐화하고, 알루미늄 프레임과 실란트는 가장자리를 보호하고 밀봉합니다.

전체 모듈 제조 공정은 납땜, 적층, 라미네이션, EL 테스트, 프레임 부착, 정션 박스 설치, 청소, IV 테스트, 최종 검사 및 포장으로 나눌 수 있습니다. 이 중에서 납땜과 라미네이션이 가장 높은 기술적 내용과 가치를 지닙니다.

모듈 생산에 사용되는 장비

모듈 장비는 생산 공정의 각 단계에 직접적으로 대응합니다. 주요 기계로는 레이저 절단기, 탭버 스트링거, 자동 적층 장비, 라미네이터, 자동 생산 라인이 있습니다.

개별 단계를 살펴보면: 솔더링 단계에는 레이저 절단기, 버스바 용접기, 셀 탭버 스트링거가 필요합니다; 적층 단계에는 템플릿 배치 기계가 사용됩니다; 라미네이션 단계에는 라미네이터가 필요합니다; EL 테스트 단계에는 EL 테스터가 필요합니다; 프레임 단계에는 자동 프레임 배치 및 프레임 기계가 필요합니다; 정션박스 단계에는 정션박스 솔더링 기계가 필요합니다; 청소 단계에는 모듈 반전 장치가 필요합니다; IV 테스트 단계에는 IV 곡선 테스터가 사용됩니다; 최종 검사에는 반전 검사 장치가 필요하며, 포장에는 포장 라인이 필요합니다.

개별 기계 외에도 장비 공급업체는 모든 단계를 포함하는 완전 자동화 모듈 조립 라인을 제공하여 턴키 프로젝트를 가능하게 합니다.

태양광 셀 모듈의 품질과 비용은 전체 시스템의 품질과 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 그렇다면 모듈 생산 공정은 실제로 어떻게 이루어질까요?

모듈 구조

하프셀 모듈 구조

하프셀 모듈에서는 셀이 절반으로 절단되어 각 셀의 작동 전류가 절반으로 줄어듭니다. 이는 리본에서의 전기 손실을 크게 줄이고 모듈의 셀-투-모듈(CTM) 비율을 향상시킵니다.

하프셀 모듈에서 셀 사이의 간격이 더 넓어져 유리에서 셀로 반사되는 빛이 약간 증가합니다. 셀 전류가 높을수록 하프셀 기술로 얻는 이점이 더 커집니다.

모듈 생산 공정

모듈 생산 과정은 일반적으로 스트링, 적층, 라미네이션, 프레임, 정션박스 설치, 경화, 테스트의 일곱 단계를 거친 후 최종 포장되어 시장에 출하됩니다. 풀셀 모듈과 달리 하프셀 모듈은 모듈 단계에서 셀 절단을 수행하여 레이저 절단기로 절단 단계를 추가하고, 이후 스트링 및 적층 공정이 조정됩니다. 셀 측면에서는 하프셀 기술이 셀 레이아웃 조정을 요구합니다.

스트링

리본(수동 또는 자동)을 사용하여 각 셀의 앞면과 뒷면을 함께 솔더링하여 직렬 연결된 셀 스트링을 형성합니다.

주요 공정 관리: 냉간 솔더링, 과도 솔더링, 셀 균열, 솔더 인장 강도.

하프셀 모듈의 주류 레이아웃은 2단 구조를 채택합니다(그림 참조). 상하 반쪽은 병렬로 연결되고 바이패스 다이오드를 사용합니다. 리드아웃 지점은 풀셀 모듈의 상단에서 중간으로 변경되어 수직 설치에 적합합니다.

레이업

셀 스트링이 연결되고 검사를 통과한 후, 셀 스트링, 유리, 절단된 EVA, 백시트가 라미네이션 준비를 위해 특정 순서로 배치됩니다. 적층 과정에서 셀 스트링과 유리 등의 재료의 상대적 위치가 고정되고, 셀 간 간격이 조정되어 라미네이션을 위한 좋은 기반을 제공합니다. 아래에서 위로의 적층 순서는 유리, EVA, 셀, EVA, 유리 섬유, 백시트입니다.

라미네이션

배치된 셀 어셈블리는 라미네이터에 넣습니다. 모듈 내부의 공기는 진공으로 제거한 후, 열을 가해 EVA를 녹여 셀, 유리, 백시트를 접합합니다. 마지막으로 모듈을 냉각하고 꺼냅니다. 라미네이션은 모듈 생산의 중요한 단계로, 라미네이션 온도와 시간은 EVA의 특성에 따라 결정됩니다. 일반 EVA를 사용할 때 라미네이션 사이클 시간은 약 10~15분이며, 경화 온도는 135~145도입니다.

주요 공정 관리: 기포, 스크래치, 움푹 들어감, 부풀음, 셀 균열.

라미네이션 전에 엄격한 외관 검사와 EL 테스트가 필요하여 모듈 성능과 안전을 보장해야 한다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

외관 검사

EL 검사

프레이밍

프레임은 모듈의 강화 유리와 라미네이션된 모듈의 가장자리와 모서리를 보호하여 이후 설치를 더 쉽게 만듭니다.

주요 공정 관리: 움푹 들어감, 마모, 스크래치, 장착 구멍 누락, 뒷면 실리콘 넘침, 기포, 실리콘 부족.

정션 박스 설치

정션 박스는 PV 모듈을 연결하고 보호하며, 모듈에서 생성된 전류를 사용자에게 전도합니다.

주요 공정 관리: 기포 및 실리콘 넘침.

큐어링

이전 프레임 및 정션 박스 설치 단계에서 주입된 실리콘은 경화되어 밀봉을 강화하고 이후 모듈을 혹독한 외부 환경으로부터 보호합니다.

주요 공정 관리: 경화 시간, 온도 및 습도.

테스트

전기적 성능 매개변수를 측정하여 모듈의 등급을 결정합니다. 세 가지 주요 테스트가 포함됩니다: 절연 내전압 테스트는 고전압 하에서 프레임과 내부 충전부(셀, 리본 등) 사이의 안전성을 확인합니다; 접지 연속성 테스트는 프레임과 접지 사이의 저항을 측정하여 프레임 접지가 양호한지 확인합니다; IV 테스트는 전기적 성능 매개변수를 측정하여 모듈 등급을 결정합니다.

단일 PV 모듈의 생산 공정

• 산업용 로봇이 책 크기의 단일 PV 셀을 생산 라인에 배치합니다.

• 배치된 PV 셀은 접합 및 납땜되며, 12개의 셀 한 줄이 납땜되고 절단됩니다. 기계화 이전에는 이 작업에 약 4~5명이 동시에 필요했습니다.

• 납땜된 PV 셀은 품질 검사를 거칩니다. 품질 문제가 없는 셀은 다음 단계로 직접 보내져 배열 및 정리됩니다.

• PV 셀은 그룹당 12개씩 6줄로 배열됩니다.

• 가열, 접착, 필름 적용이 수행됩니다.

• 첫 번째 층은 유리, 두 번째는 EVA, 중간은 PV 셀, 네 번째는 다시 EVA, 다섯 번째는 방수 및 내식성을 위한 백시트입니다.

• 단결정 PV 모듈 그룹은 5개의 층으로 구성됩니다. 라미네이션은 이 5개 층을 하나로 융합합니다.

• 라미네이션 후 4시간의 냉각 경화 후, 수동 먼지 제거가 수행되고 가장자리와 모서리가 검사됩니다.

• 완성된 PV 모듈은 모의 태양광 기능 테스트를 거칩니다.

• 최종 검사 및 포장이 수행됩니다.

Ooitech의 견해

Ooitech는 다음과 같이 믿습니다: 태양광 모듈 제조는 정밀한 셀 스트링과 신뢰할 수 있는 라미네이션에 달려 있으며, 하프 셀 기술과 엄격한 EL 테스트가 더 높은 효율과 장기 신뢰성의 핵심입니다.