태양광 패널을 만드는 데 사용되는 기계는 무엇인가요?

태양광 패널 공장에 들어가면 원자재를 완제품 패널로 바꾸는 거대한 기계 하나를 볼 수 없습니다. 실제로 보이는 것은 연결된 생산 라인으로, 각 기계는 셀 절단, 스트링으로 납땜, 스트링 배열, 모듈 라미네이션, 프레임 설치, 최종 테스트 등 특정 작업을 담당합니다.

종이상으로는 상당히 간단해 보입니다. 실제 생산에서는 모든 공정이 다음 공정에 영향을 미칩니다. 레이업 중 작은 위치 오류는 라미네이션 후 기포나 정렬 결함이 될 수 있습니다. 불량 납땜 부위는 육안으로는 괜찮아 보일 수 있지만 EL 검사에서 어두운 영역으로 나타날 수 있습니다.

이것이 좋은 태양광 패널 생산 라인이 무작위 기계 모음이 아닌 하나의 균형 잡힌 시스템으로 작동해야 하는 이유입니다.

장비를 살펴보기 전에 중요한 구분이 하나 있습니다.

이 기사는 태양광 모듈 생산 라인—완성된 태양광 셀을 구매하여 태양광 패널로 조립하는 공장에 관한 것입니다. 실리콘 웨이퍼에서 태양광 셀을 제조하는 것은 습식 화학 장비, 확산로, PECVD 또는 ALD 시스템, 스크린 프린터, 소성로 및 기타 특수 기계를 포함하는 다른 공정입니다.

그렇다면 완성된 태양광 패널을 만드는 데 어떤 기계가 사용될까요?

1. 태양광 셀 테스터 및 분류기

같은 생산 배치의 태양광 셀은 항상 전기적으로 동일하지 않습니다. 전류, 전압, 최대 출력이 약간 다를 수 있습니다. 전기적 특성이 크게 다른 셀이 같은 스트링에 연결되면 가장 낮은 성능의 셀이 전체 스트링의 출력을 제한할 수 있습니다.

태양광 셀 테스터는 다음과 같은 매개변수를 측정합니다:

• 개방 회로 전압

• 단락 전류

• 최대 출력

• 셀 효율

• I-V 곡선 특성

분류 시스템은 그 후 유사한 성능을 가진 셀들을 그룹화합니다.

일부 생산 라인은 셀이 스트링 공정에 들어가기 전에 엣지 칩, 미세 균열, 오염 및 전기적 비활성 영역을 식별하기 위해 자동 광학 검사 또는 셀 레벨 EL 검사도 사용합니다.

작은 단계처럼 보일 수 있지만, 정확한 분류는 전기적 불일치를 줄이고 완성된 모듈의 일관성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

2. 태양광 셀 레이저 절단기

대부분의 현대 태양광 모듈은 하프 컷 셀을 사용합니다. 슁글드 및 기타 특수 모듈 설계는 더 작은 셀 조각을 사용할 수 있습니다. 이러한 경우, 풀 사이즈 태양광 셀은 스트링 공정 전에 분할되어야 합니다.

태양광 셀 레이저 절단기는 높은 정밀도로 셀을 스크라이빙하고 분리합니다. 모듈 설계에 따라 셀을 절반, 1/3 또는 더 작은 조각으로 절단할 수 있습니다.

두 가지 일반적인 절단 방법이 사용됩니다:

• 기존의 레이저 스크라이빙 후 기계적 분리

• 기계적 및 열적 응력을 줄이기 위해 설계된 비파괴 레이저 절단

셀이 더 얇고 커짐에 따라 비파괴 절단이 더 중요해지고 있습니다. 절단 중 생성된 미세 균열은 스트링, 라미네이션, 운송 또는 장기간 옥외 작동 중에 확장될 수 있습니다.

공장이 풀 셀 모듈만 생산하는 경우 레이저 절단기가 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 하프 셀 및 슁글드 모듈 생산의 경우, 이는 라인의 핵심 부분입니다.

3. 태버 스트링거 머신

태버 스트링거는 종종 태양광 패널 생산 라인의 심장으로 간주됩니다.

그 주요 작업은 개별 셀에 태양광 리본을 납땜하고 셀을 직렬로 연결하여 셀 스트링을 형성하는 것입니다. 현대 기계는 일반적으로 태빙과 스트링을 하나의 자동 공정으로 결합합니다.

태버 스트링거는 일반적으로 다음을 처리합니다:

• 셀 로딩 및 분리

• 셀 위치 결정

• 리본 공급

• 플럭스 도포

• 솔더링

• 스트링 정렬

• 스트링 절단 및 배출

• 비전 검사

올바른 스트링 방법은 셀 기술에 따라 다릅니다.

PERC 및 TOPCon 셀은 일반적으로 기존의 멀티 버스바 스트링거로 처리할 수 있습니다. HJT 셀은 열에 더 민감하므로 저온 납땜이 필요할 수 있습니다. BC, IBC, ABC 및 HPBC 셀은 양극과 음극 접점이 모두 후면에 있기 때문에 특수한 후면 접촉 용접 장비가 필요합니다.

따라서 스트링거 선택은 셀 크기, 버스바 설계, 리본 유형, 납땜 온도 및 모듈 구조를 기준으로 해야 하며, 광고된 시간당 셀 수치만 기준으로 해서는 안 됩니다.

4. 인라인 스트링 EL 검사

스트링 EL 검사는 일반적으로 탭퍼 스트링거에 통합된 선택 기능이며, 완전히 별도의 기계는 아닙니다.

실제로 대부분의 제조업체는 특히 TOPCon, HJT 또는 BC 셀로 모듈을 생산할 때 이 옵션을 선택합니다. 이러한 셀 기술에서는 약한 납땜 접합부, 숨은 균열 및 전기적으로 비활성인 영역을 일반적인 육안 검사로 식별하기 어려울 수 있습니다.

인라인 EL 검사는 납땜 직후 스트링을 검사합니다. 연결된 셀에 전류를 인가하고 적외선 감지 카메라가 전계발광 이미지를 캡처합니다. 균열, 단선 영역 및 불량한 전기 연결은 비정상적인 어두운 영역으로 나타납니다.

이를 통해 적층 및 라미네이션 전에 불량 스트링을 제거할 수 있으며, 이때 수리 또는 교체가 비교적 쉽습니다.

오프라인 스트링 EL 테스터는 샘플링, 재검사 또는 실험실 분석에 여전히 사용될 수 있지만, 스트링거에 인라인 EL 검사가 이미 포함된 경우 별도의 생산 스테이션으로 일반적으로 필요하지 않습니다.

5. 태양광 유리 로딩 및 검사 장비

현대 모듈 공장에 공급되는 태양광 유리는 일반적으로 유리 제조업체에서 세척 및 준비됩니다. 따라서 표준 태양광 패널 생산 라인에서는 전용 유리 세척기가 일반적으로 필요하지 않습니다.

자동 유리 로더가 준비된 유리를 컨베이어에 놓습니다. EVA 또는 POE를 깔기 전에 유리는 다음 사항을 검사합니다:

• 먼지 및 표면 오염

• 스크래치

• 모서리 손상

• 유리 칩

• 코팅 결함

• 치수 오류

전면 유리는 모듈 적층의 기초를 형성하므로, 이후의 재료 배치 및 셀 적층 공정 동안 그 위치가 안정적으로 유지되어야 합니다.

6. EVA, POE 및 백시트 절단 및 배치 기계

적층 전에, 봉지재와 후면 재료는 올바른 모듈 치수로 절단되어야 합니다.

자동 절단 및 배치 기계는 다음과 같은 재료를 준비할 수 있습니다:

• EVA 필름

• POE 필름

• TPT 또는 기타 백시트

• 절연 스트립

• 버스바 절연 재료

절단 후, 기계는 봉지재를 유리 위에 자동으로 배치합니다.

유리-유리 모듈의 경우, 폴리머 백시트는 두 번째 유리 조각으로 대체됩니다. 따라서 라인 레이아웃, 라미네이터 및 핸들링 장비는 추가 중량과 다른 모듈 구조를 고려하여 설계되어야 합니다.

소규모 공장에서는 EVA 및 백시트 재료를 수동으로 절단할 수 있습니다. 생산 능력이 증가함에 따라 자동 절단 및 배치가 더 가치 있게 되는데, 이는 치수 일관성을 개선하고 재료 낭비를 줄이기 때문입니다.

7. 자동 적층 기계

자동 적층 기계는 완성된 셀 스트링을 가져와 유리와 봉지재 위에 배치합니다.

이것은 정밀 공정입니다. 스트링 간격, 셀 정렬 및 셀과 유리 가장자리 사이의 거리는 지정된 공차 내에 유지되어야 합니다.

잘못된 정렬은 완성된 패널에서 쉽게 눈에 띄지만, 외관만이 유일한 문제는 아닙니다. 잘못된 스트링 위치는 봉지, 가장자리 밀봉 및 장기 모듈 신뢰성에도 영향을 미칠 수 있습니다.

자동 적층 기계는 일반적으로 다음을 사용합니다:

• 산업용 로봇 또는 갠트리 시스템

• 진공 그리퍼

• 비전 카메라

• 자동 위치 보정

• 스트링 간격 제어

• 유리 위치 감지

일부 생산 라인은 별도의 적층 기계를 사용합니다. 다른 라인은 스트링 배치, 적층 및 버스 연결을 하나의 통합 장치로 결합합니다.

8. 버스바 머신

스트링이 배치된 후에는 버스바 리본으로 전기적으로 연결해야 합니다.

자동 버스바 머신은 모듈의 전기 설계에 따라 스트링 단자를 용접하거나 납땜합니다. 또한 버스바 리본을 자동으로 구부리거나 절단하고 위치를 잡을 수도 있습니다.

하프셀 모듈은 상부와 하부 셀 섹션이 일반적으로 병렬로 연결되므로 특별한 주의가 필요합니다. 리드아웃 지점은 일반적으로 패널 상단이 아닌 중간 부근에 위치합니다.

버스바 공정은 다음을 제어해야 합니다:

• 버스바 위치

• 용접 또는 납땜 온도

• 접합 강도

• 리본 형태

• 스트링 간격

• 리드아웃 리본 위치

약한 버스바 연결은 전력 손실, 과도한 국부 발열 또는 완전한 회로 고장을 유발할 수 있습니다.

소규모 반자동 라인에서는 버스바 작업을 납땜 도구와 위치 템플릿을 사용하여 수동으로 완료할 수 있습니다. 더 높은 용량의 공장에서는 일반적으로 일관성과 처리량을 높이기 위해 자동 버스바 머신을 사용합니다.

9. 라미네이션 전 EL 테스터 및 육안 검사

라미네이션 전에 조립된 모듈은 육안 검사와 EL 테스트를 통과해야 합니다.

이것은 많은 생산 결함을 수리할 수 있는 마지막 실질적인 기회입니다. 작업자 또는 자동 검사 시스템은 다음과 같은 문제를 확인합니다:

• 균열된 셀

• 정렬이 잘못된 스트링

• 누락된 리본

• 불량한 버스바 연결

• 잘못된 리드아웃 위치

• 모듈 내부 오염

• 주름지거나 변위된 봉지재

• 잘못된 백시트 배치

라미네이션 전 EL 테스터는 영구적으로 밀봉되기 전에 전체 셀 회로의 전기 상태를 확인합니다.

라미네이션은 사실상 되돌릴 수 없습니다. 라미네이션 후 결함이 발견되면 수리 비용이 훨씬 높아지며, 많은 경우 전체 모듈을 폐기해야 합니다.

10. 태양광 패널 라미네이터

라미네이터는 유리, 봉지재, 태양전지 및 백시트(또는 후면 유리)를 하나의 내구성 있는 구조로 밀봉합니다.

라미네이터 내부에서 진공이 모듈 스택에서 갇힌 공기를 제거합니다. 그런 다음 열과 압력이 EVA 또는 POE를 경화시켜 모든 층을 결합합니다.

라미네이션 레시피는 다음에 따라 달라집니다:

• 캡슐화재 유형

• 모듈 크기

• 유리 두께

• 유리-백시트 또는 유리-유리 구조

• 셀 기술

• 재료 공급업체 요구 사항

일반적인 라미네이션 사이클은 약 10~20분이 소요될 수 있지만, 실제 시간은 재료와 장비에 따라 다릅니다.

라미네이터는 생산 라인에서 가장 느린 주요 공정인 경우가 많습니다. 따라서 공장에서는 여러 대의 라미네이터를 병렬로 운영해야 할 수 있습니다.

이는 생산 능력을 계산할 때 중요한 포인트입니다. 라미네이션 섹션이 동일한 속도로 패널을 처리할 수 없다면 더 빠른 스트링거를 설치해도 최종 모듈 출력이 증가하지 않습니다.

라미네이션 품질은 접착력, 전기 절연, 내습성 및 모듈의 예상 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

11. 트리밍 및 라미네이션 후 검사 장비

라미네이션 후 모듈 가장자리 주변에 과도한 EVA, POE 또는 백시트가 남습니다. 이 재료는 프레이밍 전에 제거해야 합니다.

소규모 라인에서는 작업자가 가장자리를 수동으로 트리밍할 수 있습니다. 고용량 자동 라인은 일반적으로 가장자리 트리밍 기계를 사용합니다.

라미네이션된 모듈은 다음 사항도 검사합니다:

• 기포

• 박리

• 캡슐화재 넘침

• 스크래치

• 유리 손상

• 셀 이동

• 스트링 변위

• 라미네이트 내부 오염

자동 회전 장치는 수동 들어올림에 의존하지 않고 모듈의 양면을 검사하기 쉽게 만듭니다.

12. 프레임 접착 및 프레이밍 기계

대부분의 일반 태양광 패널은 알루미늄 프레임을 사용하여 유리 가장자리를 보호하고 운송 및 설치 중 기계적 지지를 제공합니다.

프레임 섹션에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 자동 프레임 접착 기계

• 알루미늄 프레임 로딩 시스템

• 코너 키 삽입 장비

• 프레임 조립 기계

• 공압 또는 유압 프레임 기계

• 프레임 펀칭 장비

실런트는 4개의 프레임 섹션이 라미네이트 모듈 주위에 압착되기 전에 알루미늄 프로파일 내부에 적용됩니다.

완성된 프레임은 정사각형이고 안전하며 적절하게 밀봉되어야 합니다. 일반적인 프레임 결함에는 느슨한 모서리, 불충분한 실런트, 과도한 실런트, 긁힘 및 잘못된 프레임 치수가 포함됩니다.

프레임리스 유리-유리 모듈은 제품 설계에 따라 이 공정이 필요하지 않을 수 있습니다.

13. 정션 박스 설치 기계

정션 박스는 셀 회로의 전기 출력을 수집하고 모듈과 외부 PV 시스템 간의 연결을 제공합니다.

정션 박스 공정에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 정션 박스 위치 지정

• 실리콘 또는 접착제 도포

• 리드 아웃 리본 납땜

• 자동 터미널 용접

• AB 접착제 충전

• 포팅

• 케이블 및 커넥터 검사

정션 박스 납땜 기계는 모듈의 리드 아웃 리본을 정션 박스 터미널에 연결합니다. 그런 다음 디스펜싱 또는 포팅 기계가 실런트 또는 충전 재료를 적용하여 전기 연결부를 습기, 움직임 및 부식으로부터 보호합니다.

접착제 및 포팅 재료는 최종 테스트 및 포장 전에 충분한 경화 시간을 받아야 합니다.

14. 최종 EL 테스터

두 번째 EL 테스트는 일반적으로 라미네이션 또는 최종 모듈 조립 후에 수행됩니다.

이 테스트는 라미네이션, 트리밍, 프레이밍 또는 자재 취급 중에 새로운 미세 균열이 발생할 수 있기 때문에 필요합니다.

최종 EL 이미지는 다음을 드러낼 수 있습니다:

• 셀 미세 균열

• 파손된 셀

• 단선된 핑거

• 불량 솔더 조인트

• 파손된 버스바

• 전기적으로 비활성 영역

• 스트링 중단

자동 이미지 분석 소프트웨어는 결함 분류를 도울 수 있지만, 제조업체는 여전히 명확한 합격 기준이 필요합니다. 시스템은 어떤 결함이 허용 가능한지, 어떤 것이 재작업이 필요한지, 어떤 것이 불합격 처리되는지 정의해야 합니다.

15. 솔라 시뮬레이터 및 I-V 테스터

솔라 시뮬레이터는 플래시 테스터 또는 I-V 테스터라고도 하며, 제어된 조명 하에서 완성된 태양광 패널의 전기적 성능을 측정합니다.

테스터는 다음 매개변수를 기록합니다:

• 최대 출력

• 개방 회로 전압

• 단락 전류

• 동작 전압

• 동작 전류

• 필 팩터

• 모듈 효율

• 전체 I-V 곡선

측정된 전력은 패널 등급을 매기고 명판 또는 생산 라벨을 생성하는 데 사용됩니다.

솔라 시뮬레이터는 적절한 스펙트럼 매칭, 광 균일성 및 안정성을 가져야 합니다. 테스트 속도도 라인의 나머지 생산 능력과 일치해야 합니다. 그렇지 않으면 완성된 패널이 테스트 스테이션 앞에 쌓이기 시작할 것입니다.

16. 안전 테스트 장비

전기 출력은 최종 품질 관리의 한 부분일 뿐입니다. 패널은 또한 전기적으로 안전해야 합니다.

일반적인 안전 테스트 장비는 다음과 같습니다:

• 하이팟 테스터

• 절연 저항 테스터

• 접지 연속성 테스터

• 누설 전류 시험기

하이팟(hi-pot) 시험은 내부 전기 회로와 모듈 프레임 사이에 고전압을 인가하여 절연 무결성을 검증합니다.

접지 연속성 시험은 알루미늄 프레임과 접지점 사이의 전기적 연결을 측정합니다. 절연 시험은 모듈이 위험한 누설 경로 없이 안전하게 작동할 수 있는지 확인합니다.

이들은 선택적인 품질 검사가 아닌 필수 생산 시험입니다.

17. 라벨링, 분류 및 포장 라인

패널이 전기, 안전, EL 및 육안 검사를 통과한 후, 공장은 제품 라벨을 인쇄하고 최종 시험 결과를 기록합니다.

각 모듈은 일반적으로 고유한 일련 번호를 받습니다. 자동 라인에서는 이 번호를 MES 또는 추적 시스템에 연결할 수 있습니다.

그러면 공장은 완성된 모듈을 다음과 같은 정보로 추적할 수 있습니다:

• 태양전지 배치

• 스트링거 생산 데이터

• EL 이미지

• 레이업 스테이션

• 라미네이터 레시피

• 프레이밍 스테이션

• I-V 시험 결과

• 안전 시험 결과

• 생산 날짜 및 교대

완성된 모듈은 출력 등급별로 분류되고, 보호 재료로 적층된 후 운송을 위해 포장됩니다.

포장은 단순한 공정처럼 보일 수 있지만, 잘못된 적층이나 불충분한 보호는 프로젝트 현장에 도달하기 전에 양호한 모듈을 손상시킬 수 있습니다.

반자동 또는 완전 자동?

태양광 패널 공장이 항상 완전 자동화를 필요로 하는 것은 아닙니다.

반자동 라인은 파일럿 프로젝트, 지역 제조업체 및 계획 용량이 낮은 공장에 적합한 경우가 많습니다. 작업자는 버스바 연결, 자재 준비, 트리밍, 정션박스 설치 및 육안 검사를 수동으로 수행할 수 있습니다.

완전 자동화 라인은 로봇 핸들링, 자동 컨베이어, 통합 검사 시스템, 생산 버퍼 및 데이터 추적 기능을 추가합니다. 이는 더 높은 처리량과 더 일관된 공정 제어를 제공하지만, 더 강력한 유지보수 능력과 더 나은 생산 관리도 요구합니다.

적절한 자동화 수준은 다음에 따라 달라집니다:

• 계획된 연간 생산 능력

• 모듈 설계

• 셀 기술

• 가용 투자

• 현지 노동 조건

• 제품 품질 요구 사항

• 향후 확장 계획

각 기계를 개별적으로 선택하지 마십시오

가장 큰 기계가 항상 가장 중요한 기계는 아니며, 가장 빠른 기계가 자동으로 가장 빠른 생산 라인을 만들지 않습니다.

생산 능력은 셀 절단, 스트링, 적층, 버스 연결, 라미네이션, 프레임, 정션 박스 설치 및 최종 테스트 간에 균형을 이루어야 합니다.

공장에는 또한 다음과 같은 지원 시스템이 필요합니다:

• 자동 컨베이어

• 생산 버퍼

• 공기 압축기

• 진공 시스템

• 냉각기

• 자재 보관

• MES 및 추적 소프트웨어

• 유지보수 공간

• 품질 관리 구역

모듈 설계는 장비를 선택하기 전에 확정되어야 합니다. 기존 PERC 풀셀 모듈용으로 설계된 라인은 여러 기계를 변경하지 않고는 대형 포맷 TOPCon 하프셀, HJT 모듈, BC 셀 또는 무거운 유리-유리 패널에 적합하지 않을 수 있습니다.

따라서 현실적인 공장 계획은 목표 모듈 사양과 연간 생산 능력으로 시작해야 합니다. 최종 기계 목록은 그 후에 나옵니다.

우리의 관점은 간단합니다: 신뢰할 수 있는 태양광 공장은 인상적인 기계의 집합체가 아니라 균형 잡힌 생산 시스템이며, Ooitech는 5 MW에서 1.2 GW까지의 반자동 및 완전 자동 태양광 패널 생산 라인, 공장 레이아웃 설계, 설치, 교육, 원자재 지원 및 글로벌 애프터 서비스를 제공할 수 있습니다.