Como fabricar un panel solar: paso a paso

Para fabricar Paneles Solares Fotovoltaicos se necesitan varios procesos individuales que coloquen las células fotovoltaicas en un panel solar. En este post le explicamos todo sobre estos procesos.

COMO FABRICAR UN PANEL FOTOVOLTAICO

Primero hablaremos un poco sobre los materiales usados al fabricarlos, o sea, los insumos utilizados durante su elaboración.

MATERIALES DE LOS PANELES SOLARES

A continuación le mostramos cuáles son los principales materiales utilizados al fabricar paneles solares:

Célula fotovoltaica

Las células solares están hechas de una placa o ‘pedazo fino’  de cristal de silicio ultra puro y deben manipularse con sumo cuidado, ya que se agrietan muy fácilmente. El proceso de fabricación de paneles solares se creó para proteger las células y hacer que la placa solar produzca energía durante décadas.

La célula fotovoltaica es la “vida” de su panel solar, es ella la que, mediante una reacción físico-química, transforma la luz solar en energía eléctrica. Esta representa aproximadamente el 60% del costo de un panel solar. Por lo general son muy delgados con aproximadamente 185 micrones de espesor (menos de 2 mm).

Vidrio Fotovoltaico (Vidrio templado para la fabricación de paneles solares)

El vidrio utilizado en la fabricación de un panel solar no es un vidrio cualquiera. Es un vidrio especial ultra puro con bajo contenido en hierro, especialmente diseñado para reflejar menos y dejar pasar la mayor cantidad de luz. Es un vidrio templado especial de 3,2 mm o 4 mm recubierto con una sustancia antirreflejante. Los paneles con vidrio de buena calidad resistirán a las tormentas de granizo más fuertes. Este vidrio especial representa aproximadamente el 10% del costo de fabricación del panel solar.

Película encapsulante para el panel solar – EVA

La película para encapsulación de células solares, tradicionalmente conocida como EVA o etileno acetato de vinilo (en inglés Ethylene Vinyl Acetat), es un material de sellado de curado rápido diseñado específicamente para paneles fotovoltaicos. Protege las células fotovoltaicas del envejecimiento provocado por los rayos ultravioleta, las temperaturas extremas y la humedad, asegurando que la máxima luz visible llegue a las células solares. EVA representa aproximadamente el 8% del costo de fabricación de un panel solar.

Cubierta posterior (también conocido como backsheet)

La película blanca que va en la parte posterior del panel solar se llama Backsheet. La función principal de esta cubierta posterior es proteger los componentes internos del panel solar, específicamente las células fotovoltaicas, además de actuar como aislante eléctrico. Tienen una composición robusta al estar compuesta por 3 capas. Tiene la apariencia de una “película plástica blanca gruesa”. El backsheet representa aproximadamente el 8% del costo de fabricar el panel solar

Caja de conexiones ( PV – Junction Box)

Este material es una parte muy importante del panel solar. La caja de conexiones es un “gabinete” que se encuentra en la parte posterior del panel solar donde las cadenas de células, o strings (células fotovoltaicas interconectadas en serie) están conectadas eléctricamente.

La caja de conexiones (o caja de empalmes) está pegada a la parte posterior del panel solar con adhesivo de silicona o una cinta especial de doble cara. Tiene diodos de bypass en su interior que garantizarán la seguridad y el correcto funcionamiento del panel solar.

Las cajas de empalmes ya vienen con cables y conectores especiales (tradicionalmente se utilizan conectores MC4 o MC3) que se utilizan para interconectar paneles solares cuando se instalan en su techo. La caja de conexiones representa aproximadamente el 6% del costo de fabricación del panel solar.

Nota: las cajas de conexiones deben tener al menos un grado de protección IP65, pero lo ideal es que tengan un grado IP67. Esto asegurará que su panel solar dure mucho más tiempo evitando la corrosión.

Marcos de paneles solares hechos de aluminio anodizado (Frame del panel solar)

Se agrega un marco de aluminio anodizado especialmente desarrollado alrededor de un panel para incrementar resistencia al panel solar y garantizar su integridad en las situaciones más adversas.

Sirve tanto para proteger el panel durante la instalación como para asegurar que el panel solar no se “doble” provocando grietas en las celdas. Por eso es muy importante observar el grosor del marco, que no debe ser inferior a 4 centímetros, y tener la garantía de que ha sido anodizado para que sus paneles duren mucho tiempo. El marco del panel solar representa aproximadamente el 8% de su costo.

 

Proceso de fabricación del panel solar paso a paso

Varios procesos individuales conectados y continuos colocan las células fotovoltaicas en un panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos deben fabricarse con tecnología de punta para que puedan durar décadas, o más según como fueran diseñados. Vea a continuación los principales pasos en la producción del panel solar fotovoltaico tradicional:

Paso 1: limpieza del vidrio

La limpieza del vidrio especial es esencial para garantizar que no se formen “burbujas” en el panel solar después de que esté laminado y finalizado. La suciedad, como la grasa de los dedos, puede hacer que el encapsulante se despegue del vidrio con el tiempo, creando burbujas que pueden dañar el panel solar. Lo ideal es utilizar una máquina específica para hacer este proceso donde el agua utilizada para lavar el vidrio pasa por un proceso de ósmosis inversa.

Paso 2: interconexión de células fotovoltaicas

La interconexión de las celdas es una de las partes más críticas en la fabricación de paneles solares. Las celdas están interconectadas a través de cables conductores hechos de cobre, aluminio u otros materiales, formando “strings” (módulos fotovoltaicos conectados en series). 

El lado inferior de una celda se conecta al lado superior de la siguiente celda hasta que se forma la serie de celdas con el número deseado. Tradicionalmente, en paneles de 250 o 260 vatios, hay 6 series de 10 celdas cada uno. Es decir, son paneles de 60 celdas. En el proceso de interconexión, una máquina de soldadura especial de “contacto ligero” suelda las conexiones como se muestra en la imagen siguiente.

Importante: cuando observas una celda en un panel solar podemos ver que tiene 2,3 o 4 líneas longitudinales gruesas, llamadas Bussbar, barra colectora o embarrado, así como docenas de líneas longitudinales más delgadas. Es a través del embarrado que se realiza la interconexión en serie de los módoluos (en la foto de abajo se puede ver que la celda en este caso tiene 2 barras colectoras [bussbars]).

Nota: Las células fotovoltaicas con 3 o 4 barras colectoras son las más usadas hoy en día, y también son las más eficientes, produciendo más energía por m².

Ejemplo de máquina para hacer paneles solares

Vea a continuación una foto de la máquina “Stringer 2000” que realiza este proceso de interconexión de las células fotovoltaicas.

  • 1 – Parte delantera

    El Stringer 2000 es ajustable y puede trabajar con celdas de 3 a 5 barras colectoras. Los carretes de cinta (cinta de cobre estañado) se colocan en un lugar donde pueden ser intercambiados fácilmente.
  • 2 – Compartimento de celdas:

    las celdas se almacenan en un compartimento específico que pueden almacenar diferentes tamaños de celda.
  • 3 – Estación de carga de células:

    la altura del lote de células en el compartimento se controla mediante un sensor. Las celdas se separan cuidadosamente mediante una corriente de aire y se colocan suavemente sobre la cinta transportadora a través de un sistema robótico que utiliza un proceso de succión (ventosas especialmente diseñadas para no dañar las celdas finas durante este proceso).
  • 4 – Sistema óptico y transporte:

    Un sistema óptico asegura un control de la calidad y la perfecta alineación de las células. La primera unidad de la cámara verifica las celdas en busca de errores geométricos y grietas. Las células rechazadas se eliminan cuidadosamente con unas pinzas. Las células restantes se colocan con precisión en la cinta de soldadura y transporte. Ahí se realiza un proceso de precalentamiento individual y controlado.
  • 5 – Manejo de la cinta:

    un equipo específico que controla el flujo de la cinta la estira para prepararla para el siguiente paso: la soldadura que interconecta una celda con otra.
  • 6 – Estación de soldadura:

    las celdas y tiras precalentadas se dirigen a la estación de soldadura, mientras que un sistema de vacío asegura un posicionamiento preciso de la celda. La soldadura especial funciona con un solo toque, utilizando la mínima cantidad de energía necesaria para producir una unión reproducible y de alta calidad.
  • 7 – Sistema de limpieza automática:

    Limpia sistemáticamente el “cabezal” de soldadura asegurando un alto rendimiento del equipo.
  • 8 – Inspección de celdas y tapete de salida:

    el tapete de salida transporta la serie de celdas interconectadas a la máquina y un sistema óptico conecta individualmente las celdas en una tubería de electroluminiscencia para ver si alguna celda se ha dañado en el proceso de interconexión.

Paso 3 – Sistema de ensamblaje de matriz celular (layup)

Foto: Meyer Burger

El sistema de montaje de Matriz Celular, también conocido como “layup”, es el proceso de recolectar la serie de células fotovoltaicas interconectadas y colocarlas encima del vidrio y el EVA. Este proceso es delicado y debe ser realizado por una máquina especial para evitar romper las células y garantizar su perfecta alineación en el panel solar.

El sistema “layup” está siempre conectado a los Stringers (máquinas de interconexión de celdas) y debe funcionar en perfecta armonía para garantizar calidad y rapidez. En la imagen a continuación, mostramos el sistema Matrix Assembly System 3.8 BB de Meyer Burger, que es capaz de manejar 3800 células fotovoltaicas por hora.

En la foto a continuación se muestra:

1 – En la parte superior izquierda de la foto donde el sistema layup en donde se pueden ver las celdas en azul. Las dos máquinas en la esquina inferior derecha son los Stringers.

2 – Los principales detalles del proceso de colocación.  

1 – Manipulación: Las cadenas (serie de celdas) son transportadas por el brazo robótico de la máquina que utiliza un sistema de ventosas con resortes para asegurar que el impacto sea mínimo durante este proceso.

2 – Alineación: Un sistema óptico analiza la alineación de las celdas y realiza las correcciones necesarias para que queden correctamente posicionadas.

3 – Posicionamiento: Las cadenas se colocan perfectamente sobre el vidrio y el EVA para que comience el siguiente paso de la fabricación del panel.

Paso 4 – Interconexión manual

Una vez que la matriz de celdas se ha ensamblado y colocado en perfecta alineación sobre el vidrio y el EVA, el siguiente paso ahora es interconectar manualmente los módulos en serie de celdas. (Este proceso también se puede automatizar). De forma sencilla se sueldan las strings de las celdas y se crea una conexión eléctrica entre ellas.

Paso 5 – Posicionamiento de EVA y Backsheet

La segunda hoja de EVA se coloca cuidadosamente sobre la matriz de la celda y luego el backsheet sobre el EVA. Ahora el panel está listo para el laminador y así, volverse impermeable y protegido.

Paso 6 – Laminación del panel solar

Cuatro paneles son puestos al mismo tiempo en una máquina laminadora. Si tuviéramos que ponerlo de la manera más sencilla posible, lo laminadores realizan una función similar a la de una máquina para plastificar documentos, pero está claro que es un proceso muy específico y con miles de factores que van a impactar la duración del panel.

Es durante el proceso de laminación que el EVA se derretirá / fundirá y formará una unión perfecta entre las capas y, por lo tanto, protegerá las células de la intemperie como la lluvia o el polvo. Las mejores laminadoras del mundo cuentan con 3 cámaras de proceso: 1 – Precalentamiento y laminación. 2 – Solo laminación. 3 – Control del proceso de enfriamiento del panel solar.

Uno de los pasos clave en este proceso es el enfriamiento del panel solar. Los laminadores de 3 cámaras proporcionan una curva de enfriamiento perfecta evitando que el panel solar se doble. A continuación se puede ver un panel solar ya laminado donde el proceso de laminación no estaba bien controlado y está ligeramente doblado: 

 

Paso 7 – Corte de las rebabas:

Cuando el panel solar sale del laminador, queda una pequeña parte del backsheet y EVA en los lados del panel. De esta manera, un operador utiliza una herramienta especial para cortar rápidamente la rebaba.

Paso 8 – Caja de conexiones:

La caja de conexiones se instala de manera rápida y fácil. La silicona se utiliza como sellador o una cinta especial de doble cara para realizar la fijación. Si se utiliza silicona, es necesario dejar los paneles solares fuera de línea un rato después de pegar la caja de conexiones para que la silicona se seque correctamente. Como se explicó anteriormente, tiene diodos de bypass en su interior que garantizarán la seguridad y el correcto funcionamiento del panel solar.

 

Paso 9 – Marcos de alumínio:

Después de instalar la caja de conexiones, una prensa, semiautomática o automática, coloca el marco de aluminio sobre el panel solar. El marco de aluminio del panel solar proporciona rigidez y protección al vidrio del panel. 

Paso 10 – Prueba e inspección

La última etapa de la línea de producción de paneles solares es esencial para garantizar la calidad del panel solar. Tradicionalmente, se deben realizar un mínimo de 2 pruebas (Importante: es necesario realizar otras pruebas en el laboratorio para considerar que su panel es seguro y duradero).

B – Flash Test: Se utiliza un simulador solar (equipo que simula la luz solar) para “flashear” el panel solar. En este “flash” es posible medir en segundos cuál es su potencia (Ejemplo 260Watts), cuál es la eficiencia del panel solar (ej: 15,5%) así como su voltaje y corriente.

Paneles solares con defectos a través de la prueba de Electroluminiscencia

Nota: Es imprescindible utilizar un simulador certificado TUV como A + A + A +. La razón es simple: el panel solar se vende a peso $ por Watt. Si se midió erradamente, puede perder millones de pesos o ser demandado por vender un panel que no tiene la potencia prometido.

A – Prueba de electroluminiscencia (EL Test): Esta prueba tiene como objetivo hacer una “radiografía” del panel solar. Se inyecta una cantidad de corriente en el panel solar y una foto infrarroja revela si el panel tiene células compatibles y si hay microgrietas. Todos los buenos fabricantes hacen esta prueba y conservan esta “radiografía” y el número de serie del panel por si lo necesitan en el futuro.

Paso 11 – Separación y empaque de paneles solares

Este es el último paso de una línea de montaje de paneles fotovoltaicos. De acuerdo con los resultados de la prueba Flash y la prueba EL, los paneles solares son separados en categorías de potencia (por ejemplo, 250W, 255W, 260W, 265W…) empaquetados y enviados al cliente. 

 

Vea a continuación un video de una fábrica de paneles solares

El grupo Meyer Burger es la empresa más importante del mundo en desarrollo de tecnología para la fabricación de Wafers, células fotovoltaicas y paneles fotovoltaicos. Desarrollan las máquinas y tecnologías utilizadas por los principales fabricantes de paneles solares del mundo. En otras palabras, si tienes un panel solar en tu techo, es muy probable que algunas de las máquinas que utilizó el fabricante fueran desarrolladas por Meyer Burger.

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