유리-필름, 유리-유리 PV 모듈 제조를 위한 효과적인 자동 생산라인

도리스 슐츠(Doris Schulz)

필자는 독일의 포르츠하임의 파흐호흐슐레 조형기술 경제대학(Fachhochschule ful Wirtschaft, Gestaltung und Technik)을 졸업하고 다양한 기업 홍보부서에서의 업무 경험을 갖고 있다.

오스트리아의 위즈스티리안타운에 근거지를 두고 있는 피브이프로덕트(PVP : PV Products GmbH)에서 수주한 많은 주문량을 봤을 때, 기존의 유리-필름(Glass-film) PV 모듈 생산뿐만 아니라 고품질의 유리-유리(Glass-glass) PV 모듈 제조 장비에 투자하는 것이 올바른 선택임이 분명했다. PVP의 일반적인 고효율 모듈은 156×156mm 단결정 및 다결정 실리콘 셀로 제조되며, 48·60·72셀의 세 가지 제품 시리즈로 출시된다. 2009년에 설립된 이 회사는 또한 다양한 형태와 다양한 색깔로 된 PV 모듈을 탄력적으로 공급하고 있다. 따라서 PVP는 안전강화유리(LSG) 혹은 LSG-절연 유리를 이용해 3,500×2,100mm까지 어떤 규격으로든 유리-유리 모듈을 제조할 수 있다. 또한 둥근 형태(라운드 형)와 삼각형 형태도 생산 가능하다. 유리 PV 부품들은 다양한 컬러를 이용할 수 있는 PVP 필름으로 코팅된다.

생산라인에 대한 높은 수요

이러한 높은 수준의 탄력성을 낮은 비용으로 효과적으로 현실화하기 위해 PVP는 회사의 요구에 정확하게 부합하는 반자동 생산라인을 확보할 필요가 있었다. 또한 다른 규격의 모듈을 생산하기 위해서는 생산라인을 신속히 전환할 수 있어야 했다. 카를쿠르비치(Karl Kurbisch) PVP 관리이사는 “우리는 수많은 제조업체들과 논의해보았고 마침내 ACI-에코텍과 협력하기로 결정했다”면서 “독일 남서부의 산림 지대에 위치한 이 회사와 협력하려고 결정한 이유는 부분적으로는 이 회사의 컨설팅 서비스가 탁월했기 때문이고, 또 다른 이유로는 이 회사의 제조 시스템 S30M의 콘셉트 때문이었다. 인간 중심적인 요인 또한 중요한 역할을 했다. 이러한 인간 중심적 요인 덕분에 우리는 매우 건설적인 방향으로 함께 협력할 수 있었다”고 설명했다.

현재 상태에서 S30M 생산라인은 완전 자동화 방식으로 30MW/a 용량의 PV 모듈 생산이 가능하다. PVP는 또한 5MW까지 생산 가능한 제조 시설을 보유하고 있다. 교차접촉을 위한 추가 로봇뿐만 아니라 차선책을 통합하는 것이 제조 공장 설계에서 이미 고려되었다. 이를 통해 생산 용량은 약 60MW/a까지 증대될 수 있다.

통합 생산라인과 맞춤형 생산

제조 시스템에서 첫 번째 공정은 크레인에 적합한 유리-세척 공정이다. 자동 세척과 건조 공정이 완료되면 최초의 봉지재 필름을 수동으로 작업한다. 그 후에 표준형 유리 패널 작업을 계속하면서도 특별한 형식들이 탄력적인 제조 공정에 첨가된다. 이와 동시에 PV 모듈은 스트링거 안에서 단일화되고 카메라 시스템으로 감시되며 정확한 위치에 자리를 잡게 된다. 이 때 버스바가 적용되어 솔더링 공정이 이루어진다. 모듈에 따라서 2~3개의 버스바가 사용된다. 클램핑 시스템은 솔더링 될 때까지 정확하게 버스바를 잡고 있는다. 이런 방법을 통해 아주 긴 스트링에서도 정확한 선과 결함 없는 외관 생산이 가능하다.

핸들링 시스템은 완제품 스트링의 위치를 정확하게 배치해 로봇이 스트링을 집을 수 있도록 한다. 유리 패널에 스트링을 위치시키기 전에 로봇이 솔더링 관리를 위해 테스트 장치를 통해 이 스트링을 통과시킨다. 이후 버스바는 자동적으로 짧아져서 길이 조정이 이루어진다.

레이업 공정의 특수한 기능은 특별한 시스템이다. 이 시스템을 통해 PVP는 주말의 휴무 시에도 스트링을 미리 생산해 그곳에 저장할 수 있으며, 이런 방식으로 생산라인 성능을 최적화하고 있다.

교차접촉은 다음 단계에서 일어난다. 두 개의 로봇이 이 과정에서 필요하다. 첫 번째 로봇은 유리 패널 위에 구리조각을 위치시키고 다른 로봇은 솔더링 될 때까지 구리조각을 필요한 위치에서 고정시키는 역할을 한다. 카를쿠르비치 관리이사는 “ACI-에코텍은 최고 품질의 연결이 가능한 유도성 과정을 사용할 것을 권고했고, 이런 방식은 모듈의 품질을 저해하거나 서비스 수명을 단축시킬 수 있는 솔더링, 또는 끊임없는 유동이 필요 없다는 장점도 가지고 있다”고 설명했다.

탄력적인 작업장에서 가공된 모듈은 두 번째 봉지재 필름과 코팅 필름 혹은 두 번째 유리판을 적용하기 전에 주요한 생산라인으로 반환된다.

세 단계 코팅 과정

PVP의 S30M 생산라인을 위한 라미네이터가 특수 제작되었고, 세 단계 공정을 위해 설계가 완료되었다. 첫 번째 단계는 막의 프레스에서 코팅 이전 단계이다. 두 번째 코팅층이 이후에 기존의 프레스를 사용해 적용되고, 마지막으로 모듈은 냉각 공정을 거친다. 이러한 방법을 통해 PVP는 상당한 성능 개선이 이루어진 코팅 공정을 실행할 수 있다. PVP는 라미네이터가 최대한의 성능을 발휘할 수 있도록 배치를 구성하고 매번 여러 가지의 모듈을 통합한다. 그런 다음에 절연 테이프를 전통적인 유리-필름 PV 모듈의 측면에 부착하면 모듈은 완전 자동으로 형태를 갖춰 알루미늄 틀이 만들어진다. 마지막으로 접속 배선함이 부착되고 봉지재로 마감한다.

295W까지 모듈 효율 증대

성능 점검과 품질 관리를 위해서 모든 PV 모듈은 연속 생산에서 사용하기 위해 최적화된 플래셔를 통과한다. 플래셔의 설계를 통해 모듈이 고속으로 점검될 수 있을 뿐만 아니라 플래셔 내부에 사용된 부품 또한 장기적인 서비스 수명, 높은 활용성, 최소의 유지 관리 비용을 가능하게 한다. 예를 들어 PVP의 단결정, 60셀 모듈은 250W까지의 용량을 갖고 있고, 72셀 버전은 295W까지 전력 생산이 가능하다.

친환경적인 생산 방식

스티리안은 친환경적 제품을 생산할 뿐만 아니라 생산 방법 또한 친환경적인 방법을 실행하고 있다. 라미네이터를 위한 펌프와 발열장치는 별도의 기계장비실에 위치해 있다. 이런 구조로 인해 생산 현장에서는 소음과 열 발생이 줄어들고 그만큼 쾌적한 작업 환경이 확보되는 것이다. PVP는 또한 건물 난방을 위해 목재조각을 사용하고 있으며, 2011년 가을부터는 라미네이터 발열장치에도 목재조각을 사용하기 시작했다.