在经历了几十年时断时续的快速增长之后，美国的太阳能正在走向成熟。这对国内光伏电池和太阳能电池板制造商来说是个好消息。事实上，在过去的两年中，至少有十多家公司在该国不同地区开设或宣布建立新的组装厂。
2019年的Grid将比任何其他能源更多的太阳能容量。美国现在拥有超过77个PV容量的千兆瓦，占所有发电量的3％。根据太阳能产业协会（SEIA）的说法，美国的所有新电力发电能力的增加了40％。现在是Sun Powered。
尽管最近出现了增长，但太阳能行业在2012年至2016年间经历了一段艰难时期。在这段时间里，近30家美国制造商被迫关门，因为来自亚洲公司的激烈竞争使市场充斥着低成本产品。
为了解决该问题，在2018年初，特朗普政府宣布对进口美国进口的太阳能电池板上的关税30％。战略举措促使许多公司在国内再次组装太阳能模块。
SEIA总裁兼首席执行官阿比盖尔•罗斯•霍珀(Abigail Ross Hopper)表示:“太阳能行业在本十年中处于有利地位，有望成为新能源发电的主要来源。”“自2010年以来，成本已经下降了70%，使屋顶和公用事业规模的太阳能发电与其他形式的发电竞争。”
这对住宅和商用太阳能电池板的需求都产生了连锁反应。今年早些时候，加州颁布了一项法律，要求该州所有新建住宅都安装太阳能电池板。此外，美国其他地区也需要可持续屋顶，比如纽约市。
全国各地的制造商也被太阳能的益处所吸引。例如，通用电机最近宣布其800千米酮的春山，TN的装配厂将于2022年底开始推动100％的太阳能。
通用汽车在太阳能电池板部署方面领先于所有美国汽车制造商。该公司承诺到2050年实现100%的可再生能源，太阳能和风能分担大部分负荷。
到2030年，通用汽车在美国的所有工厂都将使用可再生能源。到目前为止，通用汽车已经在十多家国内工厂安装了超过11兆瓦的太阳能电池板。其中包括位于肯塔基州鲍灵格林的组装工厂的850千瓦系统。
今年早些时候，SEIA宣布了一个激进的目标，呼吁在2030年之前呼吁太阳能达到所有美国发电的20％。事实上，该组织称为2020年代太阳能+十年。
“为了实现这一目标，该行业将需要在未来10年部署近4千兆瓦的太阳能，”Hopper称。“这种规模的安装将需要前所未有的制造量，从电池和模块到机架和逆变器。”
美国制造
绝大多数太阳能组件目前在亚洲制造，接近晶圆、电池和玻璃供应链。但是，情况开始发生变化。
美国国家可再生能源实验室(National Renewable energy Laboratory)的高级能源分析师罗伯特•马戈利斯(Robert Margolis)表示:“我们已经跨过了一个门槛，太阳能现在比以往任何时候都更高效、更具有成本竞争力。”他说:“过去两年，国内的产量有了显著增长。特别是，我们看到了模块组装的增加。该行业将继续大幅增长，因为大多数本地制造业仍在提速。”
虽然一些装配厂位于阳光明媚的国家，例如加州和格鲁吉亚，但它们也可以在明尼苏达州和俄亥俄州北部地区找到。而且，这些操作因大型设施而异。
一方面是Solaria Corp.。尽管这家总部位于硅谷的公司在韩国运营着大量的装配线，但它在加州弗里蒙特(Fremont)仍有一个规模不大的工厂。这个占地1.5万平方英尺的工厂主要专注于新产品和生产流程。
这就是工程师开发了Solaria Power的所在，今天是市场上最先进的太阳能电池板之一。专利的电池设计，先进的面板架构和创新的装配技术，效率高于20％，没有可见电路。
“我们的产品设计和制造过程是独一无二的，”Solaria主任Suvi Sharma说。“您使太阳能电池板的传统方式是将方形硅太阳能电池与焊接电线一起串联，导致导线导致各种难看的银线。
夏尔马解释说:“我们的做法不同，在把太阳能电池插入模块之前，我们把它们切成窄条。”“我们像屋顶上的瓦片一样略微重叠了这些条状材料。通过这样做，我们可以在里面塞入更多的细胞，这导致了很少的死亡空间。
“然而，它需要不同的组装过程，因为我们是用导电粘合剂把带子粘在一起的，”夏尔马指出。“使用粘合剂大大降低了电池中的热应力和机械应力，从而降低了材料的张力。”
与目前大多数太阳能电池板制造商一样，Solaria在很大程度上依赖自动化来提高产量、保持一致性和提高质量。
Sharma解释说:“太阳能电池切割、材料处理、捆扎和粘接等过程都是高度自动化的。”自动化还用于电力的线尾测试(检查电流电压和功率峰值等参数)和电致发光(检查质量问题，如电池内部裂缝)。
美国最新的太阳能组件工厂之一也是最大的太阳能组件工厂之一。去年秋天，韩国的Hanwha Q Cells投资2亿美元在佐治亚州道尔顿开设了一家工厂。
该公司声称，这个占地30万平方英尺的自动化工厂每年生产的太阳能电池板的发电量足以达到胡佛水坝的峰值发电量。
Hanwha Q Cells GmbH的研发副总裁Markus Fischer说:“最先进的设备使用自动化模块组装设备，允许连续的产品流动。”电池制造更多地使用类似于半导体或pcb的生产设备，如热加工工具和在线湿式化学工艺工具。
“细胞的运输是在带式传送带上完成的，在不同的工具之间通过自动引导车辆，”费舍尔解释说。“对于太阳能组件组件，主要使用的工具是红外焊接串和交叉连接器。真空夹持器用于移动细胞串和细胞基质。”
装配挑战
晶圆，细胞和模块技术的持续创新正在促进太阳能输出而不按比例增加制造成本。然而，太阳动力设备为工程师构成了许多装配挑战。
博世力士乐公司的区域销售经理Camilo Orjuela说:“光伏组件面积大，重量轻，需要轻轻搬运以防止损坏。这些组件不是完全平坦的，通常是直接通过传送带沿着装配线运输。”在某些情况下，载体用于上游工艺。
“独特的挑战包括母线的精确定位，以及铺层过程，”Orjuela解释说。“模块也必须由传送带处理，不会在玻璃上留下痕迹，也不会沉积任何油性材料。”
博世力士乐(Bosch Rexroth)地区销售经理马克•齐恩西纳(Mark Ziencina)补充称:“太阳能制造商寻找高度可靠的组件、输送设备和工艺设备。”“由于产量高、利润有限，整体设备效率至关重要。”
为了应对这些挑战，许多制造商投资了机器人和其他最先进的自动化技术。
FANUC美国公司全球客户执行董事克里斯·布兰切特说:“自动化对太阳能电池板的制造至关重要，因为组件需要精确的校准和高精度。超过75%的生产过程可以实现自动化。”
布兰切特指出:“今天，仍有巨大的增长机会和对许多不同类型的机器人的需求。”“Delta和SCARA机器在晶圆处理方面很受欢迎，而大型六轴机器人则是处理框架、玻璃面板和模块的理想选择。”
先进的自动化
另一家去年在美国开设太阳能电池板工厂的韩国制造商是LG电子。该公司在美国南部亨茨维尔市投资2800万美元的工厂，大量生产各种受家庭欢迎的60和72电池的NeON 2太阳能电池板。
美国LG电子高级副总裁约翰·泰勒说:“我们的许多流程都是自动化的，从零件的装载到成品的包装。”“先进的自动化过程和机器人帮助我们最大限度地提高生产率，减少偏差，以确保最高的质量。
“一些最具挑战性的步骤与标签和层压过程有关，”泰勒加入。“Tabing涉及将细胞与焊接线和细胞一起放置。它是与每个细胞的位置相关的精确过程，通电和焊接条件。层压是通过在高温下组合主要部件来制造固体模块的重要过程。“
自动化在Heliene Solar Inc.也扮演着关键角色。这家加拿大公司在MN的Mountain Iron有一家工厂，它在装配线上使用最少的人力交互来确保质量。该工厂每天可生产1200个太阳能组件。
Heliene总裁Martin Pochtaruk称:“我们致力于开发行业中最自动化的系统。”“(我们还拥有)业内一些最新的设备。”
30,000平方英尺的工厂位于美国钢铁米纳铁矿石矿业运营附近的回收土地上。它最近升温至24/7的操作，以满足其36,60，72和96个单元太阳能模块的需求。它还在将第二个装配线添加到山铁中的新设施中，它希望在明年初进行运营。
“机器人广泛用于处理单晶和多晶体细胞等组分，”Pochtaruk说。“它们超过114微米薄，极其脆弱。每个细胞均测量156×156毫米。“
根据Pochtaruk的说法，自动化也被用于将电池组焊接在一起。Heliene使用内置视觉检测系统的自动穿刺机。这种机器每小时可以通过在电池前后的极小的焊盘(大约1 * 0.7毫米)焊接多达2100个电池。
Pochtaruk指出:“这里的挑战是在高速下准确定位9条窄带。”“带处理的铺设精度，在运输系统上的电池的准确定位，以及弦的专利压制技术确保了这种精度的要求得到可靠的满足。
“现在，我们正在做5个母线电池，这是最常见的技术，”Pochtaruk补充道。“然而，到2022年年中，我们(计划)使用更大的电池和多达9个公交条。”
最大的太阳能制造商是美国First Solar Inc.最近进一步扩大了其足迹。除了在马来西亚和越南的设施外，它还具有托莱多，哦，生产薄膜光伏模块的植物。第一个Solar的产品是在加利福尼亚州和俄亥俄州开发的，与今天的大部分PV产品不同。
First Solar负责制造的高级副总裁Mike Koralewski表示:“这种差异主要归结于我们的技术不含晶体硅，而是依赖一种名为CadTel的先进半导体。”“我们的每个模块都包含一层半导体，其厚度只有人类头发的3%，宽度不到传统硅电池的2%。
“我们的[制作]流程看起来与您在制造硅板的公司所看到的内容截然不同，”Koralewski解释说。“对于一个，它允许我们在一个屋檐下制造端到端，而硅工业需要多个步骤和复杂的，有时不透明的供应链。
Koralewski指出:“这将我们与许多竞争对手区分开来，因为它为我们的客户提供了无与伦比的可追溯性和透明度。”“这也意味着，我们的竞争对手要花几天时间才能完成一个面板，而我们从玻璃面板到模块只需要4.5小时，碳足迹比平均的晶体硅面板低6倍。”
“我们在俄亥俄州有两家工厂，构成了西半球最大的太阳能制造足迹，”Koralewski说。“我们在佩里斯堡的工厂已经生产了我们薄膜技术的多种变体。它目前是一个混合型工厂，以一种非常可控的形式促进研发和生产线上的操作。它是大多数全球制造支持功能的基地，我们将它用作测试地点和初始工艺开发地点，以便进行所有改进，然后再扩展到其他设施。”
为了满足日益增长的需求，第一太阳能公司最近在俄亥俄州湖镇投资4亿美元建立了一个最先进的设施。这家占地100万平方英尺的工厂大规模生产广受欢迎的6系列太阳能电池板。
“我们经营着一种具有ID可追溯性的连续流线，可以实现过程谱系和路由功能，”koralewski解释说。“另外，使用姐妹工具允许我们通过特定工具集来配置我们的过程流程。重要的是，从持续创新和改进的精神，我们拥有内置的实验功能，使我们能够通过正常的线路混合优化我们的产品。重复的过程腿。
Koralewski补充说:“我们的全球制造足迹遵循一种完全复制的理念，这意味着所有工厂都有相同的关键工具，过程控制和配置是指纹。”“这确保了在全球范围内进行学习和改进。所有的变更都是通过我们的全球变更管理流程进行管理和控制的，以确保我们在改进流程的同时(在全球)获得相同的结果。
Koralewski说:“从玻璃装载到模块卸载，我们的过程是完全自动化的。”“有一些特定的区域需要手动界面来装载和卸载材料，但所有的资产、内联缓冲管理和物料流都是自动化的。这是确保生产线一致性和确保最具生产力的物料流动的关键。”
