程丕俊，井文麗，劉 虎

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

太陽能電池作為可再生的環(huán)保能源已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，世界太陽能電池近幾年的年銷售增長率已超過40%，我國太陽能電池生產(chǎn)能力以每年30%的速度增長，與其相關(guān)的工藝設(shè)備也得到了迅猛的發(fā)展。目前，在國家倡導(dǎo)環(huán)保、節(jié)能宏觀政策的推動下，北京、上海、浙江、江蘇等省市都在積極開發(fā)太陽能電池產(chǎn)品，這為國產(chǎn)太陽能電池設(shè)備帶來了廣闊市場。QS540LA電池板測試儀輔助工藝設(shè)備作為太陽能電池生產(chǎn)的輔助設(shè)備，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，降低了有效生產(chǎn)成本。

從國內(nèi)外同類技術(shù)對比來看，太陽能電池制造設(shè)備領(lǐng)域里，目前以德國、意大利為代表的歐洲設(shè)備制造商和日本、美國設(shè)備制造商代表了當(dāng)今世界相關(guān)設(shè)備的最高技術(shù)水平，其技術(shù)特征為產(chǎn)能高、自動化程度高并且適合越來越大、越來越薄的硅片工藝。尤其是德國，已成功地推出了代表國際最先進(jìn)水平的、幾乎不需要人工干預(yù)的適合210 mm×210 mm方硅片生產(chǎn)的全自動生產(chǎn)線設(shè)備。

1 QS540LA電池板測試儀介紹

供應(yīng)商背景：芬蘭某能源公司，是專業(yè)從事太陽模擬測試設(shè)備生產(chǎn)的廠商，該公司生產(chǎn)Quicksun太陽模擬測試系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于無錫尚德、南京中電、保定天威英利、天津京瓷、蘇州CSI、洛陽CSI、江蘇艾德、云南天達(dá)、浙江向日葵、杜邦、皇明、北京中輕太陽能、浙江正泰等國內(nèi)知名光伏企業(yè)。

該公司生產(chǎn)的QS540LA—電池板測試儀--下打光，適合125、150、200mm使用。測試儀示意圖見圖1。具體參數(shù)為：

標(biāo)準(zhǔn)測試面積：2 000 mm×1 100 mm

外型尺寸及質(zhì)量：299cm×170cm×162cm，320kg；

光源：氙燈，短脈沖(符合并超越了IEC60904-9對太陽模擬測試系統(tǒng)classA.A.A.的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn))；

光譜匹配度<±25%，光照不均勻度<±2%，系統(tǒng)穩(wěn)定性<±2%；

光強(qiáng)可調(diào)性：光強(qiáng)范圍200w/m2—1200w/m2，可調(diào)；

測量方法：采用IDCAM(IrradianceDecayCell-AnalysisMethod)應(yīng)用軟件，以雙二極管等效電路推算串并聯(lián)電阻值，擴(kuò)散電流及覆合電流等關(guān)鍵參數(shù)；

溫度加溫功能：可量測不同溫度下的IV，以計算溫度系數(shù)(組件模擬器除外)。

此類設(shè)備在使用過程中，因人機(jī)尺寸不協(xié)調(diào)，給測試操作帶來諸多不便；因而，在此背景下，結(jié)合企業(yè)需求和測試儀本身，開發(fā)研制了輔助工藝設(shè)備，從而提高了測試效率，減輕了勞動強(qiáng)度；并且降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

下面對QS540LA電池板測試儀輔助工藝設(shè)備的開發(fā)研制進(jìn)行闡述。該輔助工藝設(shè)備對電池組件測試流程分為四部分：電池板上下料系統(tǒng)；組件傳送系統(tǒng)；機(jī)械抓取攜帶系統(tǒng)；測試系統(tǒng)。

其目的是將電池組板自動放置在檢測臺上，以及從檢測臺把電池組板取出放到平臺上，進(jìn)行下道分測包裝工藝。

2 輔助設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)研制以及解決方案

2.1 提升平臺

如果采用4個氣缸帶動提升平臺運(yùn)動，就要求4個氣缸的同步性要好，但是調(diào)節(jié)4個氣缸的同步比較困難；如果采用中間的一個氣缸帶動位于四角的導(dǎo)向來完成，氣缸運(yùn)行距離太長(約900mm距離)，穩(wěn)定性不高。

為了達(dá)到要求，提升平臺采用成熟的剪叉升降臺結(jié)構(gòu)，采用交流電機(jī)加絲杠導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上下料平臺的升降，從而使整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大為增加。

2.2 水平傳送運(yùn)動系統(tǒng)

由于電池組板的尺寸較大，要求的穩(wěn)定性較高，而且運(yùn)行距離比較遠(yuǎn)，如果采用電機(jī)加絲杠帶動的話，整個結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本會大大增加。

為了達(dá)到運(yùn)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，運(yùn)動系統(tǒng)采用兩邊同步帶同時驅(qū)動，這樣既能保證運(yùn)動的穩(wěn)定性，又能增加整個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。而且在運(yùn)動系統(tǒng)兩端安裝直線滑軌結(jié)構(gòu)，保證電池組板在運(yùn)行時的穩(wěn)定性；在兩端極限位置設(shè)計可調(diào)的限位緩沖裝置；

2.3 抓取機(jī)械系統(tǒng)

采取氣缸加導(dǎo)軌的常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路；中間一個承重氣缸，配4套導(dǎo)向軸；對抓取機(jī)械手起到短距離的升降，從而保證在抓取電池組板時，脫離升降平臺，運(yùn)行到測試儀測試位置；

為防止停電等意外情況的發(fā)生導(dǎo)致抓取電池板的機(jī)械手氣缸斷氣，計算了氣缸的承重值要求，采取相應(yīng)加裝限導(dǎo)閥的措施來防止電池板下落。

2.4 輔助設(shè)備環(huán)境設(shè)施要求及主要技術(shù)參數(shù)

電源：380 V 1 kW

壓縮空氣：≥0.3 kg/cm2

外形尺寸：約4 280 mm×2 300 mm×2 380 mm

設(shè)備兼容長度≤2 000 mm、寬度≤1 100 mm的多種規(guī)格電池組板

工藝循環(huán)周期：45 s

升降臺速率約0.15m/s，水平運(yùn)行速率約0.3m/s；

2.5 電氣控制系統(tǒng)

結(jié)合運(yùn)動設(shè)備所要求的精度和速度以及良好的運(yùn)動特性，選用PLC、觸摸屏及按鈕相結(jié)合的控制方式；控制穩(wěn)定、操作方便；程序有過程控制、故障報警、安全保護(hù)等功能?？筛鶕?jù)實(shí)際工藝要求采用全自動或手動操作。

設(shè)備安全保護(hù)裝置的設(shè)計：具有急停功能；具有漏電斷路保護(hù)裝置；升降平臺系統(tǒng)具有精度定位和過沖保護(hù)雙重傳感器安全裝置，且控制位置可以微調(diào)；水平運(yùn)動系統(tǒng)具有精度定位傳感器和調(diào)整結(jié)構(gòu)，結(jié)合測試儀測量位置定位，調(diào)整與之配套；電池板沿升降平臺滑軌滑動時，具有定位傳感器和緩沖限位裝置，防止電池板過行程；

2.6 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作流程

設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

該設(shè)備由鋁型材骨架、上料位升降結(jié)構(gòu)、下料位升降結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、抓取結(jié)構(gòu)、電池板、滾輪、電控系統(tǒng)等部分組成。

該設(shè)備的工藝流程原理見圖3。

(1)手動將電池板放置于上料升降臺上，通過臺面的滑輪傳送到指定位置，傳感器檢測是否有電池板，反饋信號；

(2)絲杠導(dǎo)軌帶動上料升降臺向上運(yùn)動到與檢測設(shè)備同高；

(3)直線導(dǎo)軌帶動抓取機(jī)械手結(jié)構(gòu)運(yùn)動到抓取位置；

(4)抓取氣缸結(jié)構(gòu)抓取電池板，并將其運(yùn)行至檢測設(shè)備上方；

(5)檢測完畢后，電池板運(yùn)動到下料升降臺上；

(6)氣缸帶動電池板向下移動到指定位置，放下電池板；

(7)絲杠導(dǎo)軌帶動下料升降臺向下運(yùn)動到設(shè)定位置；

(8)手動取走電池板。

圖3 流程示意圖

設(shè)備交付客戶，使用時現(xiàn)場圖片見圖4。

圖4 實(shí)際現(xiàn)場工作照片

3 結(jié)束語

我國太陽能電池制造設(shè)備目前的技術(shù)水平還處于發(fā)展階段，自動化程度以及穩(wěn)定性還不如進(jìn)口設(shè)備。當(dāng)前國內(nèi)還沒有此類似設(shè)備。因此，國內(nèi)設(shè)備廠商應(yīng)該看準(zhǔn)這個市場，把握市場脈搏，建立以企業(yè)為主體，以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，充分利用國內(nèi)科研院所的技術(shù)和人才條件平臺，發(fā)揮設(shè)備研制和工藝研究相結(jié)合的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高國內(nèi)企業(yè)在太陽能電池制造設(shè)備配套設(shè)備的系統(tǒng)解決方案水平,使之成為企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

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