于 洋

大連大學機械工程學院，遼寧大連 116000

0 引言

近年來，新能源的開發(fā)利用和環(huán)境保護問題是世界上各個國家重點關注的熱點科研問題，隨著人類社會持續(xù)快速的發(fā)展，煤、石油以及天然氣等傳統(tǒng)形式的能源能夠被開發(fā)利用的已越來越少，國際輿論對人類社會面臨的“能源危機”問題也開始越來越高度關注。據(jù)世界相關能源權威調查機構統(tǒng)計分析，世界上剩余的可開采石油量可供人類開采的時間長度大約只剩下40年，天然氣可供開采的時長大約還剩61年，煤碳資源大約還能開采230年。而且在我國，傳統(tǒng)形式的能源儲備量大約只占世界上常規(guī)能源總儲量的10%；另一方面，長期大量使用傳統(tǒng)形式的化石能源，已經(jīng)對地球環(huán)境造成了嚴重污染和破壞，地球生態(tài)環(huán)境也正在逐步嚴重惡化。

針對越來越嚴重的“能源危機”問題，目前世界上大多數(shù)國家都已制定并實施了與可再生能源利用相關的法律法規(guī)，正逐步促進著利用可再生能源技術的發(fā)展和推廣應用。在目前可利用的可再生能源中，太陽能取之不盡、用之不竭，且其受其他因素的影響相對風能、水能來講較小，其開發(fā)利用的技術發(fā)展的相對較快。因此，世界上越來越多的國家、科研機構和院校都在加大力度對太陽能的開發(fā)利用進行研究，使得太陽能利用在光伏產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展迅速。根據(jù)世界光伏產(chǎn)業(yè)相關的發(fā)展報告統(tǒng)計顯示，最近10～20年太陽能電池及組件研究開發(fā)并生產(chǎn)成功的速度越來越快，最近幾年的平均增長率甚至超過了40%。

1 機械自動化在太陽能領域中的發(fā)展與應用現(xiàn)狀分析

但是，我國在太陽能能源開發(fā)利用的過程中還存在不少問題。如我國還沒有自己掌握太陽能開發(fā)利用的核心技術，機械設備的自動化水平與發(fā)達國家相比還存在很大差距，對太陽能開發(fā)利用過程中無法更好地處理尾氣的閉氣循環(huán)利用等問題[1]。而且現(xiàn)在開發(fā)利用太陽能的設備系統(tǒng)越發(fā)復雜、設備規(guī)模也越發(fā)龐大、各設備間以及設備各組成部件之間的聯(lián)系也越來越緊密，這些都對開發(fā)利用太陽能的機械設備自動化、智能化水平提出了新的要求。針對目前我國對太陽能開發(fā)利用技術的發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對機械設備自動化技術在太陽能光伏和太陽能光熱利用產(chǎn)業(yè)方面的應用進行相關的探討。

2 機械自動化在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)領域的發(fā)展應用

光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在未來將成為人類用電電網(wǎng)的支柱和方向，隨著我國“可再生能源法”的頒布實施，以及在世界上其它國家對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展需求的帶動下，近年來我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模也迅速擴大，發(fā)展速度也大幅增長，相應的太陽能光伏設備與產(chǎn)品的產(chǎn)能與銷量也節(jié)節(jié)攀升。但是，我國在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展與國際先進水平相比還存在較大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）目前，我國國內投建的大部分多晶硅提純項目中，晶硅提純技術采用的都是經(jīng)改良的西門子法，國際上太陽能光伏產(chǎn)業(yè)技術發(fā)達廠商控制著晶硅提純的先進核心技術，我國多晶硅提純技術的發(fā)展相對還很不成熟，機械設備的自動化程度還遠沒有達到世界先進水平，對太陽能開發(fā)利用過程中尾氣的循環(huán)利用技術還較落后，開發(fā)成本過高。因此，研究并掌握多晶硅的提純核心技術，逐步提高機械設備的自動化以及智能化的程度，是我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決的一個難題。

2）用于沉積Si3N4層的PECVD設備，在產(chǎn)能和技術水平層面上都已經(jīng)達到國際先進水平，機械設備的價格也大幅低于進口的設備價格，因此在國內也獲得了越來越多產(chǎn)商的青睞。 但是，該設備的自動化、智能化水平與國際先進水平相比還存在一定差距，主要反應在設備的自動裝卸片方面。

3）對于硅片切片設備的要求，應確保硅片切片后表面充分平整、沒有明顯的劃痕，切片的幾何尺寸誤差應不超過0.5mm，切片上任意兩個弧線弦線長度相差應不大于1mm。隨著切片技術的不斷發(fā)展，硅片厚度也逐漸減小，目前國際先進水平的硅切片最薄厚度已經(jīng)突破了180mm，而我國的硅切片厚度最好時還只能到200mm?？梢姡覈枨衅O備的高度自動化和精細化的發(fā)展還有很長的路要走。

4）相比于在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)技術的國際先進水平，我國還沒有完全掌握全自動絲網(wǎng)印刷技術，因此幾乎所有的國內太陽能開發(fā)利用產(chǎn)家，不得不從國外以昂貴的價格購買絲網(wǎng)印刷設備。

5）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，通常情況下包括由光伏電池組件、逆變器、控制器和蓄電池組等部件構成，該系統(tǒng)運行的關鍵是機械組件的自動化控制和信息智能化處理。例如，已有學者發(fā)明了一種能自動跟蹤太陽移動的太陽能利用設備，該設備主要由自動跟蹤系統(tǒng)、太陽能轉換器、盛有液體的平衡箱、支撐框架及結構、彈簧等構成，實現(xiàn)了太陽能開發(fā)利用過程中跟蹤的高自動化和智能化，且設備結構相對簡單、造價較低，適合多種不同形式和規(guī)模的太陽能開發(fā)利用的設備[2]。但目前我國在逆變器、控制器和蓄電池組等部件的技術水平還十分有限，尤其是相應的檢測儀器設備、設備監(jiān)管儀器、運行監(jiān)控設備的生產(chǎn)還沒有達到大規(guī)模、高自動化智能化的流水線式生產(chǎn)水平，生產(chǎn)成本相比較高。

客觀地說，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目前還處于起步階段，與傳統(tǒng)能源開采利用的成本相比，首先急需解決的問題是如何在太陽能開采過程中實現(xiàn)高度自動化和智能化，如何降低進行大規(guī)模開發(fā)應用的成本問題。在全世界都在大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的背景下，我過應加強對光伏產(chǎn)業(yè)先進設備的研發(fā)力度，全面提升機械設備的自動化水平，才能使我國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷走向成熟。

3 機械自動化在太陽能光熱產(chǎn)業(yè)領域的發(fā)展應用

對太陽能光熱進行開發(fā)利用的產(chǎn)業(yè)主要包括有太陽能熱發(fā)電、太陽能熱水器以及近年來發(fā)展較快的太陽能建筑。其中，太陽能熱水器將太陽能熱利用的較充分，但其機械自動化程度不高；太陽能建筑集成近年來已逐漸成為國際上正在重點開發(fā)的新技術，其對機械自動化的要求也較高；三者相對來說，利用太陽能熱發(fā)電對機械自動化的要求最高，目前利用太陽能熱發(fā)電的系統(tǒng)主要包括3種類型：塔式系統(tǒng)、碟式系統(tǒng)和槽式線聚焦系統(tǒng)。例如，相關學者研發(fā)的一種完全自動控制式太陽能采暖裝置[3]，該設備的突出特點是將太陽能熱水器與散熱器、泵相連接形成一個整體，并同時將溫度控制儀、時間控制儀與泵相連接，使整個采暖裝置系統(tǒng)實現(xiàn)了高度智能化的自動控制，與傳統(tǒng)的采暖技術相比，該裝置具有充分節(jié)約能源、降低能耗；既可通過溫度進行控制，又可利用時間進行控制的高智能化自動控制功能。該裝置正常運行時自身可進行最佳狀態(tài)調整而不需要經(jīng)常進行人工調整，使用方便，節(jié)能環(huán)保。

5 結論

在全球傳統(tǒng)能源利用日趨緊張和加強保護生態(tài)環(huán)境的背景下，提高機械設備在太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱開發(fā)利用領域中應用的自動化水平，機械設備應該在數(shù)據(jù)自動采集功能、遠程控制功能、設備遠程跟蹤功能等方面提高科技含量，不斷提升生產(chǎn)流程的自動化水平，才能在未來競爭激烈的太陽能開發(fā)利用領域中取得發(fā)展的優(yōu)勢。

[1]李曉剛.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].長春：吉林大學博士學位論文，2007.

[2]解元.自動跟蹤太陽的太陽能設備.中國：CN1114738,1996.

[3]徐明娜，錢珊珠，張峰，等.基于PLC的太陽能采暖控制系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究，2009，2.