于 洋

大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)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(hù)問題是世界上各個國家重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)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(jī)”問題也開始越來越高度關(guān)注。據(jù)世界相關(guān)能源權(quán)威調(diào)查機(jī)構(gòu)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(yán)重污染和破壞，地球生態(tài)環(huán)境也正在逐步嚴(yán)重惡化。

針對越來越嚴(yán)重的“能源危機(jī)”問題，目前世界上大多數(shù)國家都已制定并實(shí)施了與可再生能源利用相關(guān)的法律法規(guī)，正逐步促進(jìn)著利用可再生能源技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)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(fēng)能、水能來講較小，其開發(fā)利用的技術(shù)發(fā)展的相對較快。因此，世界上越來越多的國家、科研機(jī)構(gòu)和院校都在加大力度對太陽能的開發(fā)利用進(jìn)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(guān)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(jī)械自動化在太陽能領(lǐng)域中的發(fā)展與應(yīng)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(shù)，機(jī)械設(shè)備的自動化水平與發(fā)達(dá)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(shè)備系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜、設(shè)備規(guī)模也越發(fā)龐大、各設(shè)備間以及設(shè)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(jī)械設(shè)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對機(jī)械設(shè)備自動化技術(shù)在太陽能光伏和太陽能光熱利用產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的探討。

2 機(jī)械自動化在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)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(shí)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(kuò)大，發(fā)展速度也大幅增長，相應(yīng)的太陽能光伏設(shè)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(jìn)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(nèi)投建的大部分多晶硅提純項(xiàng)目中，晶硅提純技術(shù)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(shù)發(fā)達(dá)廠商控制著晶硅提純的先進(jìn)核心技術(shù)，我國多晶硅提純技術(shù)的發(fā)展相對還很不成熟，機(jī)械設(shè)備的自動化程度還遠(yuǎn)沒有達(dá)到世界先進(jìn)水平，對太陽能開發(fā)利用過程中尾氣的循環(huán)利用技術(shù)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(shù)，逐步提高機(jī)械設(shè)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(shè)備，在產(chǎn)能和技術(shù)水平層面上都已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，機(jī)械設(shè)備的價格也大幅低于進(jìn)口的設(shè)備價格，因此在國內(nèi)也獲得了越來越多產(chǎn)商的青睞。 但是，該設(shè)備的自動化、智能化水平與國際先進(jìn)水平相比還存在一定差距，主要反應(yīng)在設(shè)備的自動裝卸片方面。

3）對于硅片切片設(shè)備的要求，應(yīng)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(yīng)不超過0.5mm，切片上任意兩個弧線弦線長度相差應(yīng)不大于1mm。隨著切片技術(shù)的不斷發(fā)展，硅片厚度也逐漸減小，目前國際先進(jìn)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?，我國硅切片設(shè)備的高度自動化和精細(xì)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(shù)的國際先進(jìn)水平，我國還沒有完全掌握全自動絲網(wǎng)印刷技術(shù)，因此幾乎所有的國內(nèi)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(shè)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(gòu)成，該系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵是機(jī)械組件的自動化控制和信息智能化處理。例如，已有學(xué)者發(fā)明了一種能自動跟蹤太陽移動的太陽能利用設(shè)備，該設(shè)備主要由自動跟蹤系統(tǒng)、太陽能轉(zhuǎn)換器、盛有液體的平衡箱、支撐框架及結(jié)構(gòu)、彈簧等構(gòu)成，實(shí)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(shè)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(shù)水平還十分有限，尤其是相應(yīng)的檢測儀器設(shè)備、設(shè)備監(jiān)管儀器、運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)還沒有達(dá)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(shí)現(xiàn)高度自動化和智能化，如何降低進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)應(yīng)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(yīng)加強(qiáng)對光伏產(chǎn)業(yè)先進(jìn)設(shè)備的研發(fā)力度，全面提升機(jī)械設(shè)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(jī)械自動化在太陽能光熱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用

對太陽能光熱進(jìn)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(jī)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(diǎn)開發(fā)的新技術(shù)，其對機(jī)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(jī)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(guān)學(xué)者研發(fā)的一種完全自動控制式太陽能采暖裝置[3]，該設(shè)備的突出特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了高度智能化的自動控制，與傳統(tǒng)的采暖技術(shù)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(jìn)行控制，又可利用時間進(jìn)行控制的高智能化自動控制功能。該裝置正常運(yùn)行時自身可進(jìn)行最佳狀態(tài)調(diào)整而不需要經(jīng)常進(jìn)行人工調(diào)整，使用方便，節(jié)能環(huán)保。

5 結(jié)論

在全球傳統(tǒng)能源利用日趨緊張和加強(qiáng)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的背景下，提高機(jī)械設(shè)備在太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱開發(fā)利用領(lǐng)域中應(yīng)用的自動化水平，機(jī)械設(shè)備應(yīng)該在數(shù)據(jù)自動采集功能、遠(yuǎn)程控制功能、設(shè)備遠(yuǎn)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(lǐng)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(xué)博士學(xué)位論文，2007.

[2]解元.自動跟蹤太陽的太陽能設(shè)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(jī)化研究，2009，2.