吳 量，彭 磊，蘇振華，惠雪亮，畢 鵬

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題越來越成為影響其發(fā)展的重要因素。目前我們使用的能源大多屬于不可再生能源，如果有一天我們的不可再生能源耗盡，其后果無法想象。所以太陽(yáng)能光伏發(fā)電變成了越來越重要的發(fā)電方式。光伏組件作為太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵部件，能夠高質(zhì)量、高效率的穩(wěn)定生產(chǎn)，成為促進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)發(fā)展的重要因素。

傳統(tǒng)的光伏組件生產(chǎn)是層壓敷設(shè)后進(jìn)行抽真空層壓。層壓敷設(shè)是將組件串并聯(lián)連接后，將玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維和背板按照一定的層次敷設(shè)好。然后將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起，組成一個(gè)具有一定輸出功率和輸出電壓的發(fā)電單元。真空層壓技術(shù)在生產(chǎn)過程中，若抽真空時(shí)間過短或?qū)訅旱膲毫Σ粔?，則不能將氣泡完全趕出；層壓的時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高，使有機(jī)過氧化物分解，產(chǎn)出氧氣形成缺陷，嚴(yán)重制約組件的高質(zhì)高效生產(chǎn)。

本文提出了一種生產(chǎn)光伏組件的新技術(shù)：組件經(jīng)過階梯加熱，直接輸送到輥壓機(jī)用橡膠輥進(jìn)行輥壓，然后在送料輥道上進(jìn)行快速冷卻的連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)。實(shí)際生產(chǎn)表明，該技術(shù)與傳統(tǒng)的層壓機(jī)生產(chǎn)光伏組件相比，大大提高了組件成形的質(zhì)量，提升了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

1 工藝布置

光伏吸收件及膠片由上料機(jī)架輥輸送至階段式加熱保溫箱，因加熱保溫箱箱體內(nèi)的溫度由低到高依次遞增，使膠片逐步升溫達(dá)到完全融化呈透明，然后進(jìn)入輥壓機(jī)中通過大壓輥進(jìn)行輥壓，使膠片與玻璃充分貼合，排除氣泡，融化膠片填充空隙，再進(jìn)入下料冷卻機(jī)架，使輥壓后的光伏組件快速冷卻，完成光伏組件的輥壓膠合。組件生產(chǎn)過程中，設(shè)備的輸送速度、輥縫的尺寸及加熱保溫箱的溫度，都可以通過電氣控制來調(diào)整。光伏組件輥壓生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)

光伏組件輥壓連續(xù)生產(chǎn)的工藝流程如下：

(1)確認(rèn)上壓輥處于零位位置，輸入最小輥縫數(shù)值，確認(rèn)后上壓輥?zhàn)詣?dòng)上升至輸入數(shù)值位置；

(2)輸入加熱保溫箱三個(gè)加熱區(qū)的設(shè)定溫度值并確認(rèn)，此時(shí)加熱保溫箱開始工作，同時(shí)循環(huán)風(fēng)機(jī)開始工作；

(3)設(shè)定工作速度并確認(rèn)；

(4)待溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，確認(rèn)組件已經(jīng)在上料機(jī)架擺放好位置；

(5)按下運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕，此時(shí)氣缸壓下，壓輥與輥道按照設(shè)定的工作速度正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)；

(6)根據(jù)生產(chǎn)需要停機(jī)時(shí)，按下停止按鈕，關(guān)停加熱保溫箱加熱；

(7)按下復(fù)位按鈕，上壓輥回歸零位位置。

2 設(shè)備組成

如圖1所示，光伏組件輥壓生產(chǎn)設(shè)備主要有上料輥道、加熱保溫箱、輥壓機(jī)、下料冷卻輥道及配套的機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)裝置及電氣控制裝置組成。

上料機(jī)架是用來將兩片玻璃、光伏吸收件和膠片預(yù)敷設(shè)好后上料布置所用。如圖2所示，上料機(jī)架由框架、軸承座、輥?zhàn)蛹白o(hù)板等組成?？蚣苡尚弯摵附蛹b配而成；軸承座與框架之間設(shè)有調(diào)整墊片確保多個(gè)輥?zhàn)诱{(diào)整水平；輥?zhàn)硬捎脤?shí)心軸頭和無縫鋼管焊接加工而成，輥面套上橡膠套以防止玻璃表面劃傷。

機(jī)架與上料機(jī)架的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別是在上料機(jī)架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了兩臺(tái)大風(fēng)量的冷卻風(fēng)機(jī)，安裝在輥道的下方，使輥壓膠合后的光伏組件通過下料輥道時(shí)能夠迅速冷卻，有利于光伏組件快速定形及搬運(yùn)，提高連續(xù)生產(chǎn)的效率。

圖1 設(shè)備總裝配圖

四個(gè)加熱保溫箱是獨(dú)立的加熱區(qū)域，為階段式溫升，確保膠片受熱均勻且能夠完全融化。如圖3所示，加熱保溫箱由保溫板、機(jī)械式儀表溫度計(jì)、裝飾罩、加熱輥?zhàn)友b配、機(jī)架等組成。三個(gè)加熱區(qū)的機(jī)構(gòu)基本相同，輥?zhàn)訛榉侄沃С校乐鼓z片加熱后流出堆積到輥面；上下輻射板由反光不銹鋼板與型鋼組成，通過高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高度調(diào)整；三個(gè)加熱區(qū)全部為主、輔加熱，主加熱全部為輻射式紅外加熱管，是最利于膠片吸收熱能的中波紅外加熱管，輔助加熱為不銹鋼空氣干燒加熱管。

圖2 上料輥道

圖3 保溫箱

輥壓機(jī)是完成光伏組件輥壓膠合這個(gè)主動(dòng)作的關(guān)鍵設(shè)備。如圖4所示，輥壓機(jī)由氣缸、氣缸支座、同步齒輪、同步齒條、上壓輥、機(jī)架、下壓輥、托輥、鏈條、輥道驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。輥壓機(jī)有四根耐熱包膠小輥安裝在機(jī)架上作為送料輥，為光伏組件輥壓時(shí)提供支撐；上下主壓輥為耐熱包膠大輥，硬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，下壓輥為固定壓輥，上壓輥為浮動(dòng)壓輥，上壓輥壓力由氣缸保證，浮動(dòng)高度由壓輥調(diào)整裝置調(diào)節(jié)，高度調(diào)整的電機(jī)上安裝有編碼器，使位置調(diào)整精度達(dá)到0.01 mm，實(shí)現(xiàn)通過電氣控制來快捷精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)輥縫；左右兩側(cè)氣缸為輥壓時(shí)提供壓力保證，使組件能夠沿壓輥軸線方向均勻受力；齒輪齒條同步機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置配合使用，在上壓輥上下移動(dòng)時(shí)保障上壓輥?zhàn)笥覂蓚?cè)的浮動(dòng)軸承座保持同步，避免剪刀形和前后錯(cuò)位。

圖4 輥壓機(jī)

輥道及壓輥傳動(dòng)為同步傳動(dòng)，無級(jí)變頻調(diào)速，全部輥道為集中傳動(dòng)方式。輥道之間由鏈輪鏈條連接，線速度與壓輥線速度保持一致，由一臺(tái)齒輪減速變頻電機(jī)提供動(dòng)力。壓輥傳動(dòng)在壓輥軸端分別與兩臺(tái)平行軸齒輪減速電機(jī)直聯(lián)，上下壓輥減速電機(jī)完全相同，保證了光伏組件輥壓時(shí)的速度一致。

氣動(dòng)裝置氣缸壓力可調(diào)，氣缸工作氣壓在0～0.6 MPa范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)閥采用精密調(diào)節(jié)閥，能達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)壓。

電氣控制為PLC自動(dòng)控制。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的厚薄調(diào)節(jié)好壓輥的間隙和壓力輥壓速度后，全線速度自動(dòng)匹配。溫度設(shè)定后PLC根據(jù)設(shè)定溫度PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，人機(jī)對(duì)話友好，操作非常簡(jiǎn)便。

3 實(shí)例

這種新技術(shù)已成功試制了樣機(jī)，如圖5所示。該樣機(jī)在用戶現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性好，故障率低。玻璃組件在本機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)過階梯溫升加熱爐加熱后，通過預(yù)先調(diào)整的恒壓力進(jìn)行輥壓，使其內(nèi)部膠片完全融化排出氣體并填充空隙，再進(jìn)入快速冷卻下料機(jī)架，并在厚度尺寸及水平平面上達(dá)到光伏組件的要求，達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，破損率較低。

圖5 光伏組件輥壓樣機(jī)

4 結(jié)束語(yǔ)

光伏組件輥壓技術(shù)經(jīng)過樣機(jī)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)后，能出色完成加熱和輥壓工藝。該技術(shù)的連續(xù)生產(chǎn)特性，提高了加熱箱的能源利用率；方便快捷的輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)，使其能快速的適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格要求；精密的高度調(diào)節(jié)裝置，保證了組件成品的精度和質(zhì)量。代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)光伏組件的層壓機(jī)，助力國(guó)家的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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