機(jī)械自動(dòng)化在太陽能領(lǐng)域中的應(yīng)用

錢立兵

浙江三花股份有限公司，浙江 紹興 312500

能源產(chǎn)業(yè)是未來三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，具有高度的戰(zhàn)略地位，直接關(guān)系到一國的國家安全，和本國人民正常的生產(chǎn)與生活。目前，煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源日趨減少，能源問題尤其是新能源的開發(fā)利用在世界范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注，各個(gè)國家在節(jié)約、高效利用傳統(tǒng)能源的同時(shí)，積極致力于新能源的開發(fā)。由于傳統(tǒng)能源產(chǎn)生的環(huán)境污染等惡劣影響，加之其它因素的變化，環(huán)境問題日益突出，也成為國際關(guān)注的重大問題之一。

因此，對(duì)于無污染、可再生性強(qiáng)、豐富的太陽能資源的開發(fā)和利用，就成為各國特別關(guān)注的重點(diǎn)。

1 機(jī)械自動(dòng)化在我國太陽能領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

與其它國家一樣，我國也正在致力于太陽能資源的研究、開發(fā)和利用。太陽能領(lǐng)域的機(jī)械化程度直接影響太陽能資源的開發(fā)和利用。但是，從現(xiàn)有狀況來看，我國在發(fā)展太陽能的同時(shí)，存在有一些問題，需要亟待解決。

首先，在理論方面，關(guān)于機(jī)械自動(dòng)化在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用方便的理論研究，仍是空白，目前還未有這方面詳細(xì)和系統(tǒng)的闡述與分析。沒有理論指導(dǎo)和科學(xué)研究，實(shí)踐過程中就會(huì)產(chǎn)生不可避免的迷茫或是重復(fù)工作。

其次，在具體實(shí)踐方面，我國在太陽能領(lǐng)域的發(fā)展中，機(jī)械自動(dòng)化程度與國外先進(jìn)國家相比，普遍較低。我國在太陽能領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化方面，沒有掌握核心科技，尾氣無法進(jìn)行更好的閉氣循環(huán)利用，無法更好、更快、更高效地利用太陽能資源。另外，隨著不斷發(fā)展，挖掘利用太陽能資源的設(shè)備，規(guī)模越來越龐大，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，各個(gè)設(shè)備之間的部件聯(lián)系也越來越緊密。這對(duì)我國太陽能資源利用中機(jī)械的自動(dòng)化和智能化水平，提出了更高要求。

2 機(jī)械自動(dòng)化在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

據(jù)專家預(yù)測，在不久的將來，光伏發(fā)電將會(huì)成為發(fā)電的發(fā)展方向，光伏電能也將會(huì)成為人類用電電網(wǎng)的主要支柱。我國頒布了《中華人民共和國可再生資源法》，同時(shí)西方國家對(duì)于光伏產(chǎn)品需求的不斷日益增多，使得近些年我國光伏產(chǎn)業(yè)總體容量不斷擴(kuò)大光伏設(shè)備銷售數(shù)量也猛增。

我國光伏產(chǎn)業(yè)有了重大的發(fā)展和突破，但與國際一流水平相比較，機(jī)械設(shè)備仍存在很大懸殊。

2.1 多硅晶提純技術(shù)設(shè)備落后

當(dāng)前，在我國范圍內(nèi)所投入使用的多硅晶提純建設(shè)中，多數(shù)項(xiàng)目所采用的硅晶提純技術(shù)基本采用了改良的西門子法。

目前，國際的七大產(chǎn)商壟斷了晶硅提純最先進(jìn)和關(guān)鍵的技術(shù)部分，他們嚴(yán)禁向中國產(chǎn)商進(jìn)行轉(zhuǎn)移和泄漏，這一情況使得我國產(chǎn)商的多硅晶提純技術(shù)極不成熟，各種機(jī)械的自動(dòng)化程度也與世界水平相差很遠(yuǎn)。所采用設(shè)備的生產(chǎn)效率不高，直接增加了太陽能資源的開發(fā)利用成本。

改變這種現(xiàn)狀的最關(guān)鍵方面是我國需要不斷創(chuàng)新，增強(qiáng)自主研發(fā)能力，依靠各種內(nèi)部和外部力量，不斷掌握最前沿的多晶硅提純這種核心科技，以便于提高我國光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化和智能化程度。

2.2 PECVD設(shè)備的自動(dòng)化程度較低

在太陽能資源的開發(fā)利用中，用于沉積Si3N4層的PECVD設(shè)備，在一些方面存在優(yōu)勢。比如，該設(shè)備產(chǎn)能良好，制作工藝成熟，基本與國際先進(jìn)水平接軌。而且，在產(chǎn)能相當(dāng)?shù)那闆r下，PEVCD設(shè)備價(jià)格低于同等進(jìn)口設(shè)備，所以得到很多產(chǎn)商的認(rèn)同。

然而，與國際一流產(chǎn)品相比，PEVCD設(shè)備的機(jī)械自動(dòng)化水平較低，主要差異存在自動(dòng)裝卸片方面。

2.3 硅切片設(shè)備有待進(jìn)一步改善

在太陽能機(jī)械設(shè)備中，對(duì)硅片切片設(shè)備要求很高。比較優(yōu)質(zhì)的硅片，切片之后表面需要平整光滑；切片的幾何尺寸誤差需要控制在零點(diǎn)5mm之內(nèi)；切片上任何兩個(gè)弧線弦線長度之差需要控制在1mm以內(nèi)。

由于切片技術(shù)不斷進(jìn)步，硅片也越來越薄，當(dāng)前國際最薄的一流硅切片是180mm。與之相比，我國200mm最薄的硅切片與國際水平相差較遠(yuǎn)。因此，我國硅切片設(shè)備在自動(dòng)化與精細(xì)化方面有待進(jìn)一步改善。

2.4 全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)與國際存有很大差距

與國際先進(jìn)的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)相對(duì)比，目前，我國尚未掌握全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，與國際存在很大差距。所以，目前我國很多產(chǎn)商選擇在國外購買現(xiàn)金的絲網(wǎng)印刷設(shè)備，不僅增加了我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營成本，而且阻滯了行業(yè)發(fā)展。

2.5 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本巨大

通常，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏發(fā)電電池、控制器、逆變器和蓄電池組構(gòu)造而成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化與信息智能化。比如有學(xué)者發(fā)明了可以自動(dòng)跟蹤太陽變動(dòng)的太陽能機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的充分和高效利用。

但是在目前來看，國內(nèi)在逆變器、控制器與蓄電池等機(jī)械組件的相關(guān)利用技術(shù)水平不高，尤其是質(zhì)量控制、工藝流程和檢測等相關(guān)設(shè)備沒有達(dá)到國際流水線的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。

總的來說，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)處于初步發(fā)展階段，該領(lǐng)域發(fā)展前景十分廣闊。在這個(gè)領(lǐng)域，需要亟待解決的問題是，降低資源利用和開發(fā)的高額成本。需要強(qiáng)調(diào)的是，成本的降低需要通過技術(shù)的提升、自動(dòng)化水平的提高來實(shí)現(xiàn)，通過這些途徑可以降低生產(chǎn)能耗，節(jié)約人員和設(shè)備投入。

3 機(jī)械自動(dòng)化在太陽能光熱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在太陽能光熱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械自動(dòng)化目前的應(yīng)用有：太陽能熱水器、太陽能發(fā)電站、太陽能建筑等。

太陽能熱水器主要投入到商業(yè)中進(jìn)行運(yùn)營，其機(jī)械自動(dòng)化程度不高。太陽能建筑是太陽能利用的一個(gè)新的方向，對(duì)機(jī)械自動(dòng)化有一定較高要求。相比較而言，太陽能發(fā)電站對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化的要求最高。

當(dāng)前，太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要有塔式系統(tǒng)、碟式系統(tǒng)和槽式線聚焦系統(tǒng)三類。比如，目前我國公布了自動(dòng)控制式太陽能取暖裝置，它可以將太陽能熱水器與散熱器、泵連接一體，還講溫度和時(shí)間控制儀與泵相連，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不需要人員調(diào)節(jié)，使用方便，節(jié)能減排。

4 結(jié)論

在能源危機(jī)和環(huán)境問題日益逼迫的現(xiàn)代，需要對(duì)新能源尤其是太陽能的研發(fā)和利用。實(shí)現(xiàn)太陽能資源的低投入高產(chǎn)出運(yùn)作，必須提高資源開發(fā)系統(tǒng)中的機(jī)械自動(dòng)化和智能化水平。

[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]于洋.淺談機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在太陽能領(lǐng)域中的發(fā)展與應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2010(7).