太陽能領(lǐng)域中的機械自動化

楊浩 等

摘要： 文章從能源危機與太陽能開發(fā)利用的發(fā)展所遇到的問題，對機械自動化在我國太陽能領(lǐng)域應(yīng)用的實際狀況進行了簡述；并重點探討其在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、光熱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。

Abstract： From the problems encountered by the energy crisis and the development and utilization of solar energy， the actual situation of application of machinery automation in the field of solar energy in China was briefly sketched； focuses on its application and development of in the field of solar photovoltaic industry， the the field of solar thermal industry.

關(guān)鍵詞： 太陽能光伏；太陽能光熱；機械自動化

Key words： solar photovoltaics；solar thermal；machinery automation

中圖分類號：TK51 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0025-02

0 引言

近年來，開發(fā)與利用新能源成為世界各國關(guān)注的焦點。在這些可再生能源中，太陽能是取之不盡用之不竭的。由于太陽能沒有污染、具有極強的可再生性、資源豐富性等優(yōu)點，因此，一直受到各國的青睞，各科研機構(gòu)和企業(yè)、單位、院校都積極開展對太陽能開發(fā)利用的投資，加強太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的研發(fā)。

1 機械自動化在我國太陽能領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

首先，對于機械自動化在太陽能領(lǐng)域中的運用尚未有明確的理論研究和實際操作，沒有一套完整的系統(tǒng)理念，導(dǎo)致在實踐生產(chǎn)中造成不可避免的反復(fù)和迷茫。其次，由于我國沒有掌握較強的核心技術(shù)，以至于和其他發(fā)達國家相比存在著較大的差距，直接影響對尾氣的閉氣循環(huán)利用，從而也無法高效、快速、充分的利用太陽能資源。再者，隨著發(fā)展的迅猛，太陽能開發(fā)的設(shè)備規(guī)模不斷擴大，系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，各個系統(tǒng)與設(shè)備之間的配合也更加精密，對我國的太陽能應(yīng)用中的機械自動化、智能化、高效化、先進化提出了更高的要求。另外，由于目前我國的機械自動化的技術(shù)欠缺，導(dǎo)致絕大部分的生產(chǎn)設(shè)備需從國外引進，這樣形成了高成本、效率低、可靠性差，這樣導(dǎo)致我國光伏產(chǎn)業(yè)被打上“代工車間”的稱號。

2 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中機械自動化的發(fā)展應(yīng)用

雖然近年來我國的光伏產(chǎn)業(yè)處于穩(wěn)步上升的趨勢，但與發(fā)達國家相比還存在著很大的差距。

2.1 機械自動化在多硅晶提純技術(shù)的比較 目前，我國投資的多硅晶提純技術(shù)，絕大多是采用改良西門子技術(shù)同時采取德國設(shè)備之間的較大磨合，但國內(nèi)尚未出現(xiàn)新的工藝技術(shù)的突破。而歐美國家已采用了新型的提純技術(shù)，幾乎滿足了太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)所需的所有多硅晶，使得極大降低多硅晶生產(chǎn)電耗，實現(xiàn)連續(xù)性大規(guī)模化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但由于國際七大產(chǎn)商壟斷了先進的技術(shù)，使我國的多硅晶提純技術(shù)不能更好的完善，導(dǎo)致機械自動化程度與世界相差勝遠(yuǎn)。設(shè)備的自動化沒有達到理想程度，生產(chǎn)效率低，尾氣循環(huán)利用技術(shù)差，使得在開發(fā)生產(chǎn)中的成本提高。所以，在這種狀況下，我國還要不斷創(chuàng)新，加強自主研發(fā)，不斷提高多硅晶提純的核心技術(shù)，更好提高機械自動化提純設(shè)備，這是目前我國多硅晶提純產(chǎn)商需要解決的難題之一。

2.2 PECVD設(shè)備的自動化程度存在的問題 在開發(fā)資源利用中，用于沉積Si3N4層的PECVD設(shè)備，主要是因為基本溫度低，沉積速率快，成膜質(zhì)量好，針孔較少，不易龜裂，在工藝成熟方面都基本與國際接軌，所以在同樣的產(chǎn)能下，設(shè)備的價格又低于國外設(shè)備，從而得到國內(nèi)很多產(chǎn)商的青睞。但由于設(shè)備的自動化程度沒有國外先進的技術(shù)，導(dǎo)致設(shè)備的投資巨大，成本高，對氣體的純度較高，涂層過程中產(chǎn)生的劇烈噪音、強光輻射、有害氣體、金屬蒸汽粉塵等對人體有害，其中設(shè)備的自動裝卸片方面尤為突出。

2.3 進一步改善硅切片設(shè)備 硅片切片技術(shù)在太陽能機械設(shè)備中具有很高的要求，優(yōu)質(zhì)的硅片在切片之后要求表面平滑光整，沒有大量的劃痕，并且切片的尺寸誤差確保在0.5mm之內(nèi)，切片上任意兩弧的弦長差值也要控制在1mm以內(nèi)。隨著切片技術(shù)不斷進步，為了減少硅片消耗的硅材料，需要在保證質(zhì)量的同時減少硅片的厚度，目前世界最薄的硅片已經(jīng)達到了180mm，相比我國的切片只能達到200mm。由此可見，我國的硅切片設(shè)備的高度自動化和精細(xì)化還有很高的發(fā)展程度。

2.4 全自動絲網(wǎng)印刷技術(shù)與國際存有很大差距 目前，我國的全自動太陽能硅片絲網(wǎng)印刷技術(shù)并不完善，大多企業(yè)依然使用手動或半自動絲網(wǎng)印刷技術(shù)，與國外先進的全自動網(wǎng)絲印刷技術(shù)相比，在印刷過程中少了精準(zhǔn)、速度和自動化程度，使得我國要以高昂的價格從國外購買全自動絲網(wǎng)印刷設(shè)備，這樣不僅增加了我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的投資成本，也阻礙了行業(yè)的發(fā)展。

2.5 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的組成 一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池組件、逆變器、控制器和蓄電池組等部件構(gòu)成，該系統(tǒng)的運行主要是機械組件自動化運轉(zhuǎn)和信息的智能化傳輸。目前，我國已有科研人員發(fā)明了以PLC為核心系統(tǒng)的模糊控制器，用來提高太陽能干燥系統(tǒng)自動化的操作和控制；也有學(xué)者研發(fā)了太陽能自動跟蹤設(shè)備，主要包涵裝有液體的平衡箱、太陽能轉(zhuǎn)換器、支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、彈簧構(gòu)件和自動跟蹤器，實現(xiàn)了太陽能開發(fā)過程中跟蹤系統(tǒng)的自動智能化，并且制造結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，適合各種規(guī)模的太陽能開發(fā)和利用。

2.6 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本 目前，國內(nèi)的逆變器、控制器和蓄電池組件等部件的技術(shù)水平有限，在相應(yīng)的工藝設(shè)備監(jiān)管儀器、質(zhì)量檢測儀器設(shè)備、運行監(jiān)控設(shè)備等還未達到大規(guī)模自動智能化的流水線生產(chǎn)方式，以致產(chǎn)家還是小規(guī)模高成本的運作，需要從國外引進更先進的生產(chǎn)設(shè)備和加工技術(shù)，這樣又要花費大量的資金。

總體來說，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)雖處在發(fā)展階段，但該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前途十分廣闊。與傳統(tǒng)能源的成本相比，首先要解決怎樣提高太陽能資源開采過程中的機械自動化和智能化，從而減少資源的開發(fā)利用產(chǎn)生的高額成本，完全提升機械自動化的水平，以高端技術(shù)來實現(xiàn)降低耗能，節(jié)約人力資源和成本設(shè)備，使我國的太陽能產(chǎn)業(yè)不斷完善。

3 太陽能光熱產(chǎn)業(yè)中的機械自動化

目前，在太陽能光熱領(lǐng)域中機械自動化運用廣泛的包括：太陽能發(fā)電機、太陽能熱水器和太陽能建筑，其中太陽能熱水器主要投入在商業(yè)運營、對機械自動化的要求不是很高；太陽能建筑是現(xiàn)在太陽能開發(fā)的一個新領(lǐng)域，成為國際關(guān)注的焦點；而太陽能發(fā)電則對自動化要求最高，主要針對能源開發(fā)的發(fā)展。

太陽能建筑主要是在建筑中利用太陽能供暖制冷，通過建筑構(gòu)件本身與附加的獨立集成器結(jié)合收集太陽能的輻射熱能，這就要運用機械自動化控制來保持系統(tǒng)運行的效率，以節(jié)省大量電力、煤炭、天燃?xì)獾饶茉?，即便在能源短缺的地區(qū)也能大面積使用，但由于自動化設(shè)備的技術(shù)缺陷，我國太陽能建筑的使用壽命還是個問題。太陽能發(fā)電機和太陽能熱水器要用到太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)在的熱發(fā)電統(tǒng)稱為聚光式太陽能發(fā)電，與傳統(tǒng)發(fā)電站不一樣的是，它們是通過聚集太陽輻射獲得熱能，將熱能轉(zhuǎn)化成高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機來發(fā)電的。當(dāng)前太陽能熱發(fā)電按照采集方式可分為太陽能槽式發(fā)電、塔式熱發(fā)電、碟式熱發(fā)電。

目前，我國已有學(xué)者自主研發(fā)了自動控制式太陽能采暖裝置，主要特點是將太陽能熱水器和散熱器、泵相連，并將時間控制儀、溫度控制儀與泵相連，實現(xiàn)熱水器采暖裝置的高度智能控制。與一般先比，既可調(diào)節(jié)溫度控制時間，又能在系統(tǒng)正常工作自動調(diào)整，結(jié)合節(jié)能環(huán)保與使用方便一體化。

4 結(jié)語

我們在面臨能源危機和環(huán)境快速發(fā)展的社會，需要開發(fā)利用太陽能。而要實現(xiàn)太陽能低投入高生產(chǎn)運行，前提要提高機械自動化的自動化程度，設(shè)備要具有數(shù)據(jù)自動集成系統(tǒng)、原料遠(yuǎn)程控制和追蹤系統(tǒng)，充分利用太陽能為人類服務(wù)。

參考文獻：

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[3]http：//baike.baidu.com/view/25178.htm.