全自動太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線方案的設計

石磊　陳立東　曹耀輝　宋愛軍　曹盼盼　張亮

【摘 要】目前國內(nèi)的光伏組件生產(chǎn)工廠仍屬于勞動密集型企業(yè)，生產(chǎn)效率較低，勞動強度高，生產(chǎn)過程中組件隱裂等質(zhì)量問題難以控制，嚴重制約產(chǎn)能，大大拉升了制造成本。針對以上問題，提出了一種全自動太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線技術方案。經(jīng)生產(chǎn)實踐，實現(xiàn)了從太陽能電池片至太陽能光伏組件的全部封裝過程，具有適用范圍廣、自動化程度高、智能化程度高的特點，避免了人工操作誤差大、效率低問題，極大地降低了人工成本，提高了組件生產(chǎn)效率。

【關鍵詞】太陽能電池；組件封裝；生產(chǎn)線；方案；Ethercat網(wǎng)絡傳輸

中圖分類號： TM914.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0016-002

Design of fully automatic assembly line for solar cell assembly

SHI Lei1，2 CHEN Li-dong1 CAO Yao-hui2 SONG Ai-jun2 CAO Pan-pan2 ZHANG Liang1

（1.College of mechanical and electrical engineering，Hebei Normal University of Science and Technology， Qinhuangdao Hebei 066600， China； 2.Qinhuangdao boostsolar photovoltaic equipment Limited by Share Ltd in Hebei， Qinhuangdao， 066000， China）

【Abstract】At present， the producing of PV modules in China is still a labor-intensive enterprise， low production efficiency and high labor intensity. The quality problems such as component cracking and so on caused in the production process are difficult to control， which seriously restrict the production capacity and greatly increase the manufacturing cost. In view of the above problems， a full automatic solar cell assembly line technology scheme is proposed in this paper. Through production practice， it realized from all packaging process of solar cells to solar photovoltaic modules， which has the characteristics of wide application range， high degree of automation and high intelligence， avoid the manual operation error and low efficiency. The assembly line greatly reduces the labor cost and improves the production efficiency of components.

【Key words】Solar cell； Component encapsulation； Production line； Scheme； Ethercat network transmission隨著人口不斷增多，可再生資源人均占有量越來越少，新能源的開發(fā)與利用已經(jīng)越來越為全世界所重視，光伏行業(yè)的發(fā)展正在以前所未有的速度得到世界各國的普遍認可與重視，光伏電池蘊藏著巨大的行業(yè)產(chǎn)能，而人工成本越來越高，光伏組件單品加工費降低，因此大幅提高設備工作效率，提高設備自動化、信息化程度成為設備制造商急需解決的問題[1-2]。

1 總體方案設計

全自動太陽能組件生產(chǎn)線通過全自動傳輸線連接組件封裝各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要由太陽電池組件串焊機、排版機、匯流條焊接機、層壓機、組框機以及測試儀等14個功能單元構成，整條生產(chǎn)線可根據(jù)客戶要求，加裝不同封裝設備模塊，實現(xiàn)太陽電池組件全套生產(chǎn)流程。 全自動太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線運用了電腦三維輔助功能，利用三維建模方式，可為客戶提供整線布局個性化定制方案，自動化控制系統(tǒng)集中了分布式IO、伺服控制、Ethercat網(wǎng)絡傳輸通訊等技術，通過伺服驅(qū)動，定位準確；分布式的應用將設備模塊化、標準化；Ethercat現(xiàn)場總線的應用，使得信息傳輸更加快捷迅速。存儲有程序語言的PLC模塊向機械系統(tǒng)發(fā)出程序命令，控制各功能單元完成上料、運行、傳輸、下料等機械運動，實現(xiàn)光伏組件生產(chǎn)全過程。采用ETHERCAT現(xiàn)場總線技術進行信息傳輸和信號傳遞，傳輸快捷精準，解決了信號傳輸過程中傳遞延時、信號受干擾而衰減的問題，提高了設備的操作精度。

全自動太陽能組件生產(chǎn)線的線體功能分為三部分：控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。其中，自動線的整個控制系統(tǒng)主要分為4個部分：（1）分布式IO，該部分包含整個項目的各個單元，包含傳感器繼電器等執(zhí)行電器元件；（2）伺服控制，該部分包含了機械手等伺服功能單元的運動控制以及生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)；（3）控制器，該部分依據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，因其組件形態(tài)，分為層前控制系統(tǒng)和層后控制系統(tǒng)，各部分又因其工序不同分為流水線部分和伺服部分；（4）上位系統(tǒng)，為便于現(xiàn)場操作和監(jiān)控管理，有人機界面和PC用于與控制器的通訊和人工操作。

2 太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線的組成

太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線一般由多個生產(chǎn)線單元組成，主要包括：單、串焊設備單元、輸送單元、疊層單元、太陽能電池組件層壓機、目視檢查單元、組件EL 測試單元、轉角分流單元、排序分流單元、人工（或自動）修邊單元、層壓檢測單元、緩存堆棧單元、縱（橫）向規(guī)正單元、自動組框機、清潔修整單元、接線盒安裝單元、耐壓絕緣測試單元、組件IV測試儀組件測試及分流單元、自動堆垛單元、恒溫、恒濕固化室等。

2.1 單、串焊設備單元

單、串焊設備單元包括手工焊接臺、自動焊接機、焊接輔助設備等，該單元主要是利用伺服控制、機器人控制等技術實現(xiàn)電池片——焊帶——電池片焊接成串，采用機械手及輔助定位機構，實現(xiàn)電池串按照一定的規(guī)則進行排版，其結構組成如圖2所示。

2.2 輸送單元

輸送單元按產(chǎn)品的輸送方式分為縱向輸送單元、橫向輸送單元、多功能輸送單元。

2.3 疊層單元

疊層單元是將成卷的EVA/TPT按照工藝要求裁切并沖孔（用于后續(xù)匯流條引出），按照EVA—TPT的順序?qū)盈B于流水線傳過來的組件上，一般包括電池串鋪設、焊接匯流條、貼固定膠帶、鋪EVA 和背板等工位單元，層疊單元結構如圖3所示。

2.4 太陽能組件層壓機

太陽能組件層壓是電池組件生產(chǎn)的關鍵一步，通過太陽能電池組件層壓機完成。層壓溫度與層壓時間是層壓過程的關鍵參數(shù)，主要由EVA的性質(zhì)決定。經(jīng)過目視和EL檢驗合格后的組件傳輸至層壓機腔體內(nèi)后，在真空環(huán)境下，加熱至140℃左右，使EVA融化，將電池片、玻璃、背板粘接在一起，然后自動傳輸層壓機通過工藝控制，使得EVA在9min左右實現(xiàn)快速融化與固化，完成組件的層壓， 其基本結構如圖4所示。

2.5 組件自動削邊機

組件削邊主要是去除固化EVA與層疊時多出組件的TPT毛邊，為后續(xù)裝框做準備。組件削邊機主要由電池組件傳輸單元、電池組件定位單元和電池組件削邊單元組成，其中電池組件削邊單元由削邊裝置、支撐架體、削邊驅(qū)動裝置組成，其工作原理是由電池組件傳輸單元將電池組件傳輸?shù)焦ぷ髋_上，由電池組件對中單元調(diào)整電池組件的位置，然后由削邊驅(qū)動裝置驅(qū)動削邊裝置沿電池組件的邊部行走，同時由削邊機構進行削邊，可實現(xiàn)自動化削邊作業(yè)，能有效降低人工成本，提高工作效率[3]。

2.6 其他單元

封裝生產(chǎn)線也可增加選配下列設備單元：（1）周轉車；（2）EVA/TPT 手動裁切機；（3）EVA/TPT 自動裁切機；（4）自動（或手動）電池分選機；（5）玻璃清洗機；（6）90°轉向單元；（7）電池串自動排版單元；（8）自動（或手動）貼膠帶單元；（9）自動打膠機；（10）自動堆垛單元；（11）固化輸送機；（12）恒溫、恒濕固化室；（13）自動分檔機械手；（14）其它輔助設備。

生產(chǎn)線根據(jù)需要設有PLC配置及觸摸屏，能夠顯示單元工作狀況，傳輸流水線與伺服單元獨立控制，可避免在某單元需要調(diào)整時導致全段停止運行情況發(fā)生；控制系統(tǒng)具有手動/自動切換功能，人機界面系統(tǒng)便于工藝參數(shù)和基本操作的分類管理，料位傳感器工作可靠，系統(tǒng)聯(lián)鎖和容錯性能好；設備設置了必要的保護措施，在緊急斷電后最大限度不使組件產(chǎn)生破碎；部分設備具有氣源，真空等檢測功能，在氣源，吸盤真空未達到運行條件時，報警并停止相關段運行動作。 全自動太陽能組件生產(chǎn)線實現(xiàn)了機械化、智能化生產(chǎn)，避免了人工操作不當對組件生產(chǎn)質(zhì)量的影響，極大地降低了人工成本，提高了組件生產(chǎn)效率；傳輸單元采用PU同步帶傳輸，具有傳動平穩(wěn)、吸振力強、噪音低、壽命長等特點，避免發(fā)生位移，保證傳輸安全。

3 主要技術參數(shù)

太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線該生產(chǎn)線，可適用于160W～280W等不同組件的生產(chǎn)，適用范圍廣，自動化程度高。生產(chǎn)線采用獨特的結構設計，更換產(chǎn)品（下轉第51頁）（上接第17頁）規(guī)格時無需大量調(diào)整線體，只需調(diào)整程序即可，節(jié)省工作時間；傳輸單元采用PU同步帶傳輸，具有傳動平穩(wěn)、吸振力強、噪音低、壽命長等特點，避免發(fā)生位移，保證傳輸安全。其具體參數(shù)如表1所示。

表1 太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線主要技術參數(shù)

4 結束語

研發(fā)并生產(chǎn)出具有國際先進水平的光伏組件全自動生產(chǎn)線及其控制系統(tǒng)是改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式，降低時間成本及人工成本，大幅度提高國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)廠的生產(chǎn)效率的關鍵。近年來，由秦皇島博碩光電設備股份有限公司、河北科技師范學院完聯(lián)合攻關完成的全自動太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線已在國內(nèi)外進行了推廣應用，總體性能穩(wěn)定，提升了組件自動生產(chǎn)流水線的整體技術水平。

【參考文獻】

[1]吳達成.我國光伏組件封裝設備制造現(xiàn)狀及展望[J].太陽能，2012（8）：14-16.

[2]劉海波.光伏組件封裝設備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢分析[J].科技與企業(yè)，2013（12）：366.

[3]李東廣，溫長亮，朱俊付，等.全自動太陽能電池組件削邊機：中國，201510054566.7[P].2017-11-03.