QS540LA電池板測試儀輔助工藝設備的研制

程丕俊，井文麗，劉 虎

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

太陽能電池作為可再生的環保能源已經越來越受到人們的關注，世界太陽能電池近幾年的年銷售增長率已超過40%，我國太陽能電池生產能力以每年30%的速度增長，與其相關的工藝設備也得到了迅猛的發展。目前，在國家倡導環保、節能宏觀政策的推動下，北京、上海、浙江、江蘇等省市都在積極開發太陽能電池產品，這為國產太陽能電池設備帶來了廣闊市場。QS540LA電池板測試儀輔助工藝設備作為太陽能電池生產的輔助設備，提高了生產效率，降低了勞動強度，降低了有效生產成本。

從國內外同類技術對比來看，太陽能電池制造設備領域里，目前以德國、意大利為代表的歐洲設備制造商和日本、美國設備制造商代表了當今世界相關設備的最高技術水平，其技術特征為產能高、自動化程度高并且適合越來越大、越來越薄的硅片工藝。尤其是德國，已成功地推出了代表國際最先進水平的、幾乎不需要人工干預的適合210 mm×210 mm方硅片生產的全自動生產線設備。

1 QS540LA電池板測試儀介紹

供應商背景：芬蘭某能源公司，是專業從事太陽模擬測試設備生產的廠商，該公司生產Quicksun太陽模擬測試系統，廣泛應用于無錫尚德、南京中電、保定天威英利、天津京瓷、蘇州CSI、洛陽CSI、江蘇艾德、云南天達、浙江向日葵、杜邦、皇明、北京中輕太陽能、浙江正泰等國內知名光伏企業。

該公司生產的QS540LA—電池板測試儀--下打光，適合125、150、200mm使用。測試儀示意圖見圖1。具體參數為：

標準測試面積：2 000 mm×1 100 mm

外型尺寸及質量：299cm×170cm×162cm，320kg；

光源：氙燈，短脈沖(符合并超越了IEC60904-9對太陽模擬測試系統classA.A.A.的規定標準)；

光譜匹配度<±25%，光照不均勻度<±2%，系統穩定性<±2%；

光強可調性：光強范圍200w/m2—1200w/m2，可調；

測量方法：采用IDCAM(IrradianceDecayCell-AnalysisMethod)應用軟件，以雙二極管等效電路推算串并聯電阻值，擴散電流及覆合電流等關鍵參數；

溫度加溫功能：可量測不同溫度下的IV，以計算溫度系數(組件模擬器除外)。

此類設備在使用過程中，因人機尺寸不協調，給測試操作帶來諸多不便；因而，在此背景下，結合企業需求和測試儀本身，開發研制了輔助工藝設備，從而提高了測試效率，減輕了勞動強度；并且降低了企業生產成本。

下面對QS540LA電池板測試儀輔助工藝設備的開發研制進行闡述。該輔助工藝設備對電池組件測試流程分為四部分：電池板上下料系統；組件傳送系統；機械抓取攜帶系統；測試系統。

其目的是將電池組板自動放置在檢測臺上，以及從檢測臺把電池組板取出放到平臺上，進行下道分測包裝工藝。

2 輔助設備的關鍵技術研制以及解決方案

2.1 提升平臺

如果采用4個氣缸帶動提升平臺運動，就要求4個氣缸的同步性要好，但是調節4個氣缸的同步比較困難；如果采用中間的一個氣缸帶動位于四角的導向來完成，氣缸運行距離太長(約900mm距離)，穩定性不高。

為了達到要求，提升平臺采用成熟的剪叉升降臺結構，采用交流電機加絲杠導軌結構，實現上下料平臺的升降，從而使整個結構的穩定性大為增加。

2.2 水平傳送運動系統

由于電池組板的尺寸較大，要求的穩定性較高，而且運行距離比較遠，如果采用電機加絲杠帶動的話，整個結構的復雜性和成本會大大增加。

為了達到運動系統的穩定性，運動系統采用兩邊同步帶同時驅動，這樣既能保證運動的穩定性，又能增加整個結構的強度。而且在運動系統兩端安裝直線滑軌結構，保證電池組板在運行時的穩定性；在兩端極限位置設計可調的限位緩沖裝置；

2.3 抓取機械系統

采取氣缸加導軌的常規結構設計思路；中間一個承重氣缸，配4套導向軸；對抓取機械手起到短距離的升降，從而保證在抓取電池組板時，脫離升降平臺，運行到測試儀測試位置；

為防止停電等意外情況的發生導致抓取電池板的機械手氣缸斷氣，計算了氣缸的承重值要求，采取相應加裝限導閥的措施來防止電池板下落。

2.4 輔助設備環境設施要求及主要技術參數

電源：380 V 1 kW

壓縮空氣：≥0.3 kg/cm2

外形尺寸：約4 280 mm×2 300 mm×2 380 mm

設備兼容長度≤2 000 mm、寬度≤1 100 mm的多種規格電池組板

工藝循環周期：45 s

升降臺速率約0.15m/s，水平運行速率約0.3m/s；

2.5 電氣控制系統

結合運動設備所要求的精度和速度以及良好的運動特性，選用PLC、觸摸屏及按鈕相結合的控制方式；控制穩定、操作方便；程序有過程控制、故障報警、安全保護等功能。可根據實際工藝要求采用全自動或手動操作。

設備安全保護裝置的設計：具有急停功能；具有漏電斷路保護裝置；升降平臺系統具有精度定位和過沖保護雙重傳感器安全裝置，且控制位置可以微調；水平運動系統具有精度定位傳感器和調整結構，結合測試儀測量位置定位，調整與之配套；電池板沿升降平臺滑軌滑動時，具有定位傳感器和緩沖限位裝置，防止電池板過行程；

2.6 設備結構設計及工作流程

設備結構示意圖見圖2。

圖2 結構示意圖

該設備由鋁型材骨架、上料位升降結構、下料位升降結構、導軌、抓取結構、電池板、滾輪、電控系統等部分組成。

該設備的工藝流程原理見圖3。

(1)手動將電池板放置于上料升降臺上，通過臺面的滑輪傳送到指定位置，傳感器檢測是否有電池板，反饋信號；

(2)絲杠導軌帶動上料升降臺向上運動到與檢測設備同高；

(3)直線導軌帶動抓取機械手結構運動到抓取位置；

(4)抓取氣缸結構抓取電池板，并將其運行至檢測設備上方；

(5)檢測完畢后，電池板運動到下料升降臺上；

(6)氣缸帶動電池板向下移動到指定位置，放下電池板；

(7)絲杠導軌帶動下料升降臺向下運動到設定位置；

(8)手動取走電池板。

圖3 流程示意圖

設備交付客戶，使用時現場圖片見圖4。

圖4 實際現場工作照片

3 結束語

我國太陽能電池制造設備目前的技術水平還處于發展階段，自動化程度以及穩定性還不如進口設備。當前國內還沒有此類似設備。因此，國內設備廠商應該看準這個市場，把握市場脈搏，建立以企業為主體，以產業化為目標，充分利用國內科研院所的技術和人才條件平臺，發揮設備研制和工藝研究相結合的優勢，進一步提高國內企業在太陽能電池制造設備配套設備的系統解決方案水平,使之成為企業新的經濟增長點。

[1] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2] 邱宣懷.機械設計(第四版)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3] 鄭文緯、吳克堅.機械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社2001.

[4] MISUMI.FA工廠自動化用零件手冊[M].2008.10-2009.9簡體版.

[5] [日]萩原芳彥主編，趙文珍、楊曉輝等譯.機械實用手冊[M].北京：科學出版社2008.