全自動串焊機設備溫度控制系統設計

任蓉莉

（中國電子科技集團公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

全自動串焊機設備是太陽能電池片組件生產過程中的重要設備，主要完成太陽能電池片的正反面串焊。而電池片焊接工序是整個設備的核心環節，溫度控制的好壞直接影響太陽能電池組件的焊接質量。本文主要討論了串焊機設備溫度控制系統的設計。

1 溫度控制系統的原理及構成

太陽能電池片的焊接工序是整個設備的核心，也是難點。電池片預熱溫度、焊接溫度和冷卻溫度的溫差是焊接工藝中的重要參數。焊接溫差過低、電池片主柵線達不到一定的溫度、不能與錫形成很好的接觸都會導致電池片虛焊。焊接溫差過高，又會使電池片局部溫度升高，造成電池片的隱裂和碎片。所以電池片一定要在預熱臺上焊接，降低焊接溫差。焊接后的電池片要逐步降溫[1]，如果冷卻溫度過快，會增加電池片缺陷發生的概率。綜上所述，在實際生產中，應當盡量減小焊接溫差，提高生產效率。

本設備的溫度控制系統由兩大部分構成：傳送電池片的焊臺溫度控制和焊接電池片的焊頭溫度控制。焊臺溫度控制采用溫區分段的方式，分步加熱，逐步降溫。焊頭溫度控制采用紅外加熱方式，升溫后還能同時完成電池片正反兩面的焊接。

2 溫度控制系統設計

2.1 焊臺溫度控制的構成及原理

如圖1所示，焊臺設置8段獨立溫控加熱區域，采用梯度升溫、梯度降溫的方式。第1段和第2段是電池片焊接前的預熱升溫區域，第3段和第4段是電池片焊接區域，第5段—第8段是電池片焊接后的緩慢降溫區域。電池片與焊帶在放片位完成敷設，然后分別進入各溫控區域完成電池片的焊接。

圖1 焊臺溫度分段示意圖

焊臺溫度控制系統采用接觸式加熱方式，8段加熱區域分別獨立控制。原理如圖2所示：分布在各加熱臺的溫度傳感器實時檢測溫度，并將信號傳送給DTE溫度控制模塊，溫度控制模塊根據實際溫度的高低接通或斷開繼電器，使加熱器通電或斷電，從而使焊臺溫度控制在預先設定好的數值上。DTE溫度控制模塊利用485通訊的方式，將測得的溫度值傳送到人機界面上，溫度監測畫面如圖3所示，方便操作者監測焊臺各溫區溫度狀況。

圖2 焊臺溫度控制原理框圖

圖3 焊臺溫度監測界面

2.2 焊頭溫度控制設計

焊頭溫度控制系統采用非接觸式焊接的方式：紅外焊接。紅外焊接具有發熱效率高、熱損失少的優點，近年來應用比較廣泛。如圖4所示，焊頭溫度控制系統采用兩套同樣的紅外焊接模組,分別設置預熱、焊接兩個加熱區域。預熱溫度控制在120～160℃，焊接溫度控制在230～260℃。

圖4 焊頭結構示意圖

當電池片傳送至紅外焊接區域內時，紅外燈管會在電池片垂直于焊帶方向輻射出一定波長的紅外線，迅速提高焊帶和電池片銀柵線的溫度，完成電池片正反兩面的焊接。焊頭溫度控制原理如圖5所示：紅外測溫傳感器采集到溫度后，反饋給紅外測溫儀，紅外測溫儀將溫度參數輸出到溫度控制模塊的輸入端，溫控模塊根據實測溫度與設定溫度的差距來調節4～20 mA的輸出電流，進而通過調節雙向可控硅功率的大小來控制紅外加熱器的輸出功率[2]。溫度控制模塊利用以太網通訊的方式，將測得的溫度值傳送到人機界面上，溫度監測畫面如圖6所示，方便操作者監測焊頭溫度狀況。

圖5 焊頭溫度控制原理框圖

圖6 焊頭溫度監測界面

3 結論

在太陽能電池組件制造過程中，對于溫度的控制一直是一個瓶頸。溫度控制的好壞對電池片焊接質量起決定性的作用。本文討論的串焊機設備溫度控制系統可實現如下功能：一是系統采用溫區分段加熱控制方式，避免了由于溫度分布不均勻造成的電池片變形；二是系統采用紅外加熱焊接方式，降低了電池片的虛焊以及隱裂問題。

參考文獻

[1]任現坤，徐振華，姜言森，等.晶體硅太陽電池焊接工藝研究[J].當代化工，2013，42（6）：781-783.

[2]王海東，帥爭鋒，王鶴，等.晶體硅太陽能電池焊接技術及其發展趨勢[J].電子工藝技術，2012，33（3）：136-138.