光伏組件企業智能化與數據化應用與提升研究

王春成 王磊 李宗佰

【摘 要】智能化設備與數據化產品在智能化水平較高的光伏組件行業的應用比較廣泛。智能化設備水平是決定組件行業未來產業升級與發展的重要因素。光伏組件行業設備精密度高、設備相對大、能耗高、作業環境要求高、組件尺寸大、質量大，在光伏組件車間，普遍使用鋁材或鐵質流水線，整體自動化水平較高。國內光伏組件智能化和信息化與其他精密型制造行業相差較大，需要進行智能化和信息化升級，以滿足未來對“物聯網+5G”應用的需求。

【關鍵詞】智能化;數據化;物聯網;光伏組件

【中圖分類號】F276.44;F270.7【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）03-0052-03

0 引言

自2000年由施正榮教授回國創建尚德太陽能電力有限公司開始，中國光伏產業至今有20年的發展歷史[1]。光伏產業從發展史上來說是朝陽產業，其發展過程正是整個世界科技發展最為迅速的20年，自動化技術與信息化的飛速發展促進了光伏產業自動化水平的顯著提升，自動化水平的提升不僅能降低車間生產員工的工作強度，還能夠極大地提升產品的生產質量，降低產品的制造成本，提升產品的競爭能力。從2010年至今實現的光伏組件平價上網正是自動化水平顯著提升帶來的影響。自從2013年德國提出工業4.0標準及2015年中國提出“中國制造2025”的實施方案后，以智能化與數據化為典型代表的產業開始走上迅速發展道路，區塊鏈、5G、物聯網等新興產業開始在中國蓬勃發展。作為在朝陽企業的光伏產業尤其是光伏組件產業中自動化程度較高的光伏組件企業，應積極探索智能化和信息化在設備和產品的技術應用。下面就技術發展與光伏組件企業未來智能化和信息化應用進行討論。

1 工業4.0與“中國制造2025”

1.1 工業4.0技術介紹

工業4.0主要由“產、學、研”各界協同制定，主旨在于依靠智能化、應用物聯網等新技術提高工業的全球競爭力，其核心主要體現為“智能+網絡化”，即依靠信息物理系統陸續塑造智能工廠，進而實現智能制造的目的[2]。工業4.0突出生產與市場整合：在生產層面，注重產品生產過程，通過設計與開發、安排生產計劃、生產過程管控、產品售后維護等不同階段間的信息共享實現工程數字化整合，進而在智能工廠內借助于聯網塑造生產的縱向集成;在市場層面，通過領先的供應商戰略和領先的市場戰略實現制造業的橫向集成。領先的供應商戰略主要將注意力集中于生產領域，認為裝備制造商應嚴格把先進的技術、健全的解決方案與傳統的生產技術進行有機結合，進而陸續生產出具有智能特征的生產設備，最終為制造業注入新的“血液”及陸續實現制造業的不斷升級和快速進步。領先的市場戰略主要注重對國內的制造業市場進行不斷整合，而塑造涵蓋不同地區、行業、企業的高速互聯網是實現此戰略的關鍵。依靠此網絡，企業完全可迅速分享信息，從而陸續完成有效的分工合作。以此為基礎，可對生產工藝進行不斷的細分，進而陸續實現較為專業化的生產，不斷提高制造業的生產效率。最后通過工業4.0標準形成行業及全球標準，以此提升德國在世界經濟中的地位。

1.2 “中國制造2025”與江蘇省產業布局

“中國制造2025”將智能制造作為主攻方向，其本質便是依靠互聯網與工業不斷協同，在新一輪產業革命中緊抓全球制造業革新的契機，而“互聯網+工業”亦將逐步引領中國制造業向智能化方向發展。為此，“中國制造2025”在借鑒工業4.0發展經驗的基礎上，從互聯網和智能制造兩個方面進行深入推進。從江蘇省蘇南五市智能制造推進路線及主打項目來看，江蘇將以蘇南五市作為智能制造產業集中的主陣地，通過產業規模效應拉動區域智能制造企業發展，通過區域發展帶動智能制造的持續進步。

2 光伏企業未來智能化與數據化的趨勢

未來，光伏產業在互聯網技術的支撐下，會實現產品部件與系統技術的創新迭代，將加速可再生能源發電實現全面平價;將在大型能源基地、分布式發電、零能家庭三大應用場景進行協同發展，儲能規模化應用、制氫等將進一步促進可再生能源向更大規模發展;部分地區積極探索全清潔能源供電方式，100%清潔能源供電是完全可以實現的。

2.1 大型能源基地的混合能源應用

大型能源基地通過光、風、儲、氫等多種能源形式進行互補，通過智能跟蹤支架控制算法，主動規避早晚反跟蹤階段的陰影遮擋，數字化融合，神經網絡自學習;支持并/離網多模式混合制氫，白天光伏制氫、夜晚谷電制氫。在以光伏為基礎的多能互動模式中，“光伏+儲能”是被廣泛看好的能源解決方案;通過在一些光照資源豐富、同時臨海又有落差的地方，將光伏和抽水蓄能相結合，形成完全以光伏電力驅動光伏制造的產業鏈模式。通過光伏、風電混合能源進行儲能和新能源制氫示范能源的應用，形成24 h清潔能源供應。

2.2 智能分布式發電應用

分布式發電在向區域進行集中管理，以園區為基本點，形成微電網，打造智慧城市，并通過綠色電力交易平臺進行區域電力銷售及采購;建立分布式綠色電力交易平臺，園區多，能源集中管控，統一維護;平臺化電費統計與結算，實現園區內綠色電力客戶自主交易和100%消納目標。

2.3 零能家庭應用

零能家庭在家用建筑中實現源生地發電、儲電、用電，產銷一體，減少對電網依賴。以家庭能源管理、電動汽車、家用負荷、光儲系統、區域智能電網為5個閉環能源系統管理與應用，實現光伏/風能發電、儲能和用電（包含家用及充電）一體化，網絡智能分析電弧特征，精準檢測，不誤報，確認電弧在0.5 s內能快速切斷電路，保障系統安全;電動汽車的普及對電力能源的調節平衡十分有益，理論層面講僅靠電動汽車的儲能作用就可以調節電力平衡。同時，連接區域智能電網，實現實時電價管理和精細化能量管理，幫助家庭用戶獲取安全、高效、智能、低成本的用電體驗。

3 光伏組件企業推行智能化和數據化可行性

3.1 光伏組件企業推行智能化和數據化方向

從工業4.0和中國制造的推進方向看光伏組件行業發展，光伏組件企業是以生產光伏組件為核心的制造型企業，應當積極推進智能化與數據化“兩條腿”走路：一方面，采用先進的智能機器代替人工，不斷降低企業加工成本，提高生產運行效率，提高生產過程的全自動管控能力;另一方面，加快信息化與數據化的全面推進，實現產品的數據化與可視化，便于客戶實時查看訂單生產情況與產品存在狀態，形成智能工廠的縱向集成。

3.2 光伏組件集團公司的發展方向

從光伏組件企業集團公司的角度看，通過規模化生產方式，形成區域閉環生產，降低物流運輸成本，實現原輔材料的就近生產，降低其單位成本，實現規模化生產方式同時實現單位產品制造費用與管理費用的成本趨于最低化，能夠有效占領國內外市場，同時實現組件生產行業的橫向集成。在不斷提升市場占有率的情況下，制定光伏組件行業標準，形成具有強制規范的光伏組件標準，提高準入標準和降低行業混亂現狀。同時，拓寬組件生產上下游，一方面強化集團企業在硅材料領域的市場地位，另一方面提高企業在組件終端的市場需求能力，促使組件生產實現全年滿負荷作業，提升企業抗風險能力和降低項目回收期。

4 光伏組件企業智能化與數據化應用措施探討

從未來光伏技術應用的3個場景來看，結合數據化進行的智能化管理會成為應用焦點，同時由于5G技術的廣泛應用，因此產業的設備智能化應用會更加充分，智能化水平會更高。本文從以下幾個角度進行技術應用討論。

4.1 設備智能化措施

從目前的光伏組件企業設備應用來看，設備接口除了本身自有的存儲信息方式，現在主要是連接制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）以滿足現場基本數據化的要求，從執行端把智能倉儲、AGV自動配送、設備控制系統、遠程可視化監控、實時數據采集、DCS智能控制（Distributed Control System，分散控制系統）結合起來，實現數據的實時傳遞。目前，MES系統僅實現了數據的簡單傳遞，針對設備生產過程的異常處理及異常問題點的搜集反饋缺乏統計和自我分析，在未來產業智能化發展過程中，應該結合5G和智能化管理水平，實現整個設備管理的可視化、生產過程的監督與實時反饋，同時設備在大數據平臺下應該實現自動問題點搜集與自我改善。

4.2 產品數據化管理

光伏組件在原料采購、倉庫存儲、物料運輸、制程生產、包裝發貨等過程中，僅在制程生產過程中實現了數據的簡易數據化，并未實現數據化管理。員工通過串焊機或者線邊倉的條碼進行管理，把產品變成一個個的條碼，條碼中顯示產品從哪個線體經過，是哪個員工操作完成，什么時間完成生產，中間的EL測試數據、IV測試的功率等數據均可顯示，但是從前端的原料采購、倉庫庫存、物料運輸到發貨過程全部處于無序狀態，均未能實現數據化管理。在未來數據化管理階段，通過5G技術的應用，實現原料采購的數據化管理，企業能夠知道物料狀態，缺料自動下單，自動倉儲管理等。同時，通過制造執行系統（MES）實現生產車間的標準化和系統化管理，避免之前行政命令執行的短暫性和不可持續性[3]，在MES系統上線前，標準作業主要通過張貼SOP說明書、人員培訓、績效考核、文件命令等方式完成，人員操作可持續性很差，通過MES系統實現作業標準化，不標準的作業無法在MES系統形成工站數據，通過MES實現工站與工站、工段與工段的數據對接，車間與車間、工廠與工廠的數據共享，實現產品管理數字化;通過供應商管理系統（SRM）實現上游物料工廠信息的全覆蓋，可以實時查詢物料物流進度、物料供應需求及信息反饋，能夠明確上料物料工廠供貨能力、工廠信譽等，實現物料成本可控、物料存儲需求可查;通過客戶關系管理系統（CRM）掌握客戶需求數據，記錄企業與客戶發生的交互關系，建立客戶信息搜集、管理、分析和利用的系統，實現以客戶為中心的管理方式。

5 總結

在目前智能化和數據化的快速發展環境下，光伏組件企業智能化和數據化是未來行業發展的主要方向。智能化技術應用把人工智能技術、自動化技術及物聯網信息技術結合機械管理，實現了流水線生產中機械自動管理的智能化制造。同時，通過大數據管理和5G技術的應用，把產品進行數據化管理和應用，提升了整個光伏組件企業的信息化和數據化管理水平，實現生產過程的透明化、實時性，以及資源配置的有效利用。

參 考 文 獻

[1]王成，趙鶴.智能型機械自動化的應用與發展分析[J].商品與質量，2019（1）：7.

[2]龍錦中，吳堅，沈平.汽車生產領域智能制造技術應用研究[J].企業科技與發展，2019（11）：92-93，96.

[3]張曉棟.汽車排氣系統智能制造執行系統設計與實現[D].廣州：廣東工業大學，2018.