负压吸附技术在太阳能电池片全自动串焊机中的应用

李瑞涛

(中电科风华信息装备股份有限公司，山西太原030024)

负压吸附技术在太阳能电池片全自动串焊机中的应用

李瑞涛

(中电科风华信息装备股份有限公司，山西太原030024)

介绍了光伏产业中太阳能电池片全自动串焊机中的电池片搬运技术，并对所采用的负压吸附技术应用的场合进行了分析。

负压吸附；全自动串焊机；太阳能电池

以真空吸附实现搬运的手段，已在现代工业领域方面得到了广泛应用。对任何具有较光滑表面、质量较轻的物体特别是不适合采用机械夹紧的物体，真空吸附都有其独特的优势。

在光伏行业中，太阳能电池片作为一种表面较为光滑平整，厚度很薄且易破碎的物品，对其使用真空吸附的方式进行搬运和移载的优势格外明显。

1 负压吸附技术的分类

根据产生负压的方法分类，真空吸附系统可分为两种类型，即：以真空发生器为核心元件的真空系统；以真空泵为核心元件的真空系统。两种真空系统的技术特点如表1所示。

2 全自动串焊机真空吸附3种方式的应用场合

太阳能电池片全自动串焊机是光伏行业组件生产中的关键设备，该设备主要实现了，电池片从篮具到焊接位置的搬运摆放，以及电池片互联条的自动裁切、摆放，并最终焊接成串，而且能将焊接后的电池串自动传送以及吸取摆放。具有自动化程度高，生产效率高，焊接效果一致的特点。目前市场上的太阳能电池片全自动串焊机主流机型，生产速度可达2 400～3 000片/h，碎片率低于2‰。光伏行业中的太阳能电池片的常规尺寸为156 mm×156 mm，厚度通常为 180～200 μm，表面相对平滑，易破损。在太阳能电池片串焊过程中，对其的搬运和移载，主要采用的方式为真空吸附方式。

表1 两种真空系统的技术特点

在太阳能电池片全自动串焊机的设计使用中，有3种典型的工况需要使用到真空吸附技术。

第一种工况是在电池片的单片搬运中，该过程中，需要将电池片通过负压吸附，完成从篮具吸取，放置在定位装置上，经过定位装置定位后，再通过负压吸附从定位装置吸取到焊接位置上，该过程中两次吸取，以及在定位装置上的定位，都使用了负压吸附。该工况下，单片电池片的质量约为12 g，真空吸附装置需要将电池片凌空吸起。该情况下，真空吸附所需提供的吸力只需要大于电池片自身的重力。该过程对于负压吸附系统，要求产生吸附的响应时间短，而且吸附力要求小，真空需要快速切换，根据表1所列的两种产生真空方式的优缺点，该工况主要采用以真空发生器为核心元件的真空吸附系统。

第二种工况是对焊接成串的电池片搬运，通常情况下，电池片每10片或者12片焊接成一串，该过程中，需要通过多个吸盘将焊接成串的电池片进行分类搬运，该工况下，以12片为一串的电池片串焊为例，焊接成串的电池片以及金属互联条的质量约为180 g，所需吸附力大小为1.8 N。该情况下，真空吸附所需提供的吸力需要大于整串电池片的重力，且需要稳定的提供10～15 s的时间。该过程时间较长，速度较慢，要求产生的吸附力稳定、持久，所需要的压缩空气流量大，该部分的真空产生如果采用真空发生器，会造成压缩空气的大量消耗，增加设备整体的耗气量。因此根据表1所示，该部分主要采用以真空泵为核心元件的真空吸附系统。

第三种工况是通过负压吸附提供焊接压力以及吸附定位，该过程中，需要将单独的电池片通过负压吸附，固定在焊接台面上，并产生一定的恒定吸附力。该过程从电池片放置在定位台面到间歇运动到焊接位置，需要一直提供吸附力。由于电池片在焊接过程中，焊接温度可达到260℃，设备长时间工作后，焊接台部分会产生大量的热量，该部分热量会导致焊接台部分温度升高，甚至超过太阳能电池片焊接时的工艺参数温度，造成电池片的焊接不良甚至破损以及其他损害。而通过真空泵产生负压时，会带走大量的热空气，可以对焊接台进行降温，从而使焊台温度保持在一个较为恒定的水平。该工况下，单片电池片的质量约为12 g。该情况下，真空吸附所需提供的吸力需要将电池片吸附在真空台上，并对电池片下方的焊带提供压力，使得焊带熔化后在恒定的压力下完成和电池片的焊接。

该过程中要求产生的吸附力恒定，脉动小，并且要求流量大。根据表1所示，该部分主要采用以真空泵为核心元件的真空吸附系统。

3 真空吸附产生的原理

太阳能电池片全自动串焊机采用的真空泵一种为干泵，一种为风机，真空泵是在吸入口形成负压，排气口直通大气，两端压力比很大的抽除气体的机械。干泵的主要工作原理如图1所示。

图1 干泵工作原理

干泵的转子偏心置于泵壳内，上端靠近泵壳内，形成进排气口间的密封。当电机带动转子转动时，旋片在离心力的作用下贴紧泵腔的内壁。在泵体内形成多个空腔，进气口侧的空腔容积随转子的转动而增加产生真空而吸气，排气口侧的空腔容积随转子的转动而缩小，产生压力而排气。风机的工作原理如图2所示。

图2 风机工作原理

气体由吸气口吸入，当气体进入侧通道以后，旋转叶轮在旋转方向上给气体一个速度。同时叶片上的离心力使气体向外加速且压力增加。随着旋转的进行，气体的动能增加，使得沿侧通道的气体压力进一步增加，随着侧通道在出口处边窄，气体被挤出叶片并通过出口消声器排出泵体。

真空发生器是利用压缩空气的流动形成一定真空度的气动元件。典型的真空发生器的结构原理如图3所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管负压腔和接受管等组成，有供气口、排气口和真空口。当供气口的供气压力高于一定值后，喷管射出超声速射流。由于气体的粘性，高速射流卷吸走负压腔内的气体，使该腔体形成很高的真空度。

图3 真空发生器

4 结 论

通过对真空吸附产生的原理以及各种方式的优缺点的分析，结合太阳能电池片全自动串焊机工作条件以及工作流程的介绍，分析了不同真空吸附原理在设备机构中的运用，并合理的在设计中采用不同的真空吸附元件。

[1] 曾明正.实用工程材料技术手册[M]北京：机械工业出版社，2000.

[2] 成大先.机械设计手册，第五版[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3] SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术，第三版[M].机械工业出版社，2008.

Application of Vacuum Technology in Auto Cell Welding

LI Ruitao
(CETC Fenghua Information-equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China)

The artice introduces the cell handing technology of auto cell welding in the photovoltaic industry，and analyze the applictions of the vacuum technology.

Vacuum；Auto cell welding；Solar cell

TB751

B

1004-4507(2017)05-0056-03

2017-08-01

李瑞涛（1982-），男，工程师，主要从事电子专用设备的设计制造。