太阳能组件自动化装配技术现状及发展

作者简介：龙倩文（1986—），女，本科，中级工程师，研究方向为热能与动力工程。

摘要：太阳能电池组件的原理是将太阳能转化为电能，利用电池部件存储能量以供后续使用，或者直接作为动力促进负载系统运行等，为生产生活活动提供能量来源。该文总结国内外技术现状，说明自动化装配的实施流程、总装配技术、防控网状隐裂的技术方法等方面，同时还探讨了该技术在太阳能电池组件生产发展中的未来发展趋势，仅供参考。

关键词：自动化装配技术 太阳能组件 封装 技术研究 生产效率

中图分类号：TK51      文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： The principle of solar cell module is to convert solar energy into electric energy， use battery components to store energy for subsequent use， or directly as power to promote the operation of load system， so as to provide energy source for production and living activities. This paper summarizes the technical status at home and abroad， and explains the implementation process of automatic assembly， general assembly technology， technical methods for preventing and controlling mesh cracks， etc. In addition， this paper also discusses the future development trend of this technology in the production and development of solar cell modules for reference only.

Key Words： Automatic assembly technology; Solar modules; Encapsulation; Technical research; Production efficiency

生产太阳能电池组件过程中，封装是主要环节，封装过程比较复杂，有严格的流程要求。自动化装配是现代主流生产方式，国外早已实现自动化串联焊接、自动化敷设作业、自动化装框作业等。近年来，国内技术也得到快速发展，但与国际先进水平存在差距。了解太阳能电池组件特点、持续优化装配技术，是太阳能产业长效发展的客观要求。

1当前技术应用形势

1.1国内方面

太阳能产业经过长期发展，在2018年受到国内531政策、美国201条款与301条款影响、欧盟MIP结束和印度防卫性关税等影响，呈现供应链、系统端不稳定趋势。自2019年供应链价格走低和政策性调控影响下，太阳能行业需求持续增长，至2021年，太阳能已经成为重要的现代化能源之一，应用范围较广[1]。在此过程中，太阳能电池组件行业自动化技术迅猛发展，在该行业中，信息技术、电气技术、机械化技术和控制管理技术等有效融合，综合多学科优势，实现自动化温控、成套装备控制、计算机控制、精密传动等，有效应用了视觉检测与图像分析技术，通过工艺集成与系统集成控制，利用计算机和信息系统软件等实现全面自动化发展。太阳能电池组件装配技术发展过程中，逐渐趋于定制化、柔性化制造，技术更新迅速，智能化特点日益显著。经过技术发展迭代，装配技术自动化水平持续提升，实现从人工为主向机械化装配，然后发展至自动化装配水平。在当前，自动化串焊、敷设和状况水平较高，通过实时信息采集、图像识别、机器人技术和智能化精准控制，生产效率和生产精度显著提升[2]。目前技术应用中可较好开展物流自动化，信息采集識别技术应用比较成熟，自动化机械手等设计也渐趋智能化。在当前，国内装配技术自动化水平与国际技术水平差距不断缩小，但是在精准控制和智能化控制方面仍然与国际前沿技术存在较大差距[3]。

1.2国际方面

与国内相比，国际生产技术发展速度较快，早已实现全线自动化生产。在当前，国外串焊设备、敷设设备和装框设备全部实现自动化，集成化水平较高。在部件生产和太阳能电池组件装配过程中，不仅可实现自动化控制，而且具有较高的控制精度。国外生产过程实现视觉信息采集和图像识别，结合数据采集和分析技术与现代化控制系统对生产设备进行有效控制，部件与太阳能电池组件定位更加精准，可高效率开展抓取、装配操作。

串焊自动化设备执行生产流程比较统一。在人工电池盒中装载原料后，执行电钢顶升上料操作，进行抓取机构作业，抵达图像检测区域。完成电池片检测，进行部件定位，通过机械手分离废料单独处理，正常部件部分由设备进行校正操作。抓取电池片，使其抵达焊接区域，串焊处理电池片。向下料传输线传输处理过的电池片并下料。完成准备焊带操作，准备助焊剂，在焊带中涂刷助焊剂然后进行烘干处理，折弯和剪切处理焊带，再进行串焊等操作。

美国与西班牙在自动化装配方面均产生显著成效。以美国为例，该国企业早已研发成功自动串焊设备，其中Xcell X2口碑较好。该设备所用智能机器人为4自由度水平，同时可高精度检测和识别图像信息。该设备使用电磁焊接技术进行串联焊接。西班牙企业研发的自动焊接设备型号为SL-200，所用机器人自由度6，同样采用高精度图像识别检测。在该设备自动化生产中，使用红外线焊接技术执行焊接操作。

2自动化装配技术实施要点

2.1自动化装配流程

太阳能电池组件装配过程应遵循严格流程，实施规范操作。在装配操作前，首先应检验电池质量，分析其是否符合装配标准。检验无误，进入串联焊接环节，然后再行检验电池，避免出现网状隐裂，保证焊接质量良好。进行敷设作业，层压处理部件，精细化处理，清除部件毛边，保证边缘光滑。装设金属边框，然后将接线盒焊接于太阳能电池组件中。进行高压测试，检验太阳能电池组件质量。其次进行太阳能电池组件测试，检验太阳能电池组件外观状态，通过全部检验，符合应用标准，包装太阳能电池组件产品，装载入库，规范存放。分析上述工序，可见太阳能电池组件需要经过复杂的生产环节才能装配完成。依赖人工执行上述装配操作，不仅工作压力大，操作时间长，而且装配过程较易受到人工水平的影响，例如：工人责任意识、技术经验和综合专业素质等，耗时也更长。太阳能电池组件实际用量较大，人工操作环节耗时较长，无法达到工期要求。应用自动化装配设备，通过技术手段应用实现自动化装配，可显著缩短工期，提高太阳能电池组件封装质量，促进太阳能电池组件又好又快完成。总体封装质量评价显示，自动化装配质量比较平均，整体高于人工作业。相关研究显示，在传统作业时期，100 MW太阳能电池组件焊接作业中每天需要人工200人，而采用自动化焊接设备后，常规组件生产企业日常产量超过1GW，此种组件生产效率是传统人工焊接的10倍左右，显著降低人工成本，促进成本控制，对太阳能电池组件生产企业而言显著提高了利润空间，促进企业盈利，缩短封装工期，而且组件生产品质可以得到更有效保证[4]。

2.2总装配技术要点

单个太阳能电池组件可构成一个光伏电池方阵，也可同时使用多个太阳能电池组件搭建电池方阵。当电池方阵采用多太阳能电池组件构成模式时，在装配过程中应保证各太阳能电池组件在电压参数和电流参数方面无显著差异，此种要求是为了降低串联组合与并联组合过程中产生的能量损失。在装配太阳能电池组件时，应客观分析太阳能电池组件使用环境，确定太阳能辐射质量，同时还应分析装设太陽能电池组件后负载情况，综合上述情况明确电池方阵整体功率要求。以设计系统中电流和电压参数设计标准，选用合理数量太阳能电池组件，通过串联和并联构成方阵。太阳能电池组件方阵装配中需要使用方阵支架，设计方阵结构与支架结构时，应保证太阳能电池组件可稳固连接支架，并且应考虑到未来电池太阳能电池组件更换需求，方阵结构应确保太阳能电池组件更换具有可行性。常规情况下，该方阵和支架负载力应可良好承受120 km/h风力作用，而不会因为风力作用发生损坏，影响正常使用。该支架具有可调节性，呈现一定倾角，部分方阵采用固定安装角度，通过此种设计，确保及时在日辐射量较差时期，太阳能电池组件也可有效吸收太阳能，具有较高发电量。紧固件应具有较高强度，稳定连接支架。屋顶安装太阳能方阵时，方阵支架连接建筑主体结构，以保证稳定性。地面安装时，太阳能电池组件应与地面保持0.3 m以上间距。建设安装基础后，在基础上固定连接立柱底部，从而提升承重量和风力荷载量。

3自动化装配技术在太阳能电池组件装配中的未来应用发展方向

太阳能电池组件可将光能转换为电能。在技术发展推动下，太阳能电池组件持续更新迭代，在太阳能电池组件和玻璃规格、太阳能电池组件功率、电池片数等方面发生众多变化，太阳能电池组件功率持续增长，太阳能电池组件、玻璃规格也呈现增长趋势，2017—2018年电池片数增长，2020—2021年片数减少。综合分析数据，装配技术水平显著提升 [5]。具体见表1。

结合太阳能电池组件发展历程可知，组件生产质量总体处于持续优化状态，在技术发展影响下，太阳能电池组件规格逐渐增大，受此影响电池功率显著增高，而电池片数逐渐减少。为适应未来太阳能电池组件封装高精度要求，必须深入研究自动化装配技术，提高封装水平。在未来发展中，应构建科学的封装系统，促进串联焊接、敷设、装边框等实现一体化，提高集成化水平，增强自动化成效。不仅如此，还应促使封装自动化向智能化发展，科学应用传感器技术、信息技术、大数据技术、智能监控系统等，综合多学科理论开展技术研发，构建智能化、体系化、集成化封装生产线，进一步提高生产稳定性，完善产品质量[6]。

4 结语

综上所述，太阳能电池组件是现代生产生活中应用范围较广的能源生产设备，该类组件结构形式统一，分为单晶硅、多晶硅和非晶硅等类别。封装质量直接影响太阳能电池组件功能状态。国内外当前自动化封装技术均比较先进，而且持续快速发展，但国内集成化和智能化水平较低。在未来发展中，应促进物流转换自动化技术研发，促进自动化封装系统集成，提升装配智能性和人性化。

参考文献

[1] 宋博仕.工业机器人自动化生产技术的实践研究[J].现代制造技术与装备，2021，57（9）：179-180，183.

[2] 李克龙，高宗辉，秦金山.物联网技术在工业自动化中的应用研究[J].现代工业经济和信息化，2021，11（7）：100-101.

[3] 杨承诚，王婷，莫姝.基于云模型的自动化工装装配失效风险评估[J].数学的实践与认识，2021，51（5）：103-111.

[4] 刘浩然，颜鑫，袁学光，等.底部反射增强的GaAs纳米线径向p-i-n结阵列太阳能电池[J].光学学报，2021，41（20）：109-114.

[5] 郭栋材，郭乐天，姜海波.应用太阳能电池的智能除藻勘测船设计[J].电子世界，2021（19）：162-163.

[6] 刘细珠.聚光型太阳能光伏发电自动跟踪系统探讨[J].内蒙古科技与经济，2021（19）：109-110.

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