負(fù)壓吸附技術(shù)在太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)中的應(yīng)用

李瑞濤

(中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

負(fù)壓吸附技術(shù)在太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)中的應(yīng)用

李瑞濤

(中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

介紹了光伏產(chǎn)業(yè)中太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)中的電池片搬運(yùn)技術(shù)，并對(duì)所采用的負(fù)壓吸附技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)合進(jìn)行了分析。

負(fù)壓吸附；全自動(dòng)串焊機(jī)；太陽(yáng)能電池

以真空吸附實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的手段，已在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域方面得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)任何具有較光滑表面、質(zhì)量較輕的物體特別是不適合采用機(jī)械夾緊的物體，真空吸附都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

在光伏行業(yè)中，太陽(yáng)能電池片作為一種表面較為光滑平整，厚度很薄且易破碎的物品，對(duì)其使用真空吸附的方式進(jìn)行搬運(yùn)和移載的優(yōu)勢(shì)格外明顯。

1 負(fù)壓吸附技術(shù)的分類(lèi)

根據(jù)產(chǎn)生負(fù)壓的方法分類(lèi)，真空吸附系統(tǒng)可分為兩種類(lèi)型，即：以真空發(fā)生器為核心元件的真空系統(tǒng)；以真空泵為核心元件的真空系統(tǒng)。兩種真空系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

2 全自動(dòng)串焊機(jī)真空吸附3種方式的應(yīng)用場(chǎng)合

太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)是光伏行業(yè)組件生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)了，電池片從籃具到焊接位置的搬運(yùn)擺放，以及電池片互聯(lián)條的自動(dòng)裁切、擺放，并最終焊接成串，而且能將焊接后的電池串自動(dòng)傳送以及吸取擺放。具有自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，焊接效果一致的特點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)主流機(jī)型，生產(chǎn)速度可達(dá)2 400～3 000片/h，碎片率低于2‰。光伏行業(yè)中的太陽(yáng)能電池片的常規(guī)尺寸為156 mm×156 mm，厚度通常為 180～200 μm，表面相對(duì)平滑，易破損。在太陽(yáng)能電池片串焊過(guò)程中，對(duì)其的搬運(yùn)和移載，主要采用的方式為真空吸附方式。

表1 兩種真空系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

在太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)的設(shè)計(jì)使用中，有3種典型的工況需要使用到真空吸附技術(shù)。

第一種工況是在電池片的單片搬運(yùn)中，該過(guò)程中，需要將電池片通過(guò)負(fù)壓吸附，完成從籃具吸取，放置在定位裝置上，經(jīng)過(guò)定位裝置定位后，再通過(guò)負(fù)壓吸附從定位裝置吸取到焊接位置上，該過(guò)程中兩次吸取，以及在定位裝置上的定位，都使用了負(fù)壓吸附。該工況下，單片電池片的質(zhì)量約為12 g，真空吸附裝置需要將電池片凌空吸起。該情況下，真空吸附所需提供的吸力只需要大于電池片自身的重力。該過(guò)程對(duì)于負(fù)壓吸附系統(tǒng)，要求產(chǎn)生吸附的響應(yīng)時(shí)間短，而且吸附力要求小，真空需要快速切換，根據(jù)表1所列的兩種產(chǎn)生真空方式的優(yōu)缺點(diǎn)，該工況主要采用以真空發(fā)生器為核心元件的真空吸附系統(tǒng)。

第二種工況是對(duì)焊接成串的電池片搬運(yùn)，通常情況下，電池片每10片或者12片焊接成一串，該過(guò)程中，需要通過(guò)多個(gè)吸盤(pán)將焊接成串的電池片進(jìn)行分類(lèi)搬運(yùn)，該工況下，以12片為一串的電池片串焊為例，焊接成串的電池片以及金屬互聯(lián)條的質(zhì)量約為180 g，所需吸附力大小為1.8 N。該情況下，真空吸附所需提供的吸力需要大于整串電池片的重力，且需要穩(wěn)定的提供10～15 s的時(shí)間。該過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，速度較慢，要求產(chǎn)生的吸附力穩(wěn)定、持久，所需要的壓縮空氣流量大，該部分的真空產(chǎn)生如果采用真空發(fā)生器，會(huì)造成壓縮空氣的大量消耗，增加設(shè)備整體的耗氣量。因此根據(jù)表1所示，該部分主要采用以真空泵為核心元件的真空吸附系統(tǒng)。

第三種工況是通過(guò)負(fù)壓吸附提供焊接壓力以及吸附定位，該過(guò)程中，需要將單獨(dú)的電池片通過(guò)負(fù)壓吸附，固定在焊接臺(tái)面上，并產(chǎn)生一定的恒定吸附力。該過(guò)程從電池片放置在定位臺(tái)面到間歇運(yùn)動(dòng)到焊接位置，需要一直提供吸附力。由于電池片在焊接過(guò)程中，焊接溫度可達(dá)到260℃，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作后，焊接臺(tái)部分會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，該部分熱量會(huì)導(dǎo)致焊接臺(tái)部分溫度升高，甚至超過(guò)太陽(yáng)能電池片焊接時(shí)的工藝參數(shù)溫度，造成電池片的焊接不良甚至破損以及其他損害。而通過(guò)真空泵產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，會(huì)帶走大量的熱空氣，可以對(duì)焊接臺(tái)進(jìn)行降溫，從而使焊臺(tái)溫度保持在一個(gè)較為恒定的水平。該工況下，單片電池片的質(zhì)量約為12 g。該情況下，真空吸附所需提供的吸力需要將電池片吸附在真空臺(tái)上，并對(duì)電池片下方的焊帶提供壓力，使得焊帶熔化后在恒定的壓力下完成和電池片的焊接。

該過(guò)程中要求產(chǎn)生的吸附力恒定，脈動(dòng)小，并且要求流量大。根據(jù)表1所示，該部分主要采用以真空泵為核心元件的真空吸附系統(tǒng)。

3 真空吸附產(chǎn)生的原理

太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)采用的真空泵一種為干泵，一種為風(fēng)機(jī)，真空泵是在吸入口形成負(fù)壓，排氣口直通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機(jī)械。干泵的主要工作原理如圖1所示。

圖1 干泵工作原理

干泵的轉(zhuǎn)子偏心置于泵殼內(nèi)，上端靠近泵殼內(nèi)，形成進(jìn)排氣口間的密封。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋片在離心力的作用下貼緊泵腔的內(nèi)壁。在泵體內(nèi)形成多個(gè)空腔，進(jìn)氣口側(cè)的空腔容積隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而增加產(chǎn)生真空而吸氣，排氣口側(cè)的空腔容積隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而縮小，產(chǎn)生壓力而排氣。風(fēng)機(jī)的工作原理如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)工作原理

氣體由吸氣口吸入，當(dāng)氣體進(jìn)入側(cè)通道以后，旋轉(zhuǎn)葉輪在旋轉(zhuǎn)方向上給氣體一個(gè)速度。同時(shí)葉片上的離心力使氣體向外加速且壓力增加。隨著旋轉(zhuǎn)的進(jìn)行，氣體的動(dòng)能增加，使得沿側(cè)通道的氣體壓力進(jìn)一步增加，隨著側(cè)通道在出口處邊窄，氣體被擠出葉片并通過(guò)出口消聲器排出泵體。

真空發(fā)生器是利用壓縮空氣的流動(dòng)形成一定真空度的氣動(dòng)元件。典型的真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管負(fù)壓腔和接受管等組成，有供氣口、排氣口和真空口。當(dāng)供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，使該腔體形成很高的真空度。

圖3 真空發(fā)生器

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)真空吸附產(chǎn)生的原理以及各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)的分析，結(jié)合太陽(yáng)能電池片全自動(dòng)串焊機(jī)工作條件以及工作流程的介紹，分析了不同真空吸附原理在設(shè)備機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用，并合理的在設(shè)計(jì)中采用不同的真空吸附元件。

[1] 曾明正.實(shí)用工程材料技術(shù)手冊(cè)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第五版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] SMC（中國(guó)）有限公司.現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)，第三版[M].機(jī)械工業(yè)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

李瑞濤（1982-），男，工程師，主要從事電子專(zhuān)用設(shè)備的設(shè)計(jì)制造。