QS540LA电池板测试仪辅助工艺设备的研制

程丕俊，井文丽，刘 虎

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

太阳能电池作为可再生的环保能源已经越来越受到人们的关注，世界太阳能电池近几年的年销售增长率已超过40%，我国太阳能电池生产能力以每年30%的速度增长，与其相关的工艺设备也得到了迅猛的发展。目前，在国家倡导环保、节能宏观政策的推动下，北京、上海、浙江、江苏等省市都在积极开发太阳能电池产品，这为国产太阳能电池设备带来了广阔市场。QS540LA电池板测试仪辅助工艺设备作为太阳能电池生产的辅助设备，提高了生产效率，降低了劳动强度，降低了有效生产成本。

从国内外同类技术对比来看，太阳能电池制造设备领域里，目前以德国、意大利为代表的欧洲设备制造商和日本、美国设备制造商代表了当今世界相关设备的最高技术水平，其技术特征为产能高、自动化程度高并且适合越来越大、越来越薄的硅片工艺。尤其是德国，已成功地推出了代表国际最先进水平的、几乎不需要人工干预的适合210 mm×210 mm方硅片生产的全自动生产线设备。

1 QS540LA电池板测试仪介绍

供应商背景：芬兰某能源公司，是专业从事太阳模拟测试设备生产的厂商，该公司生产Quicksun太阳模拟测试系统，广泛应用于无锡尚德、南京中电、保定天威英利、天津京瓷、苏州CSI、洛阳CSI、江苏艾德、云南天达、浙江向日葵、杜邦、皇明、北京中轻太阳能、浙江正泰等国内知名光伏企业。

该公司生产的QS540LA—电池板测试仪--下打光，适合125、150、200mm使用。测试仪示意图见图1。具体参数为：

标准测试面积：2 000 mm×1 100 mm

外型尺寸及质量：299cm×170cm×162cm，320kg；

光源：氙灯，短脉冲(符合并超越了IEC60904-9对太阳模拟测试系统classA.A.A.的规定标准)；

光谱匹配度<±25%，光照不均匀度<±2%，系统稳定性<±2%；

光强可调性：光强范围200w/m2—1200w/m2，可调；

测量方法：采用IDCAM(IrradianceDecayCell-AnalysisMethod)应用软件，以双二极管等效电路推算串并联电阻值，扩散电流及覆合电流等关键参数；

温度加温功能：可量测不同温度下的IV，以计算温度系数(组件模拟器除外)。

此类设备在使用过程中，因人机尺寸不协调，给测试操作带来诸多不便；因而，在此背景下，结合企业需求和测试仪本身，开发研制了辅助工艺设备，从而提高了测试效率，减轻了劳动强度；并且降低了企业生产成本。

下面对QS540LA电池板测试仪辅助工艺设备的开发研制进行阐述。该辅助工艺设备对电池组件测试流程分为四部分：电池板上下料系统；组件传送系统；机械抓取携带系统；测试系统。

其目的是将电池组板自动放置在检测台上，以及从检测台把电池组板取出放到平台上，进行下道分测包装工艺。

2 辅助设备的关键技术研制以及解决方案

2.1 提升平台

如果采用4个气缸带动提升平台运动，就要求4个气缸的同步性要好，但是调节4个气缸的同步比较困难；如果采用中间的一个气缸带动位于四角的导向来完成，气缸运行距离太长(约900mm距离)，稳定性不高。

为了达到要求，提升平台采用成熟的剪叉升降台结构，采用交流电机加丝杠导轨结构，实现上下料平台的升降，从而使整个结构的稳定性大为增加。

2.2 水平传送运动系统

由于电池组板的尺寸较大，要求的稳定性较高，而且运行距离比较远，如果采用电机加丝杠带动的话，整个结构的复杂性和成本会大大增加。

为了达到运动系统的稳定性，运动系统采用两边同步带同时驱动，这样既能保证运动的稳定性，又能增加整个结构的强度。而且在运动系统两端安装直线滑轨结构，保证电池组板在运行时的稳定性；在两端极限位置设计可调的限位缓冲装置；

2.3 抓取机械系统

采取气缸加导轨的常规结构设计思路；中间一个承重气缸，配4套导向轴；对抓取机械手起到短距离的升降，从而保证在抓取电池组板时，脱离升降平台，运行到测试仪测试位置；

为防止停电等意外情况的发生导致抓取电池板的机械手气缸断气，计算了气缸的承重值要求，采取相应加装限导阀的措施来防止电池板下落。

2.4 辅助设备环境设施要求及主要技术参数

电源：380 V 1 kW

压缩空气：≥0.3 kg/cm2

外形尺寸：约4 280 mm×2 300 mm×2 380 mm

设备兼容长度≤2 000 mm、宽度≤1 100 mm的多种规格电池组板

工艺循环周期：45 s

升降台速率约0.15m/s，水平运行速率约0.3m/s；

2.5 电气控制系统

结合运动设备所要求的精度和速度以及良好的运动特性，选用PLC、触摸屏及按钮相结合的控制方式；控制稳定、操作方便；程序有过程控制、故障报警、安全保护等功能。可根据实际工艺要求采用全自动或手动操作。

设备安全保护装置的设计：具有急停功能；具有漏电断路保护装置；升降平台系统具有精度定位和过冲保护双重传感器安全装置，且控制位置可以微调；水平运动系统具有精度定位传感器和调整结构，结合测试仪测量位置定位，调整与之配套；电池板沿升降平台滑轨滑动时，具有定位传感器和缓冲限位装置，防止电池板过行程；

2.6 设备结构设计及工作流程

设备结构示意图见图2。

图2 结构示意图

该设备由铝型材骨架、上料位升降结构、下料位升降结构、导轨、抓取结构、电池板、滚轮、电控系统等部分组成。

该设备的工艺流程原理见图3。

(1)手动将电池板放置于上料升降台上，通过台面的滑轮传送到指定位置，传感器检测是否有电池板，反馈信号；

(2)丝杠导轨带动上料升降台向上运动到与检测设备同高；

(3)直线导轨带动抓取机械手结构运动到抓取位置；

(4)抓取气缸结构抓取电池板，并将其运行至检测设备上方；

(5)检测完毕后，电池板运动到下料升降台上；

(6)气缸带动电池板向下移动到指定位置，放下电池板；

(7)丝杠导轨带动下料升降台向下运动到设定位置；

(8)手动取走电池板。

图3 流程示意图

设备交付客户，使用时现场图片见图4。

图4 实际现场工作照片

3 结束语

我国太阳能电池制造设备目前的技术水平还处于发展阶段，自动化程度以及稳定性还不如进口设备。当前国内还没有此类似设备。因此，国内设备厂商应该看准这个市场，把握市场脉搏，建立以企业为主体，以产业化为目标，充分利用国内科研院所的技术和人才条件平台，发挥设备研制和工艺研究相结合的优势，进一步提高国内企业在太阳能电池制造设备配套设备的系统解决方案水平,使之成为企业新的经济增长点。

[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 邱宣怀.机械设计(第四版)[M].北京：高等教育出版社，1999.

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