太阳能光伏玻璃基板清洗设备的研究

杨 敏，樊建华，孟 超，时 璇，常 志

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

太阳能光伏玻璃是一种通过层压入太阳电池，能够利用太阳辐射发电，并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃。主要流程是：玻璃－PVB（EVA）胶膜－太阳电池－PVB（EVA）胶膜－玻璃。通过层压密封，制作完成，具有很好的安全性。

本设备德国Asola(原名ASSGmbH)公司等国外企业已经具备了比较成熟的技术，而我国国内仍然是处于设计研究阶段。

太阳能光伏玻璃清洗机的主要作用是清洗太阳能光伏玻璃基板（以下称玻璃）。由于玻璃是一边粗糙一边光滑的，在运输和搬运的过程中，为了防止摩擦损坏玻璃，在两块玻璃基板之间夹着一张纸，这样减少了玻璃之间的摩擦，但是玻璃上面会留下细小的纸屑和灰尘，通过玻璃清洗机的清洗后，洗刷掉粘在玻璃上的灰尘和纸屑，使玻璃达到高的透光率和高的洁净度。

整个设备采用双层隔离的设计，传动部分和玻璃操作区域完全隔离，节省资源，高效耐用。各个部分均可拆分，方便清洁和维护，整个设备使用PLC控制，人机界面触摸屏显示，并具有声光电报警，各个部分均装有传感器，触摸屏全程显示整个设备的运行状况。

1 工艺流程

如图1所示，玻璃清洗机的工艺流程为：上料→喷淋+刷洗→风刀干燥→出料。

图1 清洗机整体图

设备主要分为4个部分：上料区、滚刷洗、喷淋区、吹干区。整个设备的传动是由电机带动主传动轴，主传动轴带动传动滚轴从而带动玻璃运动。上料区全长4250mm，人工将待清洗的玻璃放在上料区后，按动在上料区头段的手动开关，上料区传动电机开始工作，并通过橡胶滚轮带动玻璃进入滚刷洗区；

滚刷洗区全长1000mm，有4个滚刷（分为上下两组），并通过喷嘴喷射水来刷洗玻璃的两面；

喷淋区全长1000mm，装有上下两组喷淋喷嘴，在喷淋区出料段用橡胶压轮来赶水。

玻璃在赶完水后进入吹干区，吹干区全长1500mm，有3组风刀，用于吹干玻璃。

1.1 传动

设备的传动（如图2所示），由电机带动分布在设备两侧的主传动轴，传动轴上面安装驱动轮，驱动轮带动传送滚轴，滚轴上面安装橡胶轮用来传动玻璃。PLC控制变频器调整速度，速度可以在触摸屏上显示和更改，速度范围在0～6m/min。

1.2 上料区

上料区全长4.25m，宽2m，适合目前所有规格的玻璃基板，上料区的传动和后面的部分是分开，上料区在没有玻璃时是不动的，当人工把玻璃放好后，手动按钮开始上料。（如图3所示）。

图2 传动区

图3 上料区

1.3 水处理区

水处理区包括喷淋洗、滚刷洗和水循环3个部分，喷淋是由磁力泵从设备底部的存水槽中抽水，然后喷淋清洗玻璃。喷淋洗区（如图4所示）是喷淋水洗，通过压力喷出水冲洗玻璃，只是在后面增加了两个橡胶滚，用来压走玻璃基板面上的水。滚刷洗部分（如图5所示）是在玻璃的上下两面分别安装两组滚刷，电机带动滚刷旋转，当玻璃进入滚刷洗区时，喷淋和滚刷同时开启，清洗玻璃的两面。

图4 喷淋区

图5 滚刷洗区

水循环：本设备使用的是电导率低于5μs/cm的纯水，在水处理每个工位的下面都有一个存水槽（如图6所示），用磁力泵抽水，并配备有过滤系统，水处理工位底部有管道将喷淋后的水回流回纯水槽，在滚刷洗存水槽安装有电导率探头，当电导率高于30μs/cm时，PLC控制排水电磁阀打开，将滚刷洗水槽中的水排出，水槽中安装有高低双液位开关，当水槽中的水达到低液位的时候，停止排水。喷淋洗存水槽与滚刷洗存水槽是联通的，当滚刷洗存水槽的水排除后，喷淋洗存水槽的水会补流进滚刷洗存水槽，喷淋洗存水槽内安装有高低双液位开关，当水槽内的水位低于液位开关时，注水开关打开，重新注入新水。这样即保证设备的正常运行，又能最大程度地节省纯水。

图6 水循环图

1.4 吹干区

玻璃在洗干净后进入吹干区，见图1中虚线部分，吹干区有3组风刀，有3个风机带动，吹干洗好的玻璃。同一组风道的上下间距是可调的，可以适应不同厚度的玻璃。风机的进风口安装有高效过滤器，过滤空气中的灰尘，杜绝二次污染。

1.5 电器设计

设备使用PLC控制，触摸屏显示状态，上料之后全自动运行，设备控制全部在触摸屏上实现，采用+GF+品牌的电导率测试探头和显示器，数据准确，控制稳定，风机采用延时启动设计，避免线电流瞬间过大造成设备的损害。风机安装热继电器，当风机负载时，PLC会停止该风机的工作，并报警，在触摸屏上显示报警内容。

在出料口安装自检测探头，当玻璃积压时，PLC会停止整条设备的传动，但各个部分仍然工作，直到出料口玻璃被传送走后，传动继续，传动的启动停止都可以设定时间，使传动实现软启动、软停止，减少玻璃在传动过程中的震动。

2 设备特点

本设备整个操作过程简节明了，极易上手，适应市面上所有尺寸的太阳能电池玻璃，设备在使用过程中，无论是清洗的效果还是玻璃的传送速度，都能够满足厂家使用的要求。且水循环系统的设计比较新颖。

3 设备问题

由于是新品设备，经过现场实际使用后，设备存在以下问题：

（1）设备的主传动轴和传动滚轴之间链接用的是塑料齿轮，材料经过几次尝试更换，最终选择PVDF，这种材料质地坚硬，耐磨损，韧性强，但是在长时间的使用过程中，此种塑料齿轮的寿命也只有1年的时间。

（2）在水循环系统中，滚刷洗和喷淋洗都需要有磁力泵把水从存水槽抽到喷淋管路中，冲洗玻璃后，水又回流回存水槽，由于玻璃的数量比较大，水槽中的杂质比较多，杂质经常堵塞磁力泵，导致设备无法运行，只能拆下水泵清洗泵头里面的杂质后才能重新使用，费时费工。

（3）风刀吹干区域中，三道风刀的设计是能否完全吹干玻璃，但是在实际运用中，只用一道风刀就能吹干玻璃，后面两道风刀有点累赘和浪费。

4 改进方案

为了能让设备更好的运行，增加工作效率，对于出现的问题，做出相应的改进：

（1）传动系统选用链条直接带动，传动轴上安装尼龙材料齿轮，电机带动链条，链条带动传动轴，传送滚轴上面也用尼龙齿轮，改进后能够零件使用寿命，而且能保证速度，减少传动链接的动能损失，节省材料。

（2）关于杂质的问题，把泵的位置做成活动的，泵的进出口都用软管连接，设备连续工作一天后，必须清洗泵头，更换存水槽中的脏水。

（3）风刀改成一组，增加风机的功率。

（4）整个设备还可以缩短，上料区缩短到500mm，滚涮洗只需一组滚刷，一组喷淋，喷淋洗也只用一组喷淋头即可，再加上已经缩短了的吹干区，整个设备总长度可以控制在3000mm以内。在设备正常使用的前提下，节省了材料，节省了空间。

5 结束语

玻璃清洗机在我国属于一个新型的设备，随着光伏产业链的日益壮大，太阳能玻璃清洗机的运用会越来越多，所以高效、节能的清洗设备会越来越受到客户的需求。

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