太阳能电池清洗自动上下料设备的研究

任耀华

(中国电子科技集团公司第二研究所山西太原030024)



太阳能电池清洗自动上下料设备的研究

任耀华

(中国电子科技集团公司第二研究所山西太原030024)

摘要：概述了太阳能电池清洗自动上下料设备的主要结构及技术特点，主要包括上料传输部分和下料传输部分。依据太阳能电池清洗全自动上下料的工作原理，重点介绍了太阳能电池清洗自动上下料设备的关键技术，该设备是一种传动和检测功能集成的设备，大大提高了生产效率，降低了生产成本。

关键词：太阳能；上料；下料；传输；检测

太阳能电池清洗自动上下料设备可用于太阳能电池生产线的一次清洗和二次清洗，兼容单晶和多晶硅片，适用于多个尺寸硅片的装卸，极大地提高了生产效率并降低了硅片碎片率，有效地降低生产成本，并且可以减少操作者与硅片表面的接触，减少了污染。

随着太阳能光伏行业的飞速发展，太阳能电池清洗上下料设备也逐渐由离线自动设备向在线自动设备转变。离线自动上下料设备主要是实现硅片和篮具之间自动传输的功能。在线自动上下料设备与之相比，实现了篮具的自动更换，有效地节省了人力，提高了运行效率，减少了二次污染。目前国内各个光伏厂在电池清洗段都已经开始安装全自动上下料设备，取代原先离线自动上下料设备。随着太阳能电池厂家越来越严格的要求，设备厂家都在不断的开拓研发新的集成功能以适应行业的发展。本文主要介绍了此类太阳能电池清洗自动上下料设备在研制过程中所涉及的工艺、结构设计和关键技术及发展趋势。

1　整机机构及性能特点

太阳能电池清洗自动上下料设备分为上料传输部分和下料传输部分，全程除去换篮需要人工外，其余动作全部自动实现。上料传输部分将100片片篮具中的硅片装入到5道在线清洗设备中。整个过程只需定期把篮具放置于上料位上；下料传输部分将5道在线清洗设备中的硅片装入100片篮具中，整个过程只需定期把篮具放置于自动换篮组件上，系统会根据在线设备的速度进行自动匹配。

根据实际要求，自动上下料设备的净产能达到3 600片/h，设备碎片率小于0.05%，设备开机率大于99%。设备不仅实现了硅片的自动传输，而且还兼具叠片检测、碎片检测、称重检测等功能。

2　太阳能电池清洗自动上下料设备的工作流程

上料传输部分如图1所示。

上料部分包括左边上料和右边上料。左边上料：将整叠硅片放到硅片盒中，然后把硅片盒推到底，操作人员启动自动运行后，设备自动吹分硅片，再由吸片上料机构A将硅片搬送到输送带1，输送到输送带2处并传送到输送带3上的左边两个位置。右边上料：将整叠硅片放到硅片盒中，然后把硅片盒推到底，机器自动运行后，设备自动吹分硅片，再由吸片上料机构B将硅片搬送到输送带6，输送到输送带4处并传送到输送带3上的3个位置。待输送带3上的5个位置都有硅片时，上顶气缸上顶一起将硅片输送至输送带5，输送带5 将5个硅片一起输送至清洗机中。

重复以上步骤，可以连续不断将硅片输送至清洗机中。

下料传输部分如图2所示。

当清洗机上的5片硅片，移动到输送带A时，由输送带A快速将5片硅片输送到输送带B处，通过输送带B分别将硅片分左右两边，快速输送到两边的花篮上下运动机构上到花篮里，当花篮换盒时，将硅片输送到硅片缓冲盒中，等换好盒后，再发到花篮中。

图2　下料传输部分

3　清洗自动上下料设备的关键技术

清洗自动上下料设备的功能主要包括两个方面，一方面是硅片的搬运；另一方面的功能则是硅片的一系列高附加值检测功能。传动装置关键是升降机构和传送装置，它提高了生产效率，减少了人工；而关键的检测功能是叠片检测和称重检测，它实现了多台检测设备的高度集成，并安装在传输设备上，有效地优化空间，提升了设备的利用率。

3.1传动装置

传动装置主要包括升降机构和传送装置。升降机构采用伺服电机带动丝杠导轨精确控制升降运动（如图3），位置精准，重复精度高；传送装置采用步进电机带动皮带轮，皮带轮带动皮带传动。皮带选取对硅片无损伤和无污染的进口平皮带，取代早先的圆皮带，避免了圆皮带由于长时间运动磨损造成硅片的二次污染。

图3　升降机构

3.2检测功能

3.2.1叠片检测

由于硅片的传输过程气量控制及不同摩擦力的原因，在传输过程中会偶发的形成叠片（2张硅片叠在一起），它一旦进入清洗机很容易形成碎片，所以为了有效地降低成本，必须在进入清洗机前检测出来。叠片检测实现方法:采用双张检测传感器（如图4），检测方式是通过送波器与接收器之间的粉体来检测产生的超声波束的衰减或断开，判断出检测区域的硅片是否是单片。它安装在上料机的传送皮带下，不受灰尘、粉末或湿度的干扰，具有很好的抗干扰能力。

图4　双张检测传感器

3.2.3称重检测

称重功能主要为检测硅片在进入清洗机前后的质量，通过工控机计算减薄量，形成工艺曲线，来判断整体批次的清洗效果。此装置加装在左右输送带之间。硅片非常轻，并且在传输中受气流、震动等外界环境的影响，稍有误差就有可能影响整体判断。而高精度、高响应称重单元单独放置不受外界环境因素干扰，通过电动执行器拾取硅片，可定时或定量进行称重（屏上可选），称重单元读数精度0.0001 g。

功能：上料机与下料机各装有网口模块，一套上下料机配有一台工控机，放置于下料机上。三者通过以太网口相互通讯。上下料机各自的称重模块通过RS232C与各自的PLC进行通讯，从而获取硅片制绒（刻蚀）前后的质量，质量数据通过传给工控机形成数据报表及曲线。每个班都可生成一个数据文档，此数据可长期保存，并可在局域网内共享。

工作流程（如图5所示）：在上料触摸屏上可设定称重间隔时间，称重每道循环进行，上料称重开始后，通过以太网口与下料机通讯。当上料称重完成并放到规定位置后，设定此排与前排距离大于正常排间距，下料机通过硅片间距不同判断某道硅片需要称重，下料开始对相应硅片进行称重，自动检测硅片的减薄量，可设置减薄量的上下限，当减薄量超出工艺设定范围，下料机自动报警提示，并和上料机通讯。

图5　称重机构流程图

4　结束语

随着自动化水平的不断提升，太阳能电池清洗自动化上下料设备的发展也日趋完善。它已经不是一个简单的代替人工的传统机械，而是集成了一系列附加功能的高效率智能集成设备。从这个意义上讲，它已经开始了从辅助设备向核心设备的转变。

而太阳能光伏行业的日益发展，太阳能电池清洗自动上下料设备集成自动化传送、多种检测功能、并接入数据库实时监控硅片的工艺曲线，它的应用必然愈来愈广泛，作用愈来愈重要。

参考文献：

[1]苗俊芳.硅片自动上下料设备的研制[J].物流工程与管理，2012，(6).

任耀华（1980-），男，工程师，硕士，主要从事电子专用设备的研发工作。

A Study On Automatic Solar Cell Cleaning Loading And Unloading Equipment

REN Yaohua
(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

Abstract:The paper describes the main structure and technical characteristics of Automatic Loading and Unloading Equipment for Solar Cell Cleaning，which mainly consists of the loading transmission part and the unloading transmission part. Based on its working principle，the key technologies for Automatic Loading and Unloading Equipment for Solar Cell Cleaning are highlighted in the paper，It is the equipment for transmission and detection function integration，owing to which the production efficiency being improved and the production cost being reduced.

Keywords:Solar；Loading；Unloading；Transfer；Detection

作者简介：

收稿日期：2016-02-28

中图分类号：TN305

文献标识码：B

文章编号：1004-4507(2016)04-0042-04