光伏组件企业智能化与数据化应用与提升研究

王春成 王磊 李宗佰

【摘 要】智能化设备与数据化产品在智能化水平较高的光伏组件行业的应用比较广泛。智能化设备水平是决定组件行业未来产业升级与发展的重要因素。光伏组件行业设备精密度高、设备相对大、能耗高、作业环境要求高、组件尺寸大、质量大，在光伏组件车间，普遍使用铝材或铁质流水线，整体自动化水平较高。国内光伏组件智能化和信息化与其他精密型制造行业相差较大，需要进行智能化和信息化升级，以满足未来对“物联网+5G”应用的需求。

【关键词】智能化;数据化;物联网;光伏组件

【中图分类号】F276.44;F270.7【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2021）03-0052-03

0 引言

自2000年由施正荣教授回国创建尚德太阳能电力有限公司开始，中国光伏产业至今有20年的发展历史[1]。光伏产业从发展史上来说是朝阳产业，其发展过程正是整个世界科技发展最为迅速的20年，自动化技术与信息化的飞速发展促进了光伏产业自动化水平的显著提升，自动化水平的提升不仅能降低车间生产员工的工作强度，还能够极大地提升产品的生产质量，降低产品的制造成本，提升产品的竞争能力。从2010年至今实现的光伏组件平价上网正是自动化水平显著提升带来的影响。自从2013年德国提出工业4.0标准及2015年中国提出“中国制造2025”的实施方案后，以智能化与数据化为典型代表的产业开始走上迅速发展道路，区块链、5G、物联网等新兴产业开始在中国蓬勃发展。作为在朝阳企业的光伏产业尤其是光伏组件产业中自动化程度较高的光伏组件企业，应积极探索智能化和信息化在设备和产品的技术应用。下面就技术发展与光伏组件企业未来智能化和信息化应用进行讨论。

1 工业4.0与“中国制造2025”

1.1 工业4.0技术介绍

工业4.0主要由“产、学、研”各界协同制定，主旨在于依靠智能化、应用物联网等新技术提高工业的全球竞争力，其核心主要体现为“智能+网络化”，即依靠信息物理系统陆续塑造智能工厂，进而实现智能制造的目的[2]。工业4.0突出生产与市场整合：在生产层面，注重产品生产过程，通过设计与开发、安排生产计划、生产过程管控、产品售后维护等不同阶段间的信息共享实现工程数字化整合，进而在智能工厂内借助于联网塑造生产的纵向集成;在市场层面，通过领先的供应商战略和领先的市场战略实现制造业的横向集成。领先的供应商战略主要将注意力集中于生产领域，认为装备制造商应严格把先进的技术、健全的解决方案与传统的生产技术进行有机结合，进而陆续生产出具有智能特征的生产设备，最终为制造业注入新的“血液”及陆续实现制造业的不断升级和快速进步。领先的市场战略主要注重对国内的制造业市场进行不断整合，而塑造涵盖不同地区、行业、企业的高速互联网是实现此战略的关键。依靠此网络，企业完全可迅速分享信息，从而陆续完成有效的分工合作。以此为基础，可对生产工艺进行不断的细分，进而陆续实现较为专业化的生产，不断提高制造业的生产效率。最后通过工业4.0标准形成行业及全球标准，以此提升德国在世界经济中的地位。

1.2 “中国制造2025”与江苏省产业布局

“中国制造2025”将智能制造作为主攻方向，其本质便是依靠互联网与工业不断协同，在新一轮产业革命中紧抓全球制造业革新的契机，而“互联网+工业”亦将逐步引领中国制造业向智能化方向发展。为此，“中国制造2025”在借鉴工业4.0发展经验的基础上，从互联网和智能制造两个方面进行深入推进。从江苏省苏南五市智能制造推进路线及主打项目来看，江苏将以苏南五市作为智能制造产业集中的主阵地，通过产业规模效应拉动区域智能制造企业发展，通过区域发展带动智能制造的持续进步。

2 光伏企业未来智能化与数据化的趋势

未来，光伏产业在互联网技术的支撑下，会实现产品部件与系统技术的创新迭代，将加速可再生能源发电实现全面平价;将在大型能源基地、分布式发电、零能家庭三大应用场景进行协同发展，储能规模化应用、制氢等将进一步促进可再生能源向更大规模发展;部分地区积极探索全清洁能源供电方式，100%清洁能源供电是完全可以实现的。

2.1 大型能源基地的混合能源应用

大型能源基地通过光、风、储、氢等多种能源形式进行互补，通过智能跟踪支架控制算法，主动规避早晚反跟踪阶段的阴影遮挡，数字化融合，神经网络自学习;支持并/离网多模式混合制氢，白天光伏制氢、夜晚谷电制氢。在以光伏为基础的多能互动模式中，“光伏+储能”是被广泛看好的能源解决方案;通过在一些光照资源丰富、同时临海又有落差的地方，将光伏和抽水蓄能相结合，形成完全以光伏電力驱动光伏制造的产业链模式。通过光伏、风电混合能源进行储能和新能源制氢示范能源的应用，形成24 h清洁能源供应。

2.2 智能分布式发电应用

分布式发电在向区域进行集中管理，以园区为基本点，形成微电网，打造智慧城市，并通过绿色电力交易平台进行区域电力销售及采购;建立分布式绿色电力交易平台，园区多，能源集中管控，统一维护;平台化电费统计与结算，实现园区内绿色电力客户自主交易和100%消纳目标。

2.3 零能家庭应用

零能家庭在家用建筑中实现源生地发电、储电、用电，产销一体，减少对电网依赖。以家庭能源管理、电动汽车、家用负荷、光储系统、区域智能电网为5个闭环能源系统管理与应用，实现光伏/风能发电、储能和用电（包含家用及充电）一体化，网络智能分析电弧特征，精准检测，不误报，确认电弧在0.5 s内能快速切断电路，保障系统安全;电动汽车的普及对电力能源的调节平衡十分有益，理论层面讲仅靠电动汽车的储能作用就可以调节电力平衡。同时，连接区域智能电网，实现实时电价管理和精细化能量管理，帮助家庭用户获取安全、高效、智能、低成本的用电体验。

3 光伏组件企业推行智能化和数据化可行性

3.1 光伏组件企业推行智能化和数据化方向

从工业4.0和中国制造的推进方向看光伏组件行业发展，光伏组件企业是以生产光伏组件为核心的制造型企业，应当积极推进智能化与数据化“两条腿”走路：一方面，采用先进的智能机器代替人工，不断降低企业加工成本，提高生产运行效率，提高生产过程的全自动管控能力;另一方面，加快信息化与数据化的全面推进，实现产品的数据化与可视化，便于客户实时查看订单生产情况与产品存在状态，形成智能工厂的纵向集成。

3.2 光伏组件集团公司的发展方向

从光伏组件企业集团公司的角度看，通过规模化生产方式，形成区域闭环生产，降低物流运输成本，实现原辅材料的就近生产，降低其单位成本，实现规模化生产方式同时实现单位产品制造费用与管理费用的成本趋于最低化，能够有效占领国内外市场，同时实现组件生产行业的横向集成。在不断提升市场占有率的情况下，制定光伏组件行业标准，形成具有强制规范的光伏组件标准，提高准入标准和降低行业混乱现状。同时，拓宽组件生产上下游，一方面强化集团企业在硅材料领域的市场地位，另一方面提高企业在组件终端的市场需求能力，促使组件生产实现全年满负荷作业，提升企业抗风险能力和降低项目回收期。

4 光伏组件企业智能化与数据化应用措施探讨

从未来光伏技术应用的3个场景来看，结合数据化进行的智能化管理会成为应用焦点，同时由于5G技术的广泛应用，因此产业的设备智能化应用会更加充分，智能化水平会更高。本文从以下几个角度进行技术应用讨论。

4.1 设备智能化措施

从目前的光伏组件企业设备应用来看，设备接口除了本身自有的存储信息方式，现在主要是连接制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）以满足现场基本数据化的要求，从执行端把智能仓储、AGV自动配送、设备控制系统、远程可视化监控、实时数据采集、DCS智能控制（Distributed Control System，分散控制系统）结合起来，实现数据的实时传递。目前，MES系統仅实现了数据的简单传递，针对设备生产过程的异常处理及异常问题点的搜集反馈缺乏统计和自我分析，在未来产业智能化发展过程中，应该结合5G和智能化管理水平，实现整个设备管理的可视化、生产过程的监督与实时反馈，同时设备在大数据平台下应该实现自动问题点搜集与自我改善。

4.2 产品数据化管理

光伏组件在原料采购、仓库存储、物料运输、制程生产、包装发货等过程中，仅在制程生产过程中实现了数据的简易数据化，并未实现数据化管理。员工通过串焊机或者线边仓的条码进行管理，把产品变成一个个的条码，条码中显示产品从哪个线体经过，是哪个员工操作完成，什么时间完成生产，中间的EL测试数据、IV测试的功率等数据均可显示，但是从前端的原料采购、仓库库存、物料运输到发货过程全部处于无序状态，均未能实现数据化管理。在未来数据化管理阶段，通过5G技术的应用，实现原料采购的数据化管理，企业能够知道物料状态，缺料自动下单，自动仓储管理等。同时，通过制造执行系统（MES）实现生产车间的标准化和系统化管理，避免之前行政命令执行的短暂性和不可持续性[3]，在MES系统上线前，标准作业主要通过张贴SOP说明书、人员培训、绩效考核、文件命令等方式完成，人员操作可持续性很差，通过MES系统实现作业标准化，不标准的作业无法在MES系统形成工站数据，通过MES实现工站与工站、工段与工段的数据对接，车间与车间、工厂与工厂的数据共享，实现产品管理数字化;通过供应商管理系统（SRM）实现上游物料工厂信息的全覆盖，可以实时查询物料物流进度、物料供应需求及信息反馈，能够明确上料物料工厂供货能力、工厂信誉等，实现物料成本可控、物料存储需求可查;通过客户关系管理系统（CRM）掌握客户需求数据，记录企业与客户发生的交互关系，建立客户信息搜集、管理、分析和利用的系统，实现以客户为中心的管理方式。

5 总结

在目前智能化和数据化的快速发展环境下，光伏组件企业智能化和数据化是未来行业发展的主要方向。智能化技术应用把人工智能技术、自动化技术及物联网信息技术结合机械管理，实现了流水线生产中机械自动管理的智能化制造。同时，通过大数据管理和5G技术的应用，把产品进行数据化管理和应用，提升了整个光伏组件企业的信息化和数据化管理水平，实现生产过程的透明化、实时性，以及资源配置的有效利用。

参 考 文 献

[1]王成，赵鹤.智能型机械自动化的应用与发展分析[J].商品与质量，2019（1）：7.

[2]龙锦中，吴坚，沈平.汽车生产领域智能制造技术应用研究[J].企业科技与发展，2019（11）：92-93，96.

[3]张晓栋.汽车排气系统智能制造执行系统设计与实现[D].广州：广东工业大学，2018.