■ 张亮 窦建培 石磊

(1.燕山大学机械工程学院；2.河北科技师范学院机电工程学院；3秦皇岛新禹机械设备有限公司)

一 引言

太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的领域。太阳电池组件是光伏发电系统中的关键部分，一般采用层压的封装形式[1]，而国产太阳电池组件封装设备性能和配套性同国外有很大的差距[2,3]，太阳电池组件生产设备已成为我国光伏产业发展的瓶颈。为降低组件玻璃碎片率，提高组件的封装效率和封装效果，课题组结合太阳电池的封装层压工艺过程，研制出一种与太阳电池组件封装新工艺相适合的适合小企业的经济型太阳电池组件层压机，使其能满足太阳电池组件的封装要求。

二 太阳电池组件层压机结构设计

太阳电池组件层压机结构如图1所示。本层压机能实现预热、加压和保温功能。下室加热系统采用碳素加热板进行加热，不锈钢板传导热量，保温棉防止热量散失，下室加热采用S7-1200及功率控制器(固态继电器)进行驱动，并使用适合本设备的专家PID控制算法实现智能控制加热温度。

三 加热系统设计

太阳电池组件层压机的加热系统是在实验分析的基础上，进行设计。加热系统包括加热板、加热器、铂电阻温度传感器、热油泵、膨胀油箱、加热功率控制器、进出口阀和过滤器等，其结构如图2所示。

此加热系统由热油泵进行油的传送，将工质油送到加热板；由加热器进行加热，加热器分为两组：主加热和副加热，两组并联使用，利用加热功率控制器控制；加热板内设有蛇形管路，可实现工质油在加热板与加热器间的循环流动。在加热器的上部设有膨胀油箱，用来实现油的供给并存储受热膨胀而溢出的工质油。在加热器的进出油路上与加热板上均设有铂电阻温度传感器，用于温度的实时检测。

太阳电池组件层压机的加热系统由加热功率控制器3、4分别控制加热器2的主加热与副加热对工质油进行加热，利用热油泵1将油送到加热板11，通过蛇形管路使油流回加热器。在加热器的上方布置一个膨胀油箱7，用来盛放工质油，膨胀油箱上装有液位计8。在加热器进出油口设有温度传感器5、6，出油口装有出口阀10，进油口装有进口阀14和过滤器15。

当层压机工作时，首先接通电源启动热油泵1，油压达0.4MPa再接通电源。通过控制加热器2的主加热与副加热同时工作来对工质油进行加热；温度传感器5、6检测加热器的进出口温度，传感器12、13检测加热板温度，可实时检测。热油流经加热板内蛇形管路，对加热板进行加热，然后流回膨胀油箱与热油泵，循环加热；当加热温度升高到一定值(接近工作温度)后，通过控制关闭加热器主加热，利用副加热继续加热，以节约能源；等到工作台温度达到层压工艺所需温度时可开始层压工作。

四 液压开盖系统的设计

液压开盖系统主要由液压泵、溢流阀、换向阀、平衡阀、双单向节流阀、蓄能器及液压缸等组成，其液压系统原理图如图3所示。所加平衡阀使液压缸的速度不受载荷变化的影响，保持稳定，并可防止管路损坏或制动失灵时重物自由降落，从而避免事故。

五 控制系统设计

1 控制系统的硬件选型

为保证设备的硬件可靠性，采用西门子S7-1200 PLC及输入输出模块、温度/压力传感器以及强电执行部分等组成。控制器温度测量传感器选用Pt100铂电阻，通过Pt100电阻温度变送器把电阻值变成4～20mA的标准信号送入PLC的A/D转换模块，实现设备温度的控制和显示。设备的真空度检测单元选用基恩士AP-C30C系列数字压力传感器对真空压力检测，能够显示以预先设定好的基准压为中心的±20% 范围内的压力，分辨率达到同级产品中最佳的0.01kPa。

2 软件设计

采用模块化思想对下位机软件设计，分为若干功能块，即传感器采样模块、控制设备输出模块、人机交互模块。设备采用触摸屏控制，设备工作方式分为自动、手动两种工作方式，参数设定直观、灵活，正常工作时可自动运行，效率高、稳定性好；调试或其他情况需要时可单步手动操作，操作简便灵活，符合工业自动化控制标准。

(1)系统主流程

根据多次实验与测试确定了太阳能电池组件的层压封装工艺，并且开发了控制系统和软件系统，再经过多次软件测试和修改，现能可靠地完成各项自动和手动层压操作，控制系统流程图如图4所示。

(2)程序运行界面

图5为开启界面显示，通过上边的各个按钮可进入所需界面。从图6可知界面设置层压各过程的参数值及参数的剩余值。

六 结论

(1)设计的太阳电池组件层压机集预热、加压和保温功能等于一体，结构紧凑，成本低。

(2)层压板面积为1500mm×850mm，整机的功率为25kW，加热部分的额定功率为18kW，温度调节范围为30～180℃，加热板温度均匀性为±1.0℃，满足太阳电池组件的封装工艺要求。

(3)经过一段时间的运行，整个系统运行平稳、安全可靠。

[1]吴恩启, 杜宝江, 张辉辉, 等.太阳能电池层压机的有限元分析与优化[J].机械设计与制造, 2008, (7):72－74.

[2]石磊, 夏金强, 赵国, 等.基于PROE的太阳电池组件层压机的设计[J].太阳能，2008, (10):24－26.

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