石磊　陈立东　曹耀辉　宋爱军　曹盼盼　张亮

【摘 要】目前国内的光伏组件生产工厂仍属于劳动密集型企业，生产效率较低，劳动强度高，生产过程中组件隐裂等质量问题难以控制，严重制约产能，大大拉升了制造成本。针对以上问题，提出了一种全自动太阳能电池组件封装生产线技术方案。经生产实践，实现了从太阳能电池片至太阳能光伏组件的全部封装过程，具有适用范围广、自动化程度高、智能化程度高的特点，避免了人工操作误差大、效率低问题，极大地降低了人工成本，提高了组件生产效率。

【关键词】太阳能电池；组件封装；生产线；方案；Ethercat网络传输

中图分类号： TM914.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04-0016-002

Design of fully automatic assembly line for solar cell assembly

SHI Lei1，2 CHEN Li-dong1 CAO Yao-hui2 SONG Ai-jun2 CAO Pan-pan2 ZHANG Liang1

（1.College of mechanical and electrical engineering，Hebei Normal University of Science and Technology， Qinhuangdao Hebei 066600， China； 2.Qinhuangdao boostsolar photovoltaic equipment Limited by Share Ltd in Hebei， Qinhuangdao， 066000， China）

【Abstract】At present， the producing of PV modules in China is still a labor-intensive enterprise， low production efficiency and high labor intensity. The quality problems such as component cracking and so on caused in the production process are difficult to control， which seriously restrict the production capacity and greatly increase the manufacturing cost. In view of the above problems， a full automatic solar cell assembly line technology scheme is proposed in this paper. Through production practice， it realized from all packaging process of solar cells to solar photovoltaic modules， which has the characteristics of wide application range， high degree of automation and high intelligence， avoid the manual operation error and low efficiency. The assembly line greatly reduces the labor cost and improves the production efficiency of components.

【Key words】Solar cell； Component encapsulation； Production line； Scheme； Ethercat network transmission隨着人口不断增多，可再生资源人均占有量越来越少，新能源的开发与利用已经越来越为全世界所重视，光伏行业的发展正在以前所未有的速度得到世界各国的普遍认可与重视，光伏电池蕴藏着巨大的行业产能，而人工成本越来越高，光伏组件单品加工费降低，因此大幅提高设备工作效率，提高设备自动化、信息化程度成为设备制造商急需解决的问题[1-2]。

1 总体方案设计

全自动太阳能组件生产线通过全自动传输线连接组件封装各个生产环节，主要由太阳电池组件串焊机、排版机、汇流条焊接机、层压机、组框机以及测试仪等14个功能单元构成，整条生产线可根据客户要求，加装不同封装设备模块，实现太阳电池组件全套生产流程。 全自动太阳能电池组件封装生产线运用了电脑三维辅助功能，利用三维建模方式，可为客户提供整线布局个性化定制方案，自动化控制系统集中了分布式IO、伺服控制、Ethercat网络传输通讯等技术，通过伺服驱动，定位准确；分布式的应用将设备模块化、标准化；Ethercat现场总线的应用，使得信息传输更加快捷迅速。存储有程序语言的PLC模块向机械系统发出程序命令，控制各功能单元完成上料、运行、传输、下料等机械运动，实现光伏组件生产全过程。采用ETHERCAT现场总线技术进行信息传输和信号传递，传输快捷精准，解决了信号传输过程中传递延时、信号受干扰而衰减的问题，提高了设备的操作精度。

全自动太阳能组件生产线的线体功能分为三部分：控制系统、机械系统和安全系统。其中，自动线的整个控制系统主要分为4个部分：（1）分布式IO，该部分包含整个项目的各个单元，包含传感器继电器等执行电器元件；（2）伺服控制，该部分包含了机械手等伺服功能单元的运动控制以及生产工艺的实现；（3）控制器，该部分依据现场实际生产情况，因其组件形态，分为层前控制系统和层后控制系统，各部分又因其工序不同分为流水线部分和伺服部分；（4）上位系统，为便于现场操作和监控管理，有人机界面和PC用于与控制器的通讯和人工操作。

2 太阳能电池组件封装生产线的组成

太阳能电池组件封装生产线一般由多个生产线单元组成，主要包括：单、串焊设备单元、输送单元、叠层单元、太阳能电池组件层压机、目视检查单元、组件EL 测试单元、转角分流单元、排序分流单元、人工（或自动）修边单元、层压检测单元、缓存堆栈单元、纵（横）向规正单元、自动组框机、清洁修整单元、接线盒安装单元、耐压绝缘测试单元、组件IV测试仪组件测试及分流单元、自动堆垛单元、恒温、恒湿固化室等。

2.1 单、串焊设备单元

单、串焊设备单元包括手工焊接台、自动焊接机、焊接辅助设备等，该单元主要是利用伺服控制、机器人控制等技术实现电池片——焊带——电池片焊接成串，采用机械手及辅助定位机构，实现电池串按照一定的规则进行排版，其结构组成如图2所示。

2.2 输送单元

输送单元按产品的输送方式分为纵向输送单元、横向输送单元、多功能输送单元。

2.3 叠层单元

叠层单元是将成卷的EVA/TPT按照工艺要求裁切并冲孔（用于后续汇流条引出），按照EVA—TPT的顺序层叠于流水线传过来的组件上，一般包括电池串铺设、焊接汇流条、贴固定胶带、铺EVA 和背板等工位单元，层叠单元结构如图3所示。

2.4 太阳能组件层压机

太阳能组件层压是电池组件生产的关键一步，通过太阳能电池组件层压机完成。层压温度与层压时间是层压过程的关键参数，主要由EVA的性质决定。经过目视和EL检验合格后的组件传输至层压机腔体内后，在真空环境下，加热至140℃左右，使EVA融化，将电池片、玻璃、背板粘接在一起，然后自动传输层压机通过工艺控制，使得EVA在9min左右实现快速融化与固化，完成组件的层压， 其基本结构如图4所示。

2.5 组件自动削边机

组件削边主要是去除固化EVA与层叠时多出组件的TPT毛边，为后续装框做准备。组件削边机主要由电池组件传输单元、电池组件定位单元和电池组件削边单元组成，其中电池组件削边单元由削边装置、支撑架体、削边驱动装置组成，其工作原理是由电池组件传输单元将电池组件传输到工作台上，由电池组件对中单元调整电池组件的位置，然后由削边驱动装置驱动削边装置沿电池组件的边部行走，同时由削边机构进行削边，可实现自动化削边作业，能有效降低人工成本，提高工作效率[3]。

2.6 其他单元

封装生产线也可增加选配下列设备单元：（1）周转车；（2）EVA/TPT 手动裁切机；（3）EVA/TPT 自动裁切机；（4）自动（或手动）电池分选机；（5）玻璃清洗机；（6）90°转向单元；（7）电池串自动排版单元；（8）自动（或手动）贴胶带单元；（9）自动打胶机；（10）自动堆垛单元；（11）固化输送机；（12）恒温、恒湿固化室；（13）自动分档机械手；（14）其它輔助设备。

生产线根据需要设有PLC配置及触摸屏，能够显示单元工作状况，传输流水线与伺服单元独立控制，可避免在某单元需要调整时导致全段停止运行情况发生；控制系统具有手动/自动切换功能，人机界面系统便于工艺参数和基本操作的分类管理，料位传感器工作可靠，系统联锁和容错性能好；设备设置了必要的保护措施，在紧急断电后最大限度不使组件产生破碎；部分设备具有气源，真空等检测功能，在气源，吸盘真空未达到运行条件时，报警并停止相关段运行动作。 全自动太阳能组件生产线实现了机械化、智能化生产，避免了人工操作不当对组件生产质量的影响，极大地降低了人工成本，提高了组件生产效率；传输单元采用PU同步带传输，具有传动平稳、吸振力强、噪音低、寿命长等特点，避免发生位移，保证传输安全。

3 主要技术参数

太阳能电池组件封装生产线该生产线，可适用于160W～280W等不同组件的生产，适用范围广，自动化程度高。生产线采用独特的结构设计，更换产品（下转第51页）（上接第17页）规格时无需大量调整线体，只需调整程序即可，节省工作时间；传输单元采用PU同步带传输，具有传动平稳、吸振力强、噪音低、寿命长等特点，避免发生位移，保证传输安全。其具体参数如表1所示。

表1 太阳能电池组件封装生产线主要技术参数

4 结束语

研发并生产出具有国际先进水平的光伏组件全自动生产线及其控制系统是改变现有生产方式，降低时间成本及人工成本，大幅度提高国内光伏组件生产厂的生产效率的关键。近年来，由秦皇岛博硕光电设备股份有限公司、河北科技师范学院完联合攻关完成的全自动太阳能电池组件封装生产线已在国内外进行了推广应用，总体性能稳定，提升了组件自动生产流水线的整体技术水平。

【参考文献】

[1]吴达成.我国光伏组件封装设备制造现状及展望[J].太阳能，2012（8）：14-16.

[2]刘海波.光伏组件封装设备产业的发展趋势分析[J].科技与企业，2013（12）：366.

[3]李东广，温长亮，朱俊付，等.全自动太阳能电池组件削边机：中国，201510054566.7[P].2017-11-03.