負壓吸附技術在太陽能電池片全自動串焊機中的應用

李瑞濤

(中電科風華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

負壓吸附技術在太陽能電池片全自動串焊機中的應用

李瑞濤

(中電科風華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

介紹了光伏產業中太陽能電池片全自動串焊機中的電池片搬運技術，并對所采用的負壓吸附技術應用的場合進行了分析。

負壓吸附；全自動串焊機；太陽能電池

以真空吸附實現搬運的手段，已在現代工業領域方面得到了廣泛應用。對任何具有較光滑表面、質量較輕的物體特別是不適合采用機械夾緊的物體，真空吸附都有其獨特的優勢。

在光伏行業中，太陽能電池片作為一種表面較為光滑平整，厚度很薄且易破碎的物品，對其使用真空吸附的方式進行搬運和移載的優勢格外明顯。

1 負壓吸附技術的分類

根據產生負壓的方法分類，真空吸附系統可分為兩種類型，即：以真空發生器為核心元件的真空系統；以真空泵為核心元件的真空系統。兩種真空系統的技術特點如表1所示。

2 全自動串焊機真空吸附3種方式的應用場合

太陽能電池片全自動串焊機是光伏行業組件生產中的關鍵設備，該設備主要實現了，電池片從籃具到焊接位置的搬運擺放，以及電池片互聯條的自動裁切、擺放，并最終焊接成串，而且能將焊接后的電池串自動傳送以及吸取擺放。具有自動化程度高，生產效率高，焊接效果一致的特點。目前市場上的太陽能電池片全自動串焊機主流機型，生產速度可達2 400～3 000片/h，碎片率低于2‰。光伏行業中的太陽能電池片的常規尺寸為156 mm×156 mm，厚度通常為 180～200 μm，表面相對平滑，易破損。在太陽能電池片串焊過程中，對其的搬運和移載，主要采用的方式為真空吸附方式。

表1 兩種真空系統的技術特點

在太陽能電池片全自動串焊機的設計使用中，有3種典型的工況需要使用到真空吸附技術。

第一種工況是在電池片的單片搬運中，該過程中，需要將電池片通過負壓吸附，完成從籃具吸取，放置在定位裝置上，經過定位裝置定位后，再通過負壓吸附從定位裝置吸取到焊接位置上，該過程中兩次吸取，以及在定位裝置上的定位，都使用了負壓吸附。該工況下，單片電池片的質量約為12 g，真空吸附裝置需要將電池片凌空吸起。該情況下，真空吸附所需提供的吸力只需要大于電池片自身的重力。該過程對于負壓吸附系統，要求產生吸附的響應時間短，而且吸附力要求小，真空需要快速切換，根據表1所列的兩種產生真空方式的優缺點，該工況主要采用以真空發生器為核心元件的真空吸附系統。

第二種工況是對焊接成串的電池片搬運，通常情況下，電池片每10片或者12片焊接成一串，該過程中，需要通過多個吸盤將焊接成串的電池片進行分類搬運，該工況下，以12片為一串的電池片串焊為例，焊接成串的電池片以及金屬互聯條的質量約為180 g，所需吸附力大小為1.8 N。該情況下，真空吸附所需提供的吸力需要大于整串電池片的重力，且需要穩定的提供10～15 s的時間。該過程時間較長，速度較慢，要求產生的吸附力穩定、持久，所需要的壓縮空氣流量大，該部分的真空產生如果采用真空發生器，會造成壓縮空氣的大量消耗，增加設備整體的耗氣量。因此根據表1所示，該部分主要采用以真空泵為核心元件的真空吸附系統。

第三種工況是通過負壓吸附提供焊接壓力以及吸附定位，該過程中，需要將單獨的電池片通過負壓吸附，固定在焊接臺面上，并產生一定的恒定吸附力。該過程從電池片放置在定位臺面到間歇運動到焊接位置，需要一直提供吸附力。由于電池片在焊接過程中，焊接溫度可達到260℃，設備長時間工作后，焊接臺部分會產生大量的熱量，該部分熱量會導致焊接臺部分溫度升高，甚至超過太陽能電池片焊接時的工藝參數溫度，造成電池片的焊接不良甚至破損以及其他損害。而通過真空泵產生負壓時，會帶走大量的熱空氣，可以對焊接臺進行降溫，從而使焊臺溫度保持在一個較為恒定的水平。該工況下，單片電池片的質量約為12 g。該情況下，真空吸附所需提供的吸力需要將電池片吸附在真空臺上，并對電池片下方的焊帶提供壓力，使得焊帶熔化后在恒定的壓力下完成和電池片的焊接。

該過程中要求產生的吸附力恒定，脈動小，并且要求流量大。根據表1所示，該部分主要采用以真空泵為核心元件的真空吸附系統。

3 真空吸附產生的原理

太陽能電池片全自動串焊機采用的真空泵一種為干泵，一種為風機，真空泵是在吸入口形成負壓，排氣口直通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機械。干泵的主要工作原理如圖1所示。

圖1 干泵工作原理

干泵的轉子偏心置于泵殼內，上端靠近泵殼內，形成進排氣口間的密封。當電機帶動轉子轉動時，旋片在離心力的作用下貼緊泵腔的內壁。在泵體內形成多個空腔，進氣口側的空腔容積隨轉子的轉動而增加產生真空而吸氣，排氣口側的空腔容積隨轉子的轉動而縮小，產生壓力而排氣。風機的工作原理如圖2所示。

圖2 風機工作原理

氣體由吸氣口吸入，當氣體進入側通道以后，旋轉葉輪在旋轉方向上給氣體一個速度。同時葉片上的離心力使氣體向外加速且壓力增加。隨著旋轉的進行，氣體的動能增加，使得沿側通道的氣體壓力進一步增加，隨著側通道在出口處邊窄，氣體被擠出葉片并通過出口消聲器排出泵體。

真空發生器是利用壓縮空氣的流動形成一定真空度的氣動元件。典型的真空發生器的結構原理如圖3所示。它是由先收縮后擴張的拉瓦爾噴管負壓腔和接受管等組成，有供氣口、排氣口和真空口。當供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負壓腔內的氣體，使該腔體形成很高的真空度。

圖3 真空發生器

4 結 論

通過對真空吸附產生的原理以及各種方式的優缺點的分析，結合太陽能電池片全自動串焊機工作條件以及工作流程的介紹，分析了不同真空吸附原理在設備機構中的運用，并合理的在設計中采用不同的真空吸附元件。

[1] 曾明正.實用工程材料技術手冊[M]北京：機械工業出版社，2000.

[2] 成大先.機械設計手冊，第五版[M].北京：化學工業出版社，2007.

[3] SMC（中國）有限公司.現代實用氣動技術，第三版[M].機械工業出版社，2008.

Application of Vacuum Technology in Auto Cell Welding

LI Ruitao
(CETC Fenghua Information-equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China)

The artice introduces the cell handing technology of auto cell welding in the photovoltaic industry，and analyze the applictions of the vacuum technology.

Vacuum；Auto cell welding；Solar cell

TB751

B

1004-4507(2017)05-0056-03

2017-08-01

李瑞濤（1982-），男，工程師，主要從事電子專用設備的設計制造。