光伏組件輥壓連續生產新技術

吳 量，彭 磊，蘇振華，惠雪亮，畢 鵬

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

隨著經濟的發展，能源問題越來越成為影響其發展的重要因素。目前我們使用的能源大多屬于不可再生能源，如果有一天我們的不可再生能源耗盡，其后果無法想象。所以太陽能光伏發電變成了越來越重要的發電方式。光伏組件作為太陽能發電的關鍵部件，能夠高質量、高效率的穩定生產，成為促進太陽能發電行業發展的重要因素。

傳統的光伏組件生產是層壓敷設后進行抽真空層壓。層壓敷設是將組件串并聯連接后，將玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維和背板按照一定的層次敷設好。然后將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起，組成一個具有一定輸出功率和輸出電壓的發電單元。真空層壓技術在生產過程中，若抽真空時間過短或層壓的壓力不夠，則不能將氣泡完全趕出；層壓的時間過長或溫度過高，使有機過氧化物分解，產出氧氣形成缺陷，嚴重制約組件的高質高效生產。

本文提出了一種生產光伏組件的新技術：組件經過階梯加熱，直接輸送到輥壓機用橡膠輥進行輥壓，然后在送料輥道上進行快速冷卻的連續生產技術。實際生產表明，該技術與傳統的層壓機生產光伏組件相比，大大提高了組件成形的質量，提升了生產效率，降低了生產成本。

1 工藝布置

光伏吸收件及膠片由上料機架輥輸送至階段式加熱保溫箱，因加熱保溫箱箱體內的溫度由低到高依次遞增，使膠片逐步升溫達到完全融化呈透明，然后進入輥壓機中通過大壓輥進行輥壓，使膠片與玻璃充分貼合，排除氣泡，融化膠片填充空隙，再進入下料冷卻機架，使輥壓后的光伏組件快速冷卻，完成光伏組件的輥壓膠合。組件生產過程中，設備的輸送速度、輥縫的尺寸及加熱保溫箱的溫度，都可以通過電氣控制來調整。光伏組件輥壓生產的相關技術參數如表1所示。

表1 技術參數

光伏組件輥壓連續生產的工藝流程如下：

(1)確認上壓輥處于零位位置，輸入最小輥縫數值，確認后上壓輥自動上升至輸入數值位置；

(2)輸入加熱保溫箱三個加熱區的設定溫度值并確認，此時加熱保溫箱開始工作，同時循環風機開始工作；

(3)設定工作速度并確認；

(4)待溫度達到設定溫度后，確認組件已經在上料機架擺放好位置；

(5)按下運轉按鈕，此時氣缸壓下，壓輥與輥道按照設定的工作速度正常運轉，設備進行連續生產；

(6)根據生產需要停機時，按下停止按鈕，關停加熱保溫箱加熱；

(7)按下復位按鈕，上壓輥回歸零位位置。

2 設備組成

如圖1所示，光伏組件輥壓生產設備主要有上料輥道、加熱保溫箱、輥壓機、下料冷卻輥道及配套的機械傳動、氣動裝置及電氣控制裝置組成。

上料機架是用來將兩片玻璃、光伏吸收件和膠片預敷設好后上料布置所用。如圖2所示，上料機架由框架、軸承座、輥子及護板等組成。框架由型鋼焊接件裝配而成；軸承座與框架之間設有調整墊片確保多個輥子調整水平；輥子采用實心軸頭和無縫鋼管焊接加工而成，輥面套上橡膠套以防止玻璃表面劃傷。

機架與上料機架的機械結構基本相同，區別是在上料機架的結構基礎上增加了兩臺大風量的冷卻風機，安裝在輥道的下方，使輥壓膠合后的光伏組件通過下料輥道時能夠迅速冷卻，有利于光伏組件快速定形及搬運，提高連續生產的效率。

圖1 設備總裝配圖

四個加熱保溫箱是獨立的加熱區域，為階段式溫升，確保膠片受熱均勻且能夠完全融化。如圖3所示，加熱保溫箱由保溫板、機械式儀表溫度計、裝飾罩、加熱輥子裝配、機架等組成。三個加熱區的機構基本相同，輥子為分段支承，防止膠片加熱后流出堆積到輥面；上下輻射板由反光不銹鋼板與型鋼組成，通過高度調節機構來實現高度調整；三個加熱區全部為主、輔加熱，主加熱全部為輻射式紅外加熱管，是最利于膠片吸收熱能的中波紅外加熱管，輔助加熱為不銹鋼空氣干燒加熱管。

圖2 上料輥道

圖3 保溫箱

輥壓機是完成光伏組件輥壓膠合這個主動作的關鍵設備。如圖4所示，輥壓機由氣缸、氣缸支座、同步齒輪、同步齒條、上壓輥、機架、下壓輥、托輥、鏈條、輥道驅動電機等組成。輥壓機有四根耐熱包膠小輥安裝在機架上作為送料輥，為光伏組件輥壓時提供支撐；上下主壓輥為耐熱包膠大輥，硬度達到設計要求，下壓輥為固定壓輥，上壓輥為浮動壓輥，上壓輥壓力由氣缸保證，浮動高度由壓輥調整裝置調節，高度調整的電機上安裝有編碼器，使位置調整精度達到0.01 mm，實現通過電氣控制來快捷精準的調節輥縫；左右兩側氣缸為輥壓時提供壓力保證，使組件能夠沿壓輥軸線方向均勻受力；齒輪齒條同步機構和導向裝置配合使用，在上壓輥上下移動時保障上壓輥左右兩側的浮動軸承座保持同步，避免剪刀形和前后錯位。

圖4 輥壓機

輥道及壓輥傳動為同步傳動，無級變頻調速，全部輥道為集中傳動方式。輥道之間由鏈輪鏈條連接，線速度與壓輥線速度保持一致，由一臺齒輪減速變頻電機提供動力。壓輥傳動在壓輥軸端分別與兩臺平行軸齒輪減速電機直聯，上下壓輥減速電機完全相同，保證了光伏組件輥壓時的速度一致。

氣動裝置氣缸壓力可調，氣缸工作氣壓在0～0.6 MPa范圍內；調節閥采用精密調節閥，能達到精準調壓。

電氣控制為PLC自動控制。根據產品規格的厚薄調節好壓輥的間隙和壓力輥壓速度后，全線速度自動匹配。溫度設定后PLC根據設定溫度PID自動調節，實現連續生產，人機對話友好，操作非常簡便。

3 實例

這種新技術已成功試制了樣機，如圖5所示。該樣機在用戶現場運行穩定性好，故障率低。玻璃組件在本機進行生產時，經過階梯溫升加熱爐加熱后，通過預先調整的恒壓力進行輥壓，使其內部膠片完全融化排出氣體并填充空隙，再進入快速冷卻下料機架，并在厚度尺寸及水平平面上達到光伏組件的要求，達到了產品設計要求，破損率較低。

圖5 光伏組件輥壓樣機

4 結束語

光伏組件輥壓技術經過樣機實際生產檢驗后，能出色完成加熱和輥壓工藝。該技術的連續生產特性，提高了加熱箱的能源利用率；方便快捷的輥縫調整機構，使其能快速的適應產品規格要求；精密的高度調節裝置，保證了組件成品的精度和質量。代替傳統生產光伏組件的層壓機，助力國家的光伏產業發展。

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