制絨上料插片機兼容156～220 mm硅片方法研究

苗俊芳，張 海

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

0 引言

近年來，隨著大眾對環保要求的提高,利用太陽能來改善能源結構、推進新能源的快速發展愈發成為趨勢[1]，由此也帶動了光伏行業的發展。國內諸如通威、隆基、愛旭、阿特斯等光伏廠家為了提高太陽能電池的轉化效率，提升自己產品的競爭力，各自研發出不同的工藝流程，但基本上第一步都為制絨工序。制絨上料插片機是制絨工序最關鍵的自動化設備?，F行的單晶制絨上料機主要是通過自動化設備將堆疊的硅片通過吹氣分離傳輸到濕式花籃中，再依次將花籃送到工藝設備的上料臺。

硅片尺寸的增大已經成為光伏行業發展的必然趨勢。在制造端，硅片尺寸越大，每瓦的生產成本越低；在產品端，大尺寸硅片能有效提升電池片組件的效率。但是由于硅片尺寸加大，裝載硅片的花籃也相應增大，現有的光伏設備，無論是工藝設備還是自動化設備，稍加改造可以兼容156～166 mm尺寸的硅片，但是再大尺寸的210 mm甚至220 mm硅片就無法兼容；另一方面，現行市場主流的還是生產166 mm硅片，210 mm硅片所占的份額不大，所以，研制可以兼容156～220 mm尺寸硅片的設備就很有必要。

本文主要通過研究制絨上料插片機中硅片和花籃的傳輸過程，分析硅片和花籃的傳輸工況，充分探討兼容156～220 mm的硅片和相應花籃的方法，通過最小的改動和最簡便的程序修改實現兼容，方便客戶實現156～220 mm尺寸硅片的切換，從而提高設備的競爭力。

1 制絨上料插片機結構及原理

制絨上料插片機主要由傳輸料盒的組件、傳輸硅片的組件、傳輸空花籃的組件和傳輸滿花籃的組件組成。

制絨上料插片機的工作流程：

空花籃傳輸組件將空花籃傳輸至花籃裝片組件，花籃裝片組件切換到裝片位等待裝片；料盒傳輸組件將裝有堆疊硅片的滿料盒傳輸到料盒切換組件，由疊片升降組件將硅片升至吸取位，通過吹氣組件將硅片吹至明顯分層；硅片吸取組件將硅片吸放到硅片傳輸組件，由硅片傳輸組件將硅片傳到花籃裝片組件中的空花籃中；滿花籃傳輸組件將裝滿硅片的花籃由豎直旋轉到水平狀態，再依次放置于制絨主設備上。

2 制絨上料插片機不同尺寸硅片和花籃兼容性分析

通過硅片和花籃的傳輸流程可以知道，涉及到不同尺寸硅片兼容的結構主要有：裝載硅片的三聯堆疊料盒組件；吹氣組件；硅片傳輸組件；硅片矯正組件。只要這幾處做最小的改動、最簡單的程序切換可以兼容156～220 mm尺寸的硅片，那么整臺插片機就可以實現不同尺寸硅片的生產切換需求。

3 兼容結構設計

3.1 三聯堆疊料盒組件

如圖1所示，三聯堆疊料盒組件主要由料盒安裝板、料盒調整塊、硅片墊板、料盒側板和拉手等組成，可以裝三摞硅片，每一摞400片共計1200片。其中，安裝輔助件根據156～220 mm硅片的尺寸制作有不同規格，客戶需要切換硅片時，選擇相應的安裝輔助件，將安裝輔助件預放置于料盒安裝板的安裝孔上，然后依次將每個料盒調整塊緊貼安裝輔助件固定，固定后將安裝輔助件取出即可完成裝配。如此一來，只需要配備有相應的安裝輔助件，在需要的時候根據輔助件進行裝配，就可以實現料盒組件兼容156～220 mm之間所有尺寸硅片，而不需要增加額外的成本，既降低了成本，又便于切換。

3.2 吹氣組件

圖2 吹氣組件

如圖2所示，吹氣組件主要由支撐件墊板、吹氣支撐件、風刀、對射傳感器及其安裝件組成。通過以往調試經驗可以知道，風刀越靠近硅片的兩側，吹氣效果越好，出現雙片和堵片的概率就越低。將吹氣支撐件設計成“T”形，當硅片為210～220 mm等大尺寸時，將吹氣組件按照圖2左圖所示安裝；當硅片為156～166 mm等小尺寸時，將吹氣組件按照圖2右圖所示安裝，這樣即可實現吹氣組件兼容不同尺寸的硅片。

當微動傳感器檢測到料盒到位的信號時，PLC控制伺服電機將該側的三摞硅片頂起，當吹氣組件上的對射傳感器檢測到硅片，就觸發電磁閥控制風刀吹氣，從而將硅片吹至明顯分層，在預定的延時以后，吸盤組件開始吸取硅片。

3.3 硅片傳輸組件

設備要具備在硅片傳輸過程中進行碎片檢測的功能。為了提高碎片檢測的精度，需要在碎片檢測工位的硅片下方安裝面陣光源，如圖3所示。小尺寸硅片時，帶輪安裝板安裝于圖3上圖所示的硅片傳輸段3的型材內表面，同時傳送立板2安裝于型材靠近面陣光源的安裝孔，硅片傳輸段1也移動其在型材上的位置靠近面陣光源；大尺寸硅片時，帶輪安裝板安裝于圖3下圖所示的硅片傳輸段3的型材外表面，同時傳送立板2安裝于遠離面陣光源的安裝孔，硅片傳輸段1移動其在型材上的位置遠離面陣光源。這樣既方便地切換，又可以不改變平皮帶的長度，節約了成本。

圖3 硅片傳輸組件

由于料盒的尺寸限制，無論是多大尺寸的硅片，其中心間距都為250 mm，通過控制發送給步進電機的脈沖數來實現硅片每走一步的距離均為250 mm，使硅片到達碎片檢測工位時，相對面陣光源居中，步進電機每次啟動時，觸發碎片檢測相機拍照，碎片檢測系統通過拍照結果給到PLC好壞片信號，結果是好片則繼續傳輸，結果是壞片則觸發分揀系統在三步后將壞片分揀出，這樣就實現了碎片的檢出。

3.4 硅片矯正組件

硅片矯正組件是通過步進電機帶動同步帶運動，同步帶輪兩側的同步帶運動方向相反，帶動兩組矯正輪向相反的方向運動[2]，從而完成硅片的矯正使其可以正對花籃完成裝片，如圖4所示。

圖4 硅片矯正組件

通過控制矯正電機每動一次的距離，來控制兩組矯正輪的間距，以此來兼容不同尺寸的硅片，簡單方便。在操作屏幕上設置有不同硅片尺寸選項，當輸入硅片尺寸時，PLC即獲取了相應的矯正電機的矯正間距。矯正電機回原點后啟動到初始位，硅片傳輸組件的步進電機觸發矯正電機矯正硅片，矯正完成后回到初始位，完成該張硅片的矯正。為避免矯正電機跑偏夾碎硅片，每裝完一花籃(100張)硅片后PLC控制矯正電機回一次原點。

4 改進效果

根據上述方法改進并跟蹤客戶現場實際生產需求，改進后的結構方便客戶切換156～220 mm各種尺寸的硅片，得到了客戶的大力贊賞。

5 結語

針對現有制絨上料插片機的工作流程，分析156～220 mm不同尺寸硅片傳輸時的區別，設計合理的結構，并優化程序，在不增加成本的前提下可以快速方便的實現不同尺寸硅片的切換，從而提高了設備的競爭力。