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禾川股份产品方案在光伏行业的应用

时间:2021-05-24 21:27:58来源:浙江禾川科技股份有限公司 韩宝强

导语:​随着电荒、煤慌、石油价格上涨、拉闸限电、二氧化碳排放超标等一系列能源问题的出现,光伏发电作为绿色能源的主力军,未来行业发展前景可期。

    1.光伏行业发展概述

  能源是人类社会赖以生存的物质基础,是人类文明进步的动力源泉,关乎着国家的经济高速发展和社会的安全稳定。太阳能与煤炭、石油、天然气、核能相比,具有普遍性、无污染、丰富性、长久性等优点。

  目前,太阳能发电方式有光伏发电、光热发电和光化学发电三种。其中光伏发电是运用最广泛、技术最成熟的。

  1.1中国2020年光伏行业发展形势

  在2020年里全社会光伏关注度暴涨,首先中央提出“碳达峰、碳中和”的目标,持续提升新能源全产业链优势,习近平在巴黎气候会议上提到:到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右, 森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。其次在金融市场上光伏板块融资规模空前高涨,光伏基金正在陆续发行。最后新闻联播、焦点访谈、财经对话、人民日报、新华社等主流媒体纷纷聚焦光伏产业。

  2020年我国光伏行业在如下四个方面取得了首位:

  (1)我国光伏累计装机量连续6年位居全球首位;

  (2)我国光伏新增装机量连续8年位居全球首位;

  (3)我国多晶硅产量连续10年位居全球首位;

  (4)我国光伏组件生产量连续14年位居全球首位。

  1.2 中国光伏行业发展前景

  随着电荒、煤慌、石油价格上涨、拉闸限电、二氧化碳排放超标等一系列能源问题的出现,光伏发电作为绿色能源的主力军,未来行业发展前景可期,发展趋势如下:

  (1)产业规模持续扩大

  由于光伏发电技术革新不断涌现、光伏产品成本持续降低,平价上网在全球绝大多数国家和地区指日可待, 光伏发电成为各国重要的能源结构改革方向。

  (2)产品性能持续提升

  在引入金刚线切割技术之后单晶硅片对应的单瓦成本实现反超,比多晶更低。后来又出现以 PERC 电池为代表的高效单晶硅电池,电池转换效率达到23%,进一步推动了单晶硅对多晶硅的替代。新技术HJT、TOPCon量产转换效率已能做到24-25%,但是成本大于1.2 元/W, 目前仅用于少数户用市场。

  光伏硅片大尺寸有助于提升硅片产能,降低单位投资,降低拉晶能耗,从而降低电池非硅成本。相同面积下,硅片厚度越薄,单瓦的硅耗越低,核心技术问题在于保障薄硅片强度、提高切片良品率。

  (3)平价上网加速到来

  未来光伏组件价格仍有下降的空间,高效组件、设计优化能够推动初始投资实现进一步降低;跟踪技术、双面组件、智能运维能明显提高发电量。

  (4)分布式光伏快速发展

  分布式光伏具有安装灵活、投入少、方便就近消纳的优点,有利于解决我国发电与负荷不一致的问题,同时大幅降低传输损失,减少对大电网的依赖,并缓解电网的投资压力。现在许多行业都在不断革新“光伏+”的能源利用模式,比如建筑光伏一体化BIPV、停车场光伏车棚、光伏农业大棚、5GW基站光伏系统、大数据中心光伏系统等。而这一切能实现的前提是得益于技术推动,光伏发电成本在不断下降,愈发成为经济、高效、清洁的人类能源供给方式。

  

电池片制造工艺流程.png

  图 1 电池片制造工艺流程

  

组件制造工艺流程.png

  图 2 组件制造工艺流程

  1.3 光伏电子产业链介绍

  光伏产业链主要分为:上游的硅矿、硅棒、硅锭和硅片环节,中游的电池片、电池组件环节,下游的光伏电站、光伏应用产品环节。

  多晶硅位于光伏产业链上游,更多具有化工行业属性。资金和技术壁垒较高,扩产周期较长,光伏级多晶硅纯度要在99.9999%以上。多晶硅的生产技术主要有改良西门子法、硅烷流化床法,目前的主流是改良西门子法。在硅片制造环节,主要分为长晶和切割两个过程。

  长晶是指硅片生产企业在特定环境下,使得硅料生长成硅晶体的过程。

  切割是指将硅棒/硅锭切割成片,制成硅片。在2014 年之前一般都是使用砂线切割。2014年金刚线切割技术开始应用,切割效率大幅提升,切片速度更快,出片率更高,单片损耗更低。然而,由于多晶硅锭硬质点较多,应用金刚线切割技术带来的切割成本下降幅度远没有单晶要大,从此单晶在切片领域占据优势。

  电池片这个环节,主要的降低成本核心是提升光电转换效率。目前主流的电池是PERC 电池,PERC电池主要工艺顺序为:制绒—磷扩散—刻蚀—硅片正/背面镀膜—开槽—印刷。

  组件的工艺就是就是把光伏玻璃、串联的电池片等用EVA胶膜粘在一起,形成一个叠层,接着用层压机将这个叠层压成一个整体,之后用硅胶或者胶带把这个叠层装进一个铝制边框,再安装一个接线盒(将太阳能电池产生的电力与外部线路连接),待硅胶固化后,经过检测、清洁等环节,就做成了一个光伏组件。

  电站可以为地面电站和分布式光伏。简单来说,地面电站指与电网相连接,专门用于发电后送出去的大型电站,一般位于郊区或偏远荒漠、丘陵。分布式光伏特指在用户场地附近建设,强调就地消纳,一般位于工业厂房、商业建筑、农业设施、市政等公共建筑、边远农牧区及海岛。

  2.禾川股份在光伏电子行业方案介绍

  2.1整机控制方案

  光伏电子设备系统采用的是禾川Q1运动控制器,拥有丰富的通讯协议,如Modbus TCP、Modbus RTU、EtherNet/IP、OPC UA,能够和触摸屏、MES系统进行通讯,具备EtherCat、Canopen总线协议,实现基于PLC OPEN标准的运动控制。同时采用禾川X3EB- EtherCAT伺服驱动,实现超短同步周期。

  

电池片和组件制作中的自动化设备.png

  图 3 电池片和组件制作中的自动化设备

  

  (1) 信息层:禾川Q1控制器与MES系统采用的OPC UA通信,与禾川HMI采用ModBus TCP通讯,完成数据数值的显示与设定。

  (2) 控制层:采用了禾川Q1运动控制器,PAC是整个系统的核心,进行信号、数据以及逻辑控制处理。

  (3) 驱动、执行层:采用禾川X3EB-EtherCAT伺服与17bit电机,其位置环扫描周期为250us,在同步位置模式下,最小支持250us的同步位置周期, 通过EtherCAT通讯协议能够很好地满足设备的同步控制需求。

  2.2制绒刻蚀上下料设备

  系统的控制部分采用了禾川Q1运动控制器,并整合禾川人机界面、伺服等,系统拓扑图如图4所示。

  工艺特色:

  (1) 装卸一体:将花篮里硅片搬运并输送上料到制绒、刻蚀工艺主机;将经刻蚀或制绒工艺后的硅片转移装入到硅片花篮中;

  (2) 高可靠性:通过X3EB EtherCat伺服,运行动作高速轻柔,实现高精度定位。 2.3光伏串焊机(图5)

  工艺特色:

  (1)优质率提高:兼容156*156,156*78硅片尺寸,能够在四栅、五栅、六栅及半片电池间切换,提高整个电池片串的优质率;

  (2) 碎片率降低:主栅线定位精准,电池片传输和焊接过程可靠,大幅度降低碎片率;

  (3) 高重合精度:高速以太网、高响应定位,确保主栅线与焊带重合精度。

  2.4分拣机(图6)

  工艺特色:

  (1)高行业覆盖:实现对单晶、多晶等多种工艺硅片的尺寸、线痕、翘曲/表面缺陷、裂痕、电能等特性一站式高速全检和分级;

  


  刻蚀上下料系统拓扑.png

图 4 刻蚀上下料系统拓扑

光伏串焊机系统拓扑.png

  图 5 光伏串焊机系统拓扑

  

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  图 6 光伏分拣机系统拓扑 

光伏接线盒焊接机系统拓扑.png

图 7 光伏接线盒焊接机系统拓扑

  (2)高稳定性:非接触“0”损伤、分选、检测;

  (3)高效率:自动采集并实时上传检测分选数据和设备状态数据,控制与维护便捷、直接、高效。 2.5光伏接线盒焊接机(图7)

  工艺特色:

  (1) 智能化代替人工:焊接太阳能光伏接线盒的汇流排,替代传统手工的电烙铁焊接;

  (2) 视觉定位:视觉定位,进行检测偏差,补偿给控制系统;

  (3) 高重合精度:高精度,高响应定位,控制伺服驱动,快速焊接。

  3.结论

  随着业内努力提高技术水平、突破技术壁垒,合理发展;加之政府宏观调控,积极引导,光伏发电是环保、安全、取之不尽用之不竭的能源,未来前景无限光明,发展空间极其广阔,潜力无限。禾川产品也将乘着这股风越走越远,成为具有价值的工业自动化系统服务商。



标签: 风电光伏运动控制器禾川股份

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