光伏工藝流程和機(jī)器人在光伏行業(yè)的應(yīng)用

光伏行業(yè)助推全球可持續(xù)發(fā)展

光伏是綠色能源，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)產(chǎn)生溫室氣體或有害廢物。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)越來越重視，光伏發(fā)電的應(yīng)用也越來越廣泛。根據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約，光伏行業(yè)每年可產(chǎn)生約7萬億瓦特的電力，這些電力可以滿足全球約70%的家庭、企業(yè)和政府的需求。光伏行業(yè)的快速發(fā)展推動(dòng)了光伏技術(shù)和材料的進(jìn)步，而其所帶來的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益也逐漸凸顯。如今，光伏行業(yè)已成為全球能源領(lǐng)域中增長最快、最具潛力和最具成本效益的領(lǐng)域之一。

2021年，在全球應(yīng)用市場需求的拉動(dòng)下，全球光伏生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。多晶硅方面，2021年全球多晶硅產(chǎn)能77.4萬噸，同比增長27.3%，增長部分幾乎全部來自中國。硅片方面，全球產(chǎn)能約415.1GW，同比增長67.8%。電池片方面，全球產(chǎn)能約423.5GW，同比增長69.8%。組件方面，全球產(chǎn)能約465.2GW，同比增長45.4%。

（數(shù)據(jù)來源：2021~2022中國光伏產(chǎn)業(yè)年度報(bào)告）

光伏工藝流程和機(jī)器人在光伏行業(yè)的應(yīng)用

電池工藝和用戶痛點(diǎn)

薄薄的光伏電池看似簡單，實(shí)則是復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。要完成從最基礎(chǔ)的硅材料到最終的光伏電池的蛻變大致要經(jīng)過工業(yè)硅、多晶硅、硅片、電池片、組件等主要工藝流程，上百道工序加工制成。根據(jù)國家能源局發(fā)布2022年全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，光伏發(fā)電裝機(jī)容量為3.9億千瓦，同比增長28.1%，雖然增長迅速但仍只占全國裝機(jī)總量的15.3%。相對于成熟的火電，光伏發(fā)電成本高是推廣緩慢的主要原因。下游應(yīng)用的困境推動(dòng)上游的光伏及設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)一方面提升工藝，優(yōu)化單片電池的發(fā)電量，另一方面要提升生產(chǎn)效率和良品率從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

機(jī)器人優(yōu)勢和常見應(yīng)用環(huán)節(jié)

第一臺工業(yè)機(jī)器人誕生于1959年，自那之后工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在科技的加持下不斷發(fā)展，因其部署靈活、應(yīng)用便捷、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)也越來越多的受到全世界各行各業(yè)用戶的廣泛認(rèn)可。根據(jù)IFR2022報(bào)告指出，在新冠肆虐的2021年全世界工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量達(dá)到517,385臺，相比2020年增長31%，其中僅中國的裝機(jī)量就占全球51.84%。以光伏電池生產(chǎn)為例，各類型工業(yè)機(jī)器人的用量約1萬臺，如電池片清洗、制絨、擴(kuò)散、鍍膜、串焊、排版、EVA搬運(yùn)、裝框等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)均能看到工業(yè)機(jī)器人的身影。

埃夫特光伏行業(yè)應(yīng)用案例

1．光伏電池片花籃搬運(yùn)方案

“花籃”是光伏電池片工藝段生產(chǎn)中最常見的載具，通過鏈?zhǔn)捷斔驮O(shè)備流轉(zhuǎn)于各工藝設(shè)備之間，在到達(dá)指定工位之后機(jī)器人根據(jù)指令抓取花籃放入設(shè)備進(jìn)行加工。

然而這個(gè)看似簡單的“上下料”動(dòng)作要在最短循環(huán)時(shí)間內(nèi)完好無損地應(yīng)對已完成大部分工藝的昂貴硅片生產(chǎn)現(xiàn)場卻面臨諸多挑戰(zhàn)：

①硅片和花籃尺寸不斷擴(kuò)大，需要更大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

②產(chǎn)線布局緊湊、設(shè)備內(nèi)部運(yùn)動(dòng)空間受限，需要更靈活的姿態(tài)；

③硅片薄而脆，極易碎裂，需要更精準(zhǔn)的定位精度和平穩(wěn)性；

④高潔凈工作環(huán)境對設(shè)備的防護(hù)等級有更高的要求。

這些苛刻要求的背后透射出的不僅是光伏行業(yè)激烈的市場競爭還有對機(jī)器人設(shè)備廠家更高的期望。針對市場需求，埃夫特的ER20-1700憑借優(yōu)異的靈活性和更精細(xì)的處理能力一經(jīng)發(fā)布就獲得市場的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，20kg的搬運(yùn)質(zhì)量，1722mm的工作半徑，±0.05mm的重復(fù)定位精度，手腕部IP67的防護(hù)等級，使之成為花籃搬運(yùn)環(huán)節(jié)的上佳選擇。

即使大多數(shù)情況下在搬運(yùn)中對于機(jī)器人的軌跡精度沒有特殊要求，ER20-1700依舊擁有良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，配合抖動(dòng)抑制算法在花籃搬運(yùn)過程中能避免由輕微抖動(dòng)導(dǎo)致花籃內(nèi)硅片的損傷，綜合性能超越同期國外進(jìn)口產(chǎn)品的平均水平。2022年埃夫特在此基礎(chǔ)上發(fā)布新一代中負(fù)載產(chǎn)品ER25-1800，在保持上一代產(chǎn)品高防護(hù)、高重復(fù)定位精度的前提下，搬運(yùn)質(zhì)量提升25%，手腕部末端慣性力矩提升87.5%，并進(jìn)一步擴(kuò)大工作半徑至1850mm。ER25-1800的手腕部分采用緊湊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高負(fù)載的同時(shí)干涉半徑相對上一代產(chǎn)品減小15%，更有利于狹小空間作業(yè)，并且手腕內(nèi)置氣管與信號線，氣管數(shù)量增多2倍，I/O芯數(shù)增多1倍且即插即用，使末端執(zhí)行器的配置更為豐富，即使應(yīng)對更大規(guī)格的硅片和花籃抓取也能更方便地實(shí)現(xiàn)外圍集成。

2．光伏電池片插片方案

擴(kuò)散和PECVD鍍膜是電池片加工的核心工藝。在這個(gè)環(huán)節(jié)機(jī)器人使用特殊的氣動(dòng)夾具取出每一片硅片放入設(shè)備的輸送接口，再把加工完成的硅片“插入”石墨舟。由于機(jī)器人插/取操作中直接觸碰硅片，稍有差池就會(huì)前功盡棄，對工作節(jié)拍、穩(wěn)定性和精度提出了更高的要求，所以光伏插片環(huán)節(jié)長期被國外品牌的產(chǎn)品壟斷，一度成為國產(chǎn)品牌難以逾越的技術(shù)鴻溝。在充分的市場分析和技術(shù)論證前提下，埃夫特先后推出ER15和ER35系列產(chǎn)品為電池片機(jī)器人插片作業(yè)提供高效的應(yīng)用解決方案。

高防護(hù)性是擴(kuò)散和PECVD鍍膜工藝環(huán)境下對機(jī)器人的基本要求，ER15和ER35采用全封閉式設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)獨(dú)有的雙密封技術(shù)以及手腕部分高達(dá)IP67的防護(hù)等級既能有效避免內(nèi)部潤滑劑的泄漏造成損失，又能避免機(jī)臺運(yùn)行過程酸化液等對機(jī)器人的使用壽命影響。除了傳統(tǒng)的地面安裝方式外還可以集成在設(shè)備的頂部和兩側(cè)，可以完全實(shí)現(xiàn)兩個(gè)石墨舟和設(shè)備之間硅片的搬運(yùn)作業(yè)，結(jié)合埃夫特TMOVE(時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃控制算法)技術(shù)，是產(chǎn)能穩(wěn)定且高效的有力保障。

“準(zhǔn)和穩(wěn)”是機(jī)器人插片中兩項(xiàng)非常重要的技術(shù)要求，石墨舟內(nèi)硅片與卡槽之間的間隙細(xì)如發(fā)絲，考慮到夾具工裝誤差，需要保證機(jī)器人的軌跡重復(fù)性至少在0.15mm以內(nèi)。高剛性本體設(shè)計(jì)和埃夫特先進(jìn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法可以確保無論是水平還是垂直方向，機(jī)器人在起、停以及高速運(yùn)行等各個(gè)運(yùn)行過程中各關(guān)節(jié)和大小臂保持良好且平穩(wěn)的運(yùn)行姿態(tài)。夾具能精準(zhǔn)平滑地插入硅片之間的縫隙而不會(huì)產(chǎn)生任何細(xì)微抖動(dòng)，硅片插入石墨舟狹窄的卡槽時(shí)不會(huì)發(fā)生刮擦，從而確保精準(zhǔn)而穩(wěn)定的插片工作。在客戶的信任和良好口碑的傳承下ER15和ER35系列由一個(gè)“實(shí)力派新手”逐步成長成為光伏插片領(lǐng)域比肩國際一線品牌的明星產(chǎn)品。

3.電池串排版

電池串排版工序是把電池串工整精確地排列擺放在玻璃底板上，形成組件的雛形，是整個(gè)光伏組件制作的核心工序之一，在高規(guī)格技術(shù)要求下，排版過程中對于電池串的擺放精度要求非常高，細(xì)微的誤差都會(huì)影響光伏組件的良品率，一般電池串之間的間隙誤差要求都在±0.3mm之內(nèi)以保證焊接質(zhì)量。ER12-2100是埃夫特ER25系列的新成員，可搬運(yùn)重量12kg，輕量化機(jī)身設(shè)計(jì)前提下工作半徑達(dá)到2051mm。機(jī)身采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品一致性、更短交付周期的同時(shí)還能進(jìn)一步降低用戶采購和維護(hù)成本，有效提升整體方案的經(jīng)濟(jì)性。相對于傳統(tǒng)的人工排版和專用排版機(jī)，使用ER12-2100進(jìn)行排版有三個(gè)優(yōu)勢：

①更便捷-占地空間小，安裝靈活，對場地的適應(yīng)性更強(qiáng)能夠更好的進(jìn)行系統(tǒng)集成；

②更柔性-運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更靈活，空間自由度遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)專機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃能夠更柔性地切換不同規(guī)格電池串排版任務(wù)；

③更高效-在時(shí)間最優(yōu)算法輔助下可以實(shí)現(xiàn)更高的工作節(jié)拍，搭配專用光伏工藝包可以實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)切換，有效縮短調(diào)試、換線的停機(jī)等待時(shí)間。

埃夫特機(jī)器人專注于光伏制造已10年有余。我們的高速高精度插片機(jī)器人打破外資品牌技術(shù)壟斷，使國內(nèi)光伏制造廠家能夠享受到國產(chǎn)技術(shù)的紅利。從硅片切割到光伏組件制作成型，我們的機(jī)器人產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光伏電池片生產(chǎn)的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)。

作為中國光伏產(chǎn)業(yè)智能化的重要推動(dòng)者，埃夫特與眾多光伏行業(yè)知名品牌合作。我們不僅擁有先進(jìn)的機(jī)器人產(chǎn)品和專業(yè)的技術(shù)支持，還在不斷積極探索和開發(fā)創(chuàng)新性解決方案，幫助客戶提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

通過不斷地投入研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，埃夫特致力于成為光伏制造領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，為中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級做出貢獻(xiàn)。