1.光伏行業(yè)發(fā)展概述

　　能源是人類社會賴以生存的物質基礎，是人類文明進步的動力源泉，關乎著國家的經(jīng)濟高速發(fā)展和社會的安全穩(wěn)定。太陽能與煤炭、石油、天然氣、核能相比，具有普遍性、無污染、豐富性、長久性等優(yōu)點。

　　目前，太陽能發(fā)電方式有光伏發(fā)電、光熱發(fā)電和光化學發(fā)電三種。其中光伏發(fā)電是運用最廣泛、技術最成熟的。

　　1.1中國2020年光伏行業(yè)發(fā)展形勢

　　在2020年里全社會光伏關注度暴漲，首先中央提出“碳達峰、碳中和”的目標，持續(xù)提升新能源全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，習近平在巴黎氣候會議上提到：到2030年，中國單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右， 森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。其次在金融市場上光伏板塊融資規(guī)?？涨案邼q，光伏基金正在陸續(xù)發(fā)行。最后新聞聯(lián)播、焦點訪談、財經(jīng)對話、人民日報、新華社等主流媒體紛紛聚焦光伏產(chǎn)業(yè)。

　　2020年我國光伏行業(yè)在如下四個方面取得了首位：

　　(1)我國光伏累計裝機量連續(xù)6年位居全球首位;

　　(2)我國光伏新增裝機量連續(xù)8年位居全球首位;

　　(3)我國多晶硅產(chǎn)量連續(xù)10年位居全球首位;

　　(4)我國光伏組件生產(chǎn)量連續(xù)14年位居全球首位。

　　1.2 中國光伏行業(yè)發(fā)展前景

　　隨著電荒、煤慌、石油價格上漲、拉閘限電、二氧化碳排放超標等一系列能源問題的出現(xiàn)，光伏發(fā)電作為綠色能源的主力軍，未來行業(yè)發(fā)展前景可期，發(fā)展趨勢如下：

　　(1)產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大

　　由于光伏發(fā)電技術革新不斷涌現(xiàn)、光伏產(chǎn)品成本持續(xù)降低，平價上網(wǎng)在全球絕大多數(shù)國家和地區(qū)指日可待， 光伏發(fā)電成為各國重要的能源結構改革方向。

　　(2)產(chǎn)品性能持續(xù)提升

　　在引入金剛線切割技術之后單晶硅片對應的單瓦成本實現(xiàn)反超，比多晶更低。后來又出現(xiàn)以 PERC 電池為代表的高效單晶硅電池，電池轉換效率達到23%，進一步推動了單晶硅對多晶硅的替代。新技術HJT、TOPCon量產(chǎn)轉換效率已能做到24-25%，但是成本大于1.2 元/W， 目前僅用于少數(shù)戶用市場。

　　光伏硅片大尺寸有助于提升硅片產(chǎn)能，降低單位投資，降低拉晶能耗，從而降低電池非硅成本。相同面積下，硅片厚度越薄，單瓦的硅耗越低，核心技術問題在于保障薄硅片強度、提高切片良品率。

　　(3)平價上網(wǎng)加速到來

　　未來光伏組件價格仍有下降的空間，高效組件、設計優(yōu)化能夠推動初始投資實現(xiàn)進一步降低;跟蹤技術、雙面組件、智能運維能明顯提高發(fā)電量。

　　(4)分布式光伏快速發(fā)展

　　分布式光伏具有安裝靈活、投入少、方便就近消納的優(yōu)點，有利于解決我國發(fā)電與負荷不一致的問題，同時大幅降低傳輸損失，減少對大電網(wǎng)的依賴，并緩解電網(wǎng)的投資壓力。現(xiàn)在許多行業(yè)都在不斷革新“光伏+”的能源利用模式，比如建筑光伏一體化BIPV、停車場光伏車棚、光伏農業(yè)大棚、5GW基站光伏系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)中心光伏系統(tǒng)等。而這一切能實現(xiàn)的前提是得益于技術推動，光伏發(fā)電成本在不斷下降，愈發(fā)成為經(jīng)濟、高效、清潔的人類能源供給方式。

　　圖 1 電池片制造工藝流程

　　圖 2 組件制造工藝流程

　　1.3 光伏電子產(chǎn)業(yè)鏈介紹

　　光伏產(chǎn)業(yè)鏈主要分為：上游的硅礦、硅棒、硅錠和硅片環(huán)節(jié)，中游的電池片、電池組件環(huán)節(jié)，下游的光伏電站、光伏應用產(chǎn)品環(huán)節(jié)。

　　多晶硅位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游，更多具有化工行業(yè)屬性。資金和技術壁壘較高，擴產(chǎn)周期較長，光伏級多晶硅純度要在99.9999%以上。多晶硅的生產(chǎn)技術主要有改良西門子法、硅烷流化床法，目前的主流是改良西門子法。在硅片制造環(huán)節(jié)，主要分為長晶和切割兩個過程。

　　長晶是指硅片生產(chǎn)企業(yè)在特定環(huán)境下，使得硅料生長成硅晶體的過程。

　　切割是指將硅棒/硅錠切割成片，制成硅片。在2014 年之前一般都是使用砂線切割。2014年金剛線切割技術開始應用，切割效率大幅提升，切片速度更快，出片率更高，單片損耗更低。然而，由于多晶硅錠硬質點較多，應用金剛線切割技術帶來的切割成本下降幅度遠沒有單晶要大，從此單晶在切片領域占據(jù)優(yōu)勢。

　　電池片這個環(huán)節(jié)，主要的降低成本核心是提升光電轉換效率。目前主流的電池是PERC 電池，PERC電池主要工藝順序為：制絨—磷擴散—刻蝕—硅片正/背面鍍膜—開槽—印刷。

　　組件的工藝就是就是把光伏玻璃、串聯(lián)的電池片等用EVA膠膜粘在一起，形成一個疊層，接著用層壓機將這個疊層壓成一個整體，之后用硅膠或者膠帶把這個疊層裝進一個鋁制邊框，再安裝一個接線盒(將太陽能電池產(chǎn)生的電力與外部線路連接)，待硅膠固化后，經(jīng)過檢測、清潔等環(huán)節(jié)，就做成了一個光伏組件。

　　電站可以為地面電站和分布式光伏。簡單來說，地面電站指與電網(wǎng)相連接，專門用于發(fā)電后送出去的大型電站，一般位于郊區(qū)或偏遠荒漠、丘陵。分布式光伏特指在用戶場地附近建設，強調就地消納，一般位于工業(yè)廠房、商業(yè)建筑、農業(yè)設施、市政等公共建筑、邊遠農牧區(qū)及海島。

　　2.禾川股份在光伏電子行業(yè)方案介紹

　　2.1整機控制方案

　　光伏電子設備系統(tǒng)采用的是禾川Q1運動控制器，擁有豐富的通訊協(xié)議，如Modbus TCP、Modbus RTU、EtherNet/IP、OPC UA，能夠和觸摸屏、MES系統(tǒng)進行通訊，具備EtherCat、Canopen總線協(xié)議，實現(xiàn)基于PLC OPEN標準的運動控制。同時采用禾川X3EB- EtherCAT伺服驅動，實現(xiàn)超短同步周期。

　　圖 3 電池片和組件制作中的自動化設備

　　(1) 信息層：禾川Q1控制器與MES系統(tǒng)采用的OPC UA通信，與禾川HMI采用ModBus TCP通訊，完成數(shù)據(jù)數(shù)值的顯示與設定。

　　(2) 控制層：采用了禾川Q1運動控制器，PAC是整個系統(tǒng)的核心，進行信號、數(shù)據(jù)以及邏輯控制處理。

　　(3) 驅動、執(zhí)行層：采用禾川X3EB-EtherCAT伺服與17bit電機，其位置環(huán)掃描周期為250us，在同步位置模式下，最小支持250us的同步位置周期， 通過EtherCAT通訊協(xié)議能夠很好地滿足設備的同步控制需求。

　　2.2制絨刻蝕上下料設備

　　系統(tǒng)的控制部分采用了禾川Q1運動控制器，并整合禾川人機界面、伺服等，系統(tǒng)拓撲圖如圖4所示。

　　工藝特色：

　　(1) 裝卸一體：將花籃里硅片搬運并輸送上料到制絨、刻蝕工藝主機;將經(jīng)刻蝕或制絨工藝后的硅片轉移裝入到硅片花籃中;

　　(2) 高可靠性：通過X3EB EtherCat伺服，運行動作高速輕柔，實現(xiàn)高精度定位。 2.3光伏串焊機(圖5)

　　工藝特色：

　　(1)優(yōu)質率提高：兼容156*156，156*78硅片尺寸，能夠在四柵、五柵、六柵及半片電池間切換，提高整個電池片串的優(yōu)質率;

　　(2) 碎片率降低：主柵線定位精準，電池片傳輸和焊接過程可靠，大幅度降低碎片率;

　　(3) 高重合精度：高速以太網(wǎng)、高響應定位，確保主柵線與焊帶重合精度。

　　2.4分揀機(圖6)

　　工藝特色：

　　(1)高行業(yè)覆蓋：實現(xiàn)對單晶、多晶等多種工藝硅片的尺寸、線痕、翹曲/表面缺陷、裂痕、電能等特性一站式高速全檢和分級;

圖 4 刻蝕上下料系統(tǒng)拓撲

　　圖 5 光伏串焊機系統(tǒng)拓撲

　　圖 6 光伏分揀機系統(tǒng)拓撲 

圖 7 光伏接線盒焊接機系統(tǒng)拓撲

　　(2)高穩(wěn)定性：非接觸“0”損傷、分選、檢測;

　　(3)高效率：自動采集并實時上傳檢測分選數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，控制與維護便捷、直接、高效。 2.5光伏接線盒焊接機(圖7)

　　工藝特色：

　　(1) 智能化代替人工：焊接太陽能光伏接線盒的匯流排，替代傳統(tǒng)手工的電烙鐵焊接;

　　(2) 視覺定位：視覺定位，進行檢測偏差，補償給控制系統(tǒng);

　　(3) 高重合精度：高精度，高響應定位，控制伺服驅動，快速焊接。

　　3.結論

　　隨著業(yè)內努力提高技術水平、突破技術壁壘，合理發(fā)展;加之政府宏觀調控，積極引導，光伏發(fā)電是環(huán)保、安全、取之不盡用之不竭的能源，未來前景無限光明，發(fā)展空間極其廣闊，潛力無限。禾川產(chǎn)品也將乘著這股風越走越遠，成為具有價值的工業(yè)自動化系統(tǒng)服務商。