聚焦光伏電池片關鍵焊接技術

       隨著科技的進步及發(fā)展，不論是從焊接質(zhì)量還是從成本控制上來看，全自動串焊機取代人工操作已成為必然的趨勢。紅外燈焊接是目前全自動串焊機生產(chǎn)商使用最多的一種方式，也是技術比較成熟的焊接方式。焊接時電池片正極向上，焊帶通過夾具固定在主柵線上，之后紅外線照射整個電池片。

       目前采用該方法的就有中步擎天新能源（湖北）有限公司（以下簡稱中步擎天）生產(chǎn)的全自動串焊機。其具有優(yōu)異的溫控快速響應性能和穩(wěn)定性能，以及焊接后電池串產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定可靠、焊接效率高等優(yōu)勢。

       紅外線是一種電滋波，電流在通過以特殊材料制成的加熱管的加熱絲時，加熱管會輻射出一定波長的紅外線，紅外線被物體吸收時物體即被加熱。紅外輻射的熱慣性極小而熱效率很高，利用短波、中波紅外輻射技術，可以對工件進行高密度、高能量、高強度地加熱，以達到提高加熱效率、縮短加熱時間、節(jié)約能源消耗、降低投資額度、減少環(huán)境污染的目的，這就是工業(yè)界所說的高紅外輻射加熱技術。

       1、光伏組件生產(chǎn)工藝流程

       電池片和焊帶通過焊接機特定的機械結(jié)構(gòu)進行疊放、對位準確后，再經(jīng)傳送帶傳送至焊接工位。紅外焊頭按照預設的工藝參數(shù)執(zhí)行焊接作業(yè)，實現(xiàn)電池片與焊帶的全自動焊接，如此循環(huán)傳送、焊接程序便將電池片串聯(lián)成串。焊接好的電池串再經(jīng)過串并聯(lián)、組框封裝等工藝，便成為用于光伏電站建設的電池組件單元。圖1為光伏電池組件生產(chǎn)工藝流程簡圖。

       2、控制系統(tǒng)硬件設計

       電池片與焊帶的焊接采用紅外加熱管加熱焊接方式，采用全閉環(huán)的控制系統(tǒng)設計。根據(jù)紅外測溫傳感器的實時反饋數(shù)據(jù)和工藝設定的溫控參數(shù)，PLC系統(tǒng)經(jīng)由可控硅對紅外加熱管實現(xiàn)即時、準確的功率輸出控制。充分利用數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)采集單元、雙向可控硅、紅外加熱管以及紅外測溫傳感器的高速響應特點，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應和焊接溫度穩(wěn)定、準確的效果。

       紅外線以光的速度傳播，攜帶很高的能量，不同波長的紅外線輻射強度也不同，根據(jù)被加熱物體的特性和工藝要求選擇適當波長的紅外線對焊點進行輻射加熱來完成焊接工作。

       由于短波（波長0.76～1.6μm）輻射功率大、穿透力強，輻射主要集中于目標并提供高效熱能，可以在幾秒內(nèi)迅速達到滿負荷工作強度，所以短波輻射加熱光源非常適合本項目需要快速停止和啟動的工藝流程。

      3、控制程序

      全自動焊接設備應用于光伏電池組件生產(chǎn)中，將光伏電池片焊接成電池串。在工業(yè)化大生產(chǎn)中，設備的生產(chǎn)效率一直是市場競爭的一個重要參照指標。如何能最大可能地壓縮生產(chǎn)時間，提升整機效率，一直是中步擎天努力的方向。

       經(jīng)過認真分析工藝和在設備上反復操作實驗，通過焊接時序的調(diào)整和程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用多段式溫度控制實現(xiàn)產(chǎn)品的提質(zhì)增效。

       如表1所示，中步擎天研發(fā)生產(chǎn)的新式串焊機引入焊接預處理方法，具體時序如圖3所示。傳統(tǒng)的串焊機由待機溫度直接加熱至焊接溫度并保持一段時間，然后逐漸降至待機溫度，整個焊接周期為2.2s。

       而中步擎天研發(fā)生產(chǎn)的新式串焊機預先從待機溫度加熱至預處理溫度，在焊接程序中由預熱溫度再加熱至焊接溫度并持續(xù)一段時間，然后逐漸降至待機溫度。由于加熱起始溫度的提高，縮短了溫度上升時間，整個焊接周期可以縮至為2.0s。

      ①電池片傳送周期，在此動作過程的同時對電池片進行預熱（預熱功率輸出參數(shù)⑤），為電池片傳送過程中提供了合適的預熱，提高了焊接時電池片的起始溫度，從而縮短了焊接周期，同時也降低了焊接周期內(nèi)因溫度的急劇升溫帶來的裂片問題。④“待機功率P1”指紅外焊接單元在非焊接周期（即系統(tǒng)待機周期③）控制加熱管輸出的功率百分比。⑥“設定溫度C”是焊接時對電池片加熱的目標溫度，“焊接基準功率”指焊接單元在焊接周期。

       ②時進行焊接所輸出的基準功率百分比。控制系統(tǒng)根據(jù)這兩個主要參數(shù)和以“上升時間”、“保持時間”、“下降時間”參數(shù)定義的溫度變化曲線要求對加熱單元實時調(diào)整功率補償系數(shù)，進而使實際的溫度變化曲線滿足生產(chǎn)工藝要求。

       圖4為紅外焊接加熱器控制時序圖。整個控制過程由焊接初始化程序、加熱預處理控制程序、焊接程序組成，依照設備的不同運行周期調(diào)用相應的程序執(zhí)行焊接作業(yè)。

       綜上所述，隨著光伏串焊機技術的不斷革新升級，我國光伏串焊機已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，未來替換和新增市場需求龐大。中步擎天經(jīng)過長期深入的研究，推出了元武系列BC電池片高速串焊機，在有效縮短焊接周期的同時，大幅改善了因溫度急劇提升帶來的電池片隱裂現(xiàn)象。全方位助力光伏制造企業(yè)實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率和管理水平，為用戶帶來質(zhì)量和經(jīng)濟效益的雙重提升。