聚焦光伏電池片關(guān)鍵焊接技術(shù)

       隨著科技的進(jìn)步及發(fā)展，不論是從焊接質(zhì)量還是從成本控制上來(lái)看，全自動(dòng)串焊機(jī)取代人工操作已成為必然的趨勢(shì)。紅外燈焊接是目前全自動(dòng)串焊機(jī)生產(chǎn)商使用最多的一種方式，也是技術(shù)比較成熟的焊接方式。焊接時(shí)電池片正極向上，焊帶通過(guò)夾具固定在主柵線上，之后紅外線照射整個(gè)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(jiǎn)稱中步擎天）生產(chǎn)的全自動(dòng)串焊機(jī)。其具有優(yōu)異的溫控快速響應(yīng)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(shì)。

       紅外線是一種電滋波，電流在通過(guò)以特殊材料制成的加熱管的加熱絲時(shí)，加熱管會(huì)輻射出一定波長(zhǎng)的紅外線，紅外線被物體吸收時(shí)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(shù)，可以對(duì)工件進(jìn)行高密度、高能量、高強(qiáng)度地加熱，以達(dá)到提高加熱效率、縮短加熱時(shí)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(shuō)的高紅外輻射加熱技術(shù)。

       1、光伏組件生產(chǎn)工藝流程

       電池片和焊帶通過(guò)焊接機(jī)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊放、對(duì)位準(zhǔn)確后，再經(jīng)傳送帶傳送至焊接工位。紅外焊頭按照預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)執(zhí)行焊接作業(yè)，實(shí)現(xiàn)電池片與焊帶的全自動(dòng)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(guò)串并聯(lián)、組框封裝等工藝，便成為用于光伏電站建設(shè)的電池組件單元。圖1為光伏電池組件生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖。

       2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

       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(shè)計(jì)。根據(jù)紅外測(cè)溫傳感器的實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)和工藝設(shè)定的溫控參數(shù)，PLC系統(tǒng)經(jīng)由可控硅對(duì)紅外加熱管實(shí)現(xiàn)即時(shí)、準(zhǔn)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(cè)溫傳感器的高速響應(yīng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)和焊接溫度穩(wěn)定、準(zhǔn)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(zhǎng)的紅外線輻射強(qiáng)度也不同，根據(jù)被加熱物體的特性和工藝要求選擇適當(dāng)波長(zhǎng)的紅外線對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行輻射加熱來(lái)完成焊接工作。

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

      3、控制程序

      全自動(dòng)焊接設(shè)備應(yīng)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(shè)備的生產(chǎn)效率一直是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參照指標(biāo)。如何能最大可能地壓縮生產(chǎn)時(shí)間，提升整機(jī)效率，一直是中步擎天努力的方向。

       經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析工藝和在設(shè)備上反復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，通過(guò)焊接時(shí)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(shí)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(jī)引入焊接預(yù)處理方法，具體時(shí)序如圖3所示。傳統(tǒng)的串焊機(jī)由待機(jī)溫度直接加熱至焊接溫度并保持一段時(shí)間，然后逐漸降至待機(jī)溫度，整個(gè)焊接周期為2.2s。

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

      ①電池片傳送周期，在此動(dòng)作過(guò)程的同時(shí)對(duì)電池片進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)熱功率輸出參數(shù)⑤），為電池片傳送過(guò)程中提供了合適的預(yù)熱，提高了焊接時(shí)電池片的起始溫度，從而縮短了焊接周期，同時(shí)也降低了焊接周期內(nèi)因溫度的急劇升溫帶來(lái)的裂片問(wèn)題。④“待機(jī)功率P1”指紅外焊接單元在非焊接周期（即系統(tǒng)待機(jī)周期③）控制加熱管輸出的功率百分比。⑥“設(shè)定溫度C”是焊接時(shí)對(duì)電池片加熱的目標(biāo)溫度，“焊接基準(zhǔn)功率”指焊接單元在焊接周期。

       ②時(shí)進(jìn)行焊接所輸出的基準(zhǔn)功率百分比?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)這兩個(gè)主要參數(shù)和以“上升時(shí)間”、“保持時(shí)間”、“下降時(shí)間”參數(shù)定義的溫度變化曲線要求對(duì)加熱單元實(shí)時(shí)調(diào)整功率補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)而使實(shí)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(shí)序圖。整個(gè)控制過(guò)程由焊接初始化程序、加熱預(yù)處理控制程序、焊接程序組成，依照設(shè)備的不同運(yùn)行周期調(diào)用相應(yīng)的程序執(zhí)行焊接作業(yè)。

       綜上所述，隨著光伏串焊機(jī)技術(shù)的不斷革新升級(jí)，我國(guó)光伏串焊機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，未來(lái)替換和新增市場(chǎng)需求龐大。中步擎天經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期深入的研究，推出了元武系列BC電池片高速串焊機(jī)，在有效縮短焊接周期的同時(shí)，大幅改善了因溫度急劇提升帶來(lái)的電池片隱裂現(xiàn)象。全方位助力光伏制造企業(yè)實(shí)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(lái)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升。