摘要：在過去3年里，光伏產(chǎn)業(yè)作為電力行業(yè)的領(lǐng)頭羊，發(fā)展勢(shì)頭一直呈上升趨勢(shì)。也正是光伏產(chǎn)業(yè)這種迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，誘使了自動(dòng)化企業(yè)爭(zhēng)相加入開發(fā)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)控制解決方案的行列中。

    光伏發(fā)電在國(guó)際市場(chǎng)中一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)。2008年全球太陽(yáng)能發(fā)電廠裝機(jī)容量已經(jīng)超過4500 MW（兆瓦，MWp），是兩年前的3倍。去年，僅德國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電廠的裝機(jī)容量就達(dá)1500MW——而這個(gè)容量相當(dāng)于2006年全球聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電總量。

    太陽(yáng)是永不落的象征，但是對(duì)于依附于太陽(yáng)的光伏產(chǎn)業(yè)卻沒有永不落的神話。歐洲雖然一直是光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，但其它國(guó)家大有后來者居上的意味。目前，光伏市場(chǎng)中，德國(guó)市場(chǎng)規(guī)模居世界第一，西班牙緊隨其后，美國(guó)屈居第三。

    今年全球光伏發(fā)電的投資都將有迅猛的增長(zhǎng)。未來光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)將是歐洲南部和美國(guó)。美國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)SEIA預(yù)計(jì)在經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃的大力推動(dòng)下，今年太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)將有強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。而且，經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃已為太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展預(yù)留了70億美元的資金。不久前，中國(guó)還剛剛宣布要在中國(guó)西北地區(qū)建立世界最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠。在阿布達(dá)比（Abu Dhabi），半島的第一光伏電站正在興建，它的建成將確保全球首座零碳城市——Masdar市的電力供應(yīng)。

    技術(shù)方面，新興的薄膜電池（使用特殊工藝在玻璃上形成多晶硅薄膜）技術(shù)使得太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)效率得到了大幅的提高。估計(jì)到2012年，薄膜電池的市場(chǎng)占有率將從現(xiàn)在的12％增長(zhǎng)到23％。雖然，晶圓技術(shù)在制造過程中會(huì)耗費(fèi)大量的原材料，但是，迄今為止，晶圓技術(shù)仍然是太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的主導(dǎo)。

    讓太陽(yáng)能電池板組裝更容易

    2008年美國(guó)的光伏發(fā)電量突破了300兆瓦（MW）。但是，在2007年時(shí)，僅有160MW，而2006年還不到100MW。隨著光伏發(fā)電在公共事業(yè)和商業(yè)儲(chǔ)電中的普及，光伏產(chǎn)業(yè)正迎來更快的發(fā)展步伐。根據(jù)美國(guó)太陽(yáng)能電力協(xié)會(huì)Taylor對(duì)公共事業(yè)的統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)在未來5年里將有2500MW電力來自光伏發(fā)電。隨著光伏發(fā)電向公共事業(yè)以及像沃爾瑪這類大型商業(yè)用電的普及，越來越多的企業(yè)爭(zhēng)相恐后的加入到太陽(yáng)能電池的制造行列中。

    太陽(yáng)能電池板表面看起來很簡(jiǎn)單，但是，實(shí)際制造過程卻相當(dāng)復(fù)雜，只有對(duì)多層原材料的尺寸、切割、層壓、密封等多道工藝都做到嚴(yán)格精確，才能保證太陽(yáng)能電池板的優(yōu)良性能。多層材料中的任意一層在加工中沾染了污垢、灰塵或者受到污染，都將有可能影響整個(gè)太陽(yáng)能電池板的性能。太陽(yáng)能電池板組裝加工過程的嚴(yán)格、精確，是最終產(chǎn)品擁有較強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)力的根本保證。
復(fù)雜制造

    太陽(yáng)能電池板的制作過程，主要包括：精確測(cè)量、切割、輸送、定位、層壓、絕緣、貼膜等眾多復(fù)雜工藝，而且為了防止污染對(duì)于像硅酮這類脆弱、昂貴的特殊層，需要額外添加保護(hù)膜等防護(hù)手段。如果硅層脫落、凸起、或受到嚴(yán)重碰撞，則都可能造成電池板組件的裂縫或者破碎。最后，為了增加電池板組件的強(qiáng)度，延長(zhǎng)電池的使用壽命，則需要對(duì)電池板組件進(jìn)行裝框、固定。通過整套復(fù)雜的工藝，才能制造出將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為可供使用電能的密封電池板。

    位于芝加哥的一家專業(yè)制造企業(yè)，生產(chǎn)制造從建筑機(jī)械到太陽(yáng)能電池板的各類設(shè)備。在最近的一次設(shè)備改造中，DMC公司將西門子的太陽(yáng)能自動(dòng)化解決方案成功應(yīng)用于該公司的太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)中。該改造方案選用了西門子317T可編程控制器（PLC）。317T PLC采用了西門子集成運(yùn)動(dòng)控制CPU 317T-2 DP技術(shù)，此技術(shù)在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中央處理器（CPU）的基礎(chǔ)上，增加了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能。而且，317T PLC還專門配有一個(gè)高速閉環(huán)控制的協(xié)處理器。這不僅保證了317T PLC在執(zhí)行普通任務(wù)時(shí)的優(yōu)異性能，也保證了處理運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)時(shí)更快的響應(yīng)速度。
像制作三明治

    “制作電池板就像制作三明治。不同的是，需要用玻璃面板替代面包做表層；用EVA和絕緣材料替代肉和乳酪做夾心層，最后，將做好的“三明治”太陽(yáng)能電池板，放入層壓機(jī)中密封就可以了，”DMC公司（一家位于芝加哥的自動(dòng)化工程和軟件服務(wù)企業(yè)）技術(shù)總監(jiān)Ken Brey解釋說。

    “芝加哥的這家電池板制造企業(yè)，在電池板組件的機(jī)械切割和組件輸送兩道工序中選用的是一家企業(yè)的設(shè)備，而在電池板組件的層壓工序中選用了另外一家企業(yè)的設(shè)備。整個(gè)電池板制造過程中使用著并非同一廠家生產(chǎn)的設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，同一條生產(chǎn)線中，同時(shí)使用多家廠商生產(chǎn)的設(shè)備已經(jīng)成為一個(gè)越來越普遍的現(xiàn)象。西門子標(biāo)準(zhǔn)化的通信模式，確保了不同廠商的設(shè)備間快速、無障礙的通信，從而保障企業(yè)利益的最大化。”

    像太陽(yáng)能電池板組裝這樣典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，一般需要控制2至8個(gè)軸。西門子317T PLC最多能控制16個(gè)軸。而且，317T PLC除了可實(shí)現(xiàn)精確的單軸定位外，還特別適合于復(fù)雜的、同步運(yùn)動(dòng)序列，如虛擬/實(shí)際主設(shè)備的耦合、減速器同步、電子凸輪盤、印刷點(diǎn)修正等。

    印刷點(diǎn)套準(zhǔn)（registration）在太陽(yáng)能電池板層壓工藝中尤為重要，是光伏電池薄膜層校準(zhǔn)的關(guān)鍵。使用西門子STEP 7軟件，只需要一個(gè)程序就可以保證印刷點(diǎn)套準(zhǔn)，大大方便和簡(jiǎn)化了配置和程序編制。

    使用西門子317T PLC的太陽(yáng)能電池板組裝機(jī)，CPU就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的全面管理。例如，通過4伺服軸就可實(shí)現(xiàn)層的精確定位，不需要外加運(yùn)動(dòng)控制器，就可以保證設(shè)備的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，通過317T PLC內(nèi)置的減速器同步和參考點(diǎn)探測(cè)，就可實(shí)現(xiàn)精確的層套準(zhǔn)。
從芯片廠到太陽(yáng)能電站的成功轉(zhuǎn)變

    德國(guó)不僅僅在光伏發(fā)電裝機(jī)容量上是世界的領(lǐng)跑者，而且在太陽(yáng)能制造業(yè)中也處于世界的領(lǐng)先地位：全球30％的太陽(yáng)能電池組件是由德國(guó)制造的。德國(guó)的太陽(yáng)能總部設(shè)立在Saxony-Anhalt，即所謂的太陽(yáng)谷中。而在老工業(yè)區(qū)Bitterfeld-Wolfen，還有幾千人也在從事著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)。整個(gè)德國(guó)共有超過4.2萬人正在從事著與太陽(yáng)能有關(guān)的工作。在德國(guó)，太陽(yáng)能研究和開發(fā)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)都異常激烈：僅2008年投資額就超過2億歐元，并有超過50家的科研院所參與了太陽(yáng)能的開發(fā)和利用。在節(jié)能減排、石油資源日益枯竭、環(huán)保先行等巨大社會(huì)壓力下，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展日益蓬勃。太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)都是由德國(guó)“Bundesverband der Solarwirtschaft”（太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）和瑞士Sarasin資產(chǎn)管理銀行統(tǒng)計(jì)分析得到的。并且，他們估計(jì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)在2012年將呈現(xiàn)兩位數(shù)的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

    隨著人們對(duì)光伏發(fā)電認(rèn)可度的不斷提升，以及對(duì)光伏發(fā)電量需求的不斷增加，使得多晶硅需求量呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)的勢(shì)頭。伴隨產(chǎn)業(yè)規(guī)模的壯大，太陽(yáng)能電池生產(chǎn)控制系統(tǒng)的要求也發(fā)生著不斷的變化。日前，太陽(yáng)能企業(yè)對(duì)系統(tǒng)集成和設(shè)備整合的呼聲越來越高。

    一攬子設(shè)施

    德國(guó)Conergy 公司是在歐洲居于領(lǐng)先地位的太陽(yáng)能企業(yè)，也是太陽(yáng)能系統(tǒng)集成領(lǐng)域內(nèi)的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。在法蘭克福，該公司將以前的一個(gè)芯片生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缟献钕冗M(jìn)的太陽(yáng)能電站。該電站于 2007 年夏天開始運(yùn)行，并將于 2009 年達(dá)到其最大發(fā)電能力250 兆瓦。

    Conergy位于法蘭克福的新太陽(yáng)能電站成為太陽(yáng)能行業(yè)的一個(gè)標(biāo)桿，它將從晶片到光伏組件的所有生產(chǎn)步驟集成到一個(gè)完全連續(xù)的設(shè)計(jì)中。Conergy太陽(yáng)能電站包括一個(gè)完全集成的晶片、電池和電池組件生產(chǎn)裝置。Conergy 投資了大約2.5億歐元。這一采用最新技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)施可非常高效地批量生產(chǎn)光伏系統(tǒng)，幫助 Conergy 保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

    通過將生產(chǎn)和研發(fā)活動(dòng)緊密集成在一起而取得協(xié)同作用，Conergy 正在追求著雄心勃勃的創(chuàng)新目標(biāo)，例如，將單晶硅太陽(yáng)能組件的效率提高到 17 % 以上。 Conergy將內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)單元安排在一起以縮短輸送距離。設(shè)施采用高自動(dòng)化等級(jí)有助于降低輸送過程中敏感性電池的破損。 所使用的設(shè)備要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)操作效率和硅消耗量方面的改進(jìn)。 目前，生產(chǎn)中使用了厚度為 200 微米的電池，但Conergy的目標(biāo)是將電池厚度降低到160微米或更低。

    緊迫的時(shí)間安排

    用于新裝置的設(shè)備必須在富于挑戰(zhàn)性背景下交付和安裝。首先，從技術(shù)角度看，用于將各種系統(tǒng)集成到設(shè)施內(nèi)的解決方案相當(dāng)復(fù)雜。其次，該項(xiàng)目必須在非常緊迫的時(shí)間內(nèi)完成：從發(fā)出訂單到完工僅 7 個(gè)月時(shí)間。其中還包括通過較為復(fù)雜的接口來集成多個(gè)設(shè)備。但實(shí)際表明，這一任務(wù)對(duì)于 M+W Zander、西門子和 Conergy 的技術(shù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來說只是一個(gè)很小的挑戰(zhàn)。 

     M+W Zander 委托西門子公司交付用于整個(gè)過程基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)化技術(shù)。該套系統(tǒng)還包括過程冷卻裝置、空調(diào)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、熱水加熱和分配系統(tǒng)和化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)。