張少川

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024）

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全自動(dòng)串焊機(jī)焊帶整形機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

張少川

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024）

摘要：全自動(dòng)串焊機(jī)是太陽(yáng)能電池片組件生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備，主要完成太陽(yáng)能電池片的正反面串焊。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)串焊機(jī)在焊帶整形方面不足的分析，在新一代串焊機(jī)上對(duì)焊帶整形機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備的效率和穩(wěn)定性，并為后道生產(chǎn)過(guò)程中降低了碎片率。

關(guān)鍵詞：串焊機(jī)；焊帶；整形；改進(jìn)

太陽(yáng)能是未來(lái)最清潔、安全和可靠的能源，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。太陽(yáng)能電池片組件是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。太陽(yáng)能電池片組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

太陽(yáng)能電池片組件有多道生產(chǎn)工序（見(jiàn)圖1），全自動(dòng)串焊機(jī)是生產(chǎn)過(guò)程中重要的自動(dòng)化設(shè)備。針對(duì)傳統(tǒng)串焊機(jī)所存在的問(wèn)題，我們新研制開(kāi)發(fā)了新一代SCH-2400全自動(dòng)串焊機(jī)，不僅解決了傳統(tǒng)串焊機(jī)存在的問(wèn)題，更進(jìn)一步提高了整條生產(chǎn)線的效率和穩(wěn)定性。

1　全自動(dòng)串焊機(jī)工作流程

全自動(dòng)串焊機(jī)采用設(shè)定長(zhǎng)度的焊帶將設(shè)定數(shù)量的電池片依次正反面焊接成串，并達(dá)到相應(yīng)的測(cè)試要求（見(jiàn)圖2）。

圖1　太陽(yáng)能電池組件的主要生產(chǎn)工藝流程

圖2　太陽(yáng)能電池串

焊帶由焊帶卷輥供料，焊帶拉取后會(huì)有彎曲，必須將焊帶延展拉直（見(jiàn)圖3），才能進(jìn)行電池片的焊接，否則會(huì)因?yàn)楹笌澢斐珊附拥牟缓细窕驘o(wú)法焊接，需要返工甚至報(bào)廢，增加生產(chǎn)成本。

圖3　焊帶彎曲和拉直狀態(tài)

1.1工作流程

串焊機(jī)工作流程（以三柵電池片為例）：拉帶機(jī)構(gòu)將延展拉直后的三條焊帶拉至上料工位，取片機(jī)構(gòu)將合格的電池片放置于焊帶上，拉帶機(jī)構(gòu)再將另三條焊帶拉至電池片上方，電池片移動(dòng)一個(gè)工位，再放置一片電池片。以此類(lèi)推，直至設(shè)定數(shù)量。電池串移動(dòng)到焊接工位后由焊接機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊接，將前后電池片的正反面通過(guò)焊帶依次串焊在一起（見(jiàn)圖4）。

2　傳統(tǒng)串焊機(jī)存在的問(wèn)題

2.1焊帶導(dǎo)向及換型不便

（1）傳統(tǒng)串焊機(jī)焊帶整形機(jī)構(gòu)的焊帶入口導(dǎo)向部件與焊帶出口導(dǎo)向部件彼此獨(dú)立。在調(diào)整主柵露白時(shí)，會(huì)產(chǎn)生前后導(dǎo)向不同步的問(wèn)題，給設(shè)備調(diào)試帶來(lái)不便。

圖4　電池片串焊示意圖

（2）目前太陽(yáng)能電池片組件生產(chǎn)所使用的電池片有3柵、4柵、5柵三種規(guī)格。相應(yīng)的主柵間距及所用焊帶寬度各不相同。廠家根據(jù)不同的生產(chǎn)要求選擇電池片的主柵數(shù)量，需要串焊機(jī)焊帶整形機(jī)構(gòu)能夠快速方便地做出調(diào)整。

傳統(tǒng)串焊機(jī)所使用的導(dǎo)向塊針對(duì)每種電池片及對(duì)應(yīng)焊帶的寬度獨(dú)立設(shè)計(jì)，每臺(tái)串焊機(jī)要配備一系列的導(dǎo)向塊（見(jiàn)圖5）。在電池片主柵數(shù)量更換時(shí)，需要進(jìn)行拆卸替換，并增加或減少導(dǎo)向塊的數(shù)量來(lái)達(dá)到生產(chǎn)要求，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

圖5　各種規(guī)格的導(dǎo)向塊

2.2焊帶延展費(fèi)時(shí)

傳統(tǒng)串焊機(jī)在電池串生產(chǎn)過(guò)程中，焊帶的延展拉直工作由拉帶機(jī)構(gòu)完成。其部件分布如圖6所示。

圖6　拉帶機(jī)構(gòu)延展示意圖

工作流程：首先，拉帶機(jī)構(gòu)夾住焊帶的前端，延展壓塊將焊帶壓緊，切斷壓塊釋放，拉帶機(jī)構(gòu)對(duì)焊帶進(jìn)行延展拉直；然后，延展壓塊釋放，拉帶機(jī)構(gòu)將延展拉直的焊帶拉至設(shè)定長(zhǎng)度；最后，切斷壓塊將焊帶壓緊，切刀機(jī)構(gòu)將焊帶切斷，拉帶機(jī)構(gòu)再將切斷后的焊帶拉至指定工作位置。

在工作流程中，拉帶機(jī)構(gòu)要完成焊帶延展、焊帶運(yùn)送工作，動(dòng)作屬于串行方式，所占時(shí)間較長(zhǎng)。隨著越來(lái)越快的生產(chǎn)節(jié)奏，串焊機(jī)生產(chǎn)效率的提升勢(shì)在必行。

2.3焊帶未折彎產(chǎn)生碎片

焊帶未折彎時(shí)，電池串的示意圖如圖7所示。

圖7　焊帶未折彎電池串示意圖

太陽(yáng)能電池組件的主要構(gòu)成如圖8所示。將玻璃、EVA、電池串、EVA、背板TPT按順序疊層好；經(jīng)EL檢測(cè)后，將合格的疊層組件放入層壓機(jī)內(nèi)。

圖8　太陽(yáng)能電池組件疊層示意圖

在層壓機(jī)中，通過(guò)抽真空在組件內(nèi)產(chǎn)生真空腔，加熱熔化后的EVA通過(guò)流動(dòng)填充整個(gè)組件。在真空負(fù)壓和EVA流動(dòng)的雙重作用下，相鄰電池片之間的焊帶必然會(huì)對(duì)電池片的邊沿產(chǎn)生作用力F（如圖9所示），對(duì)電池片邊沿造成一定幾率的破壞，進(jìn)而產(chǎn)生碎片。

圖9　焊帶對(duì)電池片產(chǎn)生力的作用

隨著電池片主柵線數(shù)量增加，所使用的焊帶會(huì)不斷變細(xì)、變厚，并隨著電池片厚度的不斷減薄，這些因素會(huì)進(jìn)一步加大作用力F對(duì)電池片邊沿的破壞幾率，進(jìn)而增加電池片的碎片率，造成浪費(fèi)。

3　新一代串焊機(jī)焊帶整形機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

改進(jìn)后的焊帶整形機(jī)構(gòu)如圖10所示，主要由焊帶導(dǎo)向部分、焊帶延展部分和焊帶折彎部分組成。

圖10　焊帶整形機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

3.1焊帶導(dǎo)向部分

（1）在改進(jìn)設(shè)計(jì)中，將焊帶入口導(dǎo)向和出口導(dǎo)向做成整體，達(dá)到前后同步調(diào)節(jié)，并由微分頭進(jìn)行精確控制（見(jiàn)圖11），保證焊帶在拉帶過(guò)程中不偏移，消除電池片串焊時(shí)主柵露白問(wèn)題。

（2）導(dǎo)向塊采用集成式設(shè)計(jì)，將目前市場(chǎng)上三種規(guī)格電池片所需的導(dǎo)向塊集成一體，在整形機(jī)構(gòu)上設(shè)置5組導(dǎo)向集成塊，由5個(gè)微分頭分別進(jìn)行調(diào)控（見(jiàn)圖11）。當(dāng)電池片主柵數(shù)量更換時(shí)，旋轉(zhuǎn)微分頭，將所需導(dǎo)向集成塊調(diào)節(jié)至工作位置，其余導(dǎo)向集成塊調(diào)節(jié)至非工作位，實(shí)現(xiàn)了換型調(diào)控的方便快捷（見(jiàn)圖12）。

圖11　焊帶導(dǎo)向部件

圖12　集成式導(dǎo)向塊及換型調(diào)控

3.2焊帶延展部分

將焊帶延展拉直動(dòng)作與拉帶機(jī)構(gòu)分離，在拉帶機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊帶運(yùn)送的同時(shí)，采用其他方式將焊帶延展工作提前完成，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的并行，提高整機(jī)生產(chǎn)速度。

針對(duì)焊帶延展設(shè)計(jì)了兩種方案。

方案一，采用氣缸延展，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

方案二，采用電機(jī)延展，機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。

在生產(chǎn)過(guò)程中，不同廠家生產(chǎn)的焊帶所需延展長(zhǎng)度不同。更換焊帶后，氣缸延展結(jié)構(gòu)需要調(diào)整氣缸行程，過(guò)程繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；電機(jī)延展結(jié)構(gòu)只需輸入延展參數(shù)即可，調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)便，可提高整條生產(chǎn)線的效率。

綜合考慮，采用電機(jī)延展方式。改進(jìn)后的延展拉直機(jī)構(gòu)如圖10所示。工作流程：延展定塊和延展動(dòng)塊分別壓緊焊帶的后端和前端，延展電機(jī)帶動(dòng)延展動(dòng)塊移動(dòng)設(shè)定的長(zhǎng)度將焊帶延展拉直，等待拉帶機(jī)構(gòu)的拉取。

3.3焊帶折彎部分

焊帶整形機(jī)構(gòu)增加焊帶折彎部分，對(duì)焊帶進(jìn)行“Z”字型折彎，如圖13所示。

圖13　焊帶折彎過(guò)程示意圖

焊帶折彎后焊接的電池串如圖14所示。焊帶折彎后，焊帶與電池片邊沿平滑接觸，減小了作用力F的大小，使得層壓中產(chǎn)生的碎片率降低了0.1%。

圖14　焊帶折彎后串焊示意圖

4　結(jié)束語(yǔ)

新一代全自動(dòng)串焊機(jī)焊帶整形機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，不僅在設(shè)備的調(diào)試方面和產(chǎn)品換型方面提供了極大的方便，而且降低了后道生產(chǎn)中產(chǎn)生的碎片率，提高了串焊機(jī)及整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］. 8版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］王海東.晶體硅太陽(yáng)能電池焊接技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.電子工藝技術(shù)，2012，33（3）：136-138.

Improved Design of Automatic Solar Cell Welding Machine on Welding Belt Shaping Mechanism

ZHANG Shaochuan
（Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

Abstract:Automatic solar cell welding machine is a key equipment in the production process of solar cell module，mainly complete solar cell positive and negative on welding. This paper analyzes shortcomings of traditional solar cell welding machine in welding belt shaping. In a new generation on welding machine with welding belt shaping mechanism of improved design，so as to improve the equipment efficiency and stability and reduces the fragmentation rate of production.

Keywords:Solar welding machine；Welding belt；Shaping；Improvement

中圖分類(lèi)號(hào)：TG439.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4507（2016）05-0025-04

收稿日期：2016-03-22

作者簡(jiǎn)介：

張少川（1986-），男，助理工程師，畢業(yè)于陜西科技大學(xué)。現(xiàn)從事電子專用設(shè)備與光伏設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)。