精确与集成太阳能生产的控制需求

1、精确与集成太阳能生产的控制需求    摘要：在过去3年里，光伏产业作为电力行业的领头羊，发展势头一直呈上升趋势。也正是光伏产业这种迅猛的发展势头，诱使了自动化企业争相加入开发太阳能电池生产控制解决方案的行列中。光伏发电在国际市场中一直处于增长趋势。2008年全球太阳能发电厂装机容量已经超过4500MW（兆瓦，MWp），是两年前的3倍。去年，仅德国太阳能发电厂的装机容量就达1500MW而这个容量相当于2006年全球联网的光伏发电总量。太阳是永不落摘要：在过去3年里，光伏产业作为电力行业的领头羊，发展势头一直呈上升趋势。也正是光伏产业这种迅猛的发展势头，诱使

2、了自动化企业争相加入开发太阳能电池生产控制解决方案的行列中。光伏发电在国际市场中一直处于增长趋势。2008年全球太阳能发电厂装机容量已经超过4500 MW（兆瓦，MWp），是两年前的3倍。去年，仅德国太阳能发电厂的装机容量就达1500MW而这个容量相当于2006年全球联网的光伏发电总量。       太阳是永不落的象征，但是对于依附于太阳的光伏产业却没有永不落的神话。欧洲虽然一直是光伏产业的领导者，但其它国家大有后来者居上的意味。目前，光伏市场中，德国市场规模居世界第一，西班牙紧随其后，美国屈居第三。   

3、;    今年全球光伏发电的投资都将有迅猛的增长。未来光伏产业发展的重点将是欧洲南部和美国。美国太阳能产业协会SEIA预计在经济刺激计划的大力推动下，今年太阳能产业将有强劲的增长。而且，经济刺激计划已为太阳能产业的发展预留了70亿美元的资金。不久前，中国还刚刚宣布要在中国西北地区建立世界最大的太阳能发电厂。在阿布达比（Abu Dhabi），半岛的第一光伏电站正在兴建，它的建成将确保全球首座零碳城市Masdar市的电力供应。       技术方面，新兴的薄膜电池（使用特殊工艺在玻璃上形成多晶硅薄膜）技术使得

4、太阳能电池板的生产效率得到了大幅的提高。估计到2012年，薄膜电池的市场占有率将从现在的12增长到23。虽然，晶圆技术在制造过程中会耗费大量的原材料，但是，迄今为止，晶圆技术仍然是太阳能电池制造技术的主导。让太阳能电池板组装更容易      2008年美国的光伏发电量突破了300兆瓦（MW）。但是，在2007年时，仅有160MW，而2006年还不到100MW。随着光伏发电在公共事业和商业储电中的普及，光伏产业正迎来更快的发展步伐。根据美国太阳能电力协会Taylor对公共事业的统计，预计在未来5年里将有2500MW电力来自光伏发电。随着光伏发电向

5、公共事业以及像沃尔玛这类大型商业用电的普及，越来越多的企业争相恐后的加入到太阳能电池的制造行列中。      太阳能电池板表面看起来很简单，但是，实际制造过程却相当复杂，只有对多层原材料的尺寸、切割、层压、密封等多道工艺都做到严格精确，才能保证太阳能电池板的优良性能。多层材料中的任意一层在加工中沾染了污垢、灰尘或者受到污染，都将有可能影响整个太阳能电池板的性能。太阳能电池板组装加工过程的严格、精确，是最终产品拥有较强环境适应力的根本保证。复杂制造      太阳能电池板的制作过程，主要包括：精确

6、测量、切割、输送、定位、层压、绝缘、贴膜等众多复杂工艺，而且为了防止污染对于像硅酮这类脆弱、昂贵的特殊层，需要额外添加保护膜等防护手段。如果硅层脱落、凸起、或受到严重碰撞，则都可能造成电池板组件的裂缝或者破碎。最后，为了增加电池板组件的强度，延长电池的使用寿命，则需要对电池板组件进行装框、固定。通过整套复杂的工艺，才能制造出将太阳能转换为可供使用电能的密封电池板。      位于芝加哥的一家专业制造企业，生产制造从建筑机械到太阳能电池板的各类设备。在最近的一次设备改造中，DMC公司将西门子的太阳能自动化解决方案成功应用于该公司的太阳能电池板生产

7、中。该改造方案选用了西门子317T可编程控制器（PLC）。317T PLC采用了西门子集成运动控制CPU317T-2 DP技术，此技术在现有标准中央处理器（CPU）的基础上，增加了强大的运动控制功能。而且，317T PLC还专门配有一个高速闭环控制的协处理器。这不仅保证了317T PLC在执行普通任务时的优异性能，也保证了处理运动控制任务时更快的响应速度。像制作三明治    “制作电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层；用EVA和绝缘材料替代肉和乳酪做夹心层，最后，将做好的“三明治”太阳能电池板，放入层压机中密封就可以了，”DMC公司（一家位

8、于芝加哥的自动化工程和软件服务企业）技术总监KenBrey解释说。     “芝加哥的这家电池板制造企业，在电池板组件的机械切割和组件输送两道工序中选用的是一家企业的设备，而在电池板组件的层压工序中选用了另外一家企业的设备。整个电池板制造过程中使用着并非同一厂家生产的设备。随着科技的发展，同一条生产线中，同时使用多家厂商生产的设备已经成为一个越来越普遍的现象。西门子标准化的通信模式，确保了不同厂商的设备间快速、无障碍的通信，从而保障企业利益的最大化。”      像太阳能电池板组装这样典型的运动控制系统，

9、一般需要控制2至8个轴。西门子317T PLC最多能控制16个轴。而且，317T PLC除了可实现精确的单轴定位外，还特别适合于复杂的、同步运动序列，如虚拟/实际主设备的耦合、减速器同步、电子凸轮盘、印刷点修正等。      印刷点套准（registration）在太阳能电池板层压工艺中尤为重要，是光伏电池薄膜层校准的关键。使用西门子STEP 7软件，只需要一个程序就可以保证印刷点套准，大大方便和简化了配置和程序编制。       使用西门子317T PLC的太阳能电池板组装机，CPU

10、就可以实现对系统运动控制的全面管理。例如，通过4伺服轴就可实现层的精确定位，不需要外加运动控制器，就可以保证设备的高速运转。而且，通过317T PLC内置的减速器同步和参考点探测，就可实现精确的层套准。从芯片厂到太阳能电站的成功转变      德国不仅仅在光伏发电装机容量上是世界的领跑者，而且在太阳能制造业中也处于世界的领先地位：全球30的太阳能电池组件是由德国制造的。德国的太阳能总部设立在Saxony-Anhalt，即所谓的太阳谷中。而在老工业区Bitterfeld-Wolfen，还有几千人也在从事着太阳能产业。整个德国共有超过4.2万人正在从事着与太阳能有关的工作。在德国，太阳能研究和开发市场竞争都异常激烈：仅2008年投资额就超过2亿欧元，并有超过50家的科研院所参与了太阳能的开发和利用。在节能减排、石油资源日益枯竭、环保先行等巨大社会压力下，太阳能产业发展日益蓬勃。太阳能产业发展的相关数据都是由德国“Bundesverband der Solarwirtschaft”（太阳能产业联盟）和瑞士Sarasin资产管理银行统计分析得到的。并且，他们估计太阳能产业在2012年