浅谈机械自动化技术在太阳能领域中的发展与应用

1、本文由VIP000000016贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 应用技术 Applied Technology 浅谈机械自动化技术在太阳能领域中的 发展与应用 于 洋 大连大学机械工程学院 ， 辽宁大连 116000 摘 要 结合传统能源及目前太阳能开发利用存在的问题 ， 对机械自动化在太阳能领域中 ， 并主要针对其在太阳能光伏 产业领域和光热产业领域的发展与应用进行了探讨。 关 键 词太阳能 ； 开发利用 ； 光伏产业 ； 光热产业 中图分类号 TH16 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2010）23-0174-02 0

2、 引言 近年来 ， 新能源的开发利用和环境保护问题是世界上各个国 家重点关注的热点科研问题 ， 随着人类社会持续快速的发展 ， 煤、 石油以及天然气等传统形式的能源能够被开发利用的已越来越少 ， 国际舆论对人类社会面临的“能源危机”问题也开始越来越高度 关注。据世界相关能源权威调查机构统计分析 ， 世界上剩余的可 开采石油量可供人类开采的时间长度大约只剩下 40 年 ， 天然气可 供开采的时长大约还剩 61 年 ， 煤碳资源大约还能开采 230 年。而 且在我国 ， 传统形式的能源储备量大约只占世界上常规能源总储 量的 10% ； 另一方面 ， 长期大量使用传统形式的化石能源 ， 已经 对地球

3、环境造成了严重污染和破坏 ， 地球生态环境也正在逐步严 重恶化。 针对越来越严重的“能源危机”问题 ， 目前世界上大多数国 家都已制定并实施了与可再生能源利用相关的法律法规 ， 正逐步 促进着利用可再生能源技术的发展和推广应用。在目前可利用的 可再生能源中 ， 太阳能取之不尽、用之不竭 ， 且其受其他因素的 影响相对风能、水能来讲较小 ， 其开发利用的技术发展的相对较 快。因此 ， 世界上越来越多的国家、科研机构和院校都在加大力 度对太阳能的开发利用进行研究 ， 使得太阳能利用在光伏产业方 面发展迅速。根据世界光伏产业相关的发展报告统计显示 ， 最近 1020 年太阳能电池及组件研究开发并生产

4、成功的速度越来越快 ， 最近几年的平均增长率甚至超过了 40%。 1 机械自动化在太阳能领域中的发展与应用现状分析 但是 ， 我国在太阳能能源开发利用的过程中还存在不少问题。 如我国还没有自己掌握太阳能开发利用的核心技术 ， 机械设备的 自动化水平与发达国家相比还存在很大差距 ， 对太阳能开发利用 过程中无法更好地处理尾气的闭气循环利用等问题 1。而且现在 开发利用太阳能的设备系统越发复杂、设备规模也越发庞大、各 设备间以及设备各组成部件之间的联系也 越来越紧密 ， 这些都对 开发利用太阳能的机械设备自动化、智能化水平提出了新的要求。 针对目前我国对太阳能开发利用技术的发展现状 ， 本文主要对

5、机 械设备自动化技术在太阳能光伏和太阳能光热利用产业方面的应 用进行相关的探讨。 2 机械自动化在太阳能光伏产业领域的发展应用 光伏发电产业在未来将成为人类用电电网的支柱和方向 ， 随 着我国“可再生能源法”的颁布实施 ， 以及在世界上其它国家对 太阳能光伏产业快速发展需求的带动下 ， 近年来我国光伏产业的 发展规模也迅速扩大 ， 发展速度也大幅增长 ， 相应的太阳能光伏 设备与产品的产能与销量也节节攀升。但是 ， 我国在太阳能光伏 产业方面的发展与国际先进水平相比还存在较大的差距 ， 主要表 现在以下几个方面 ： 1）目前 ， 我国国内投建的大部分多晶硅提纯项目中 ， 晶硅提 纯技术采用的都

6、是经改良的西门子法 ， 国际上太阳能光伏产业技 术发达厂商控制着晶硅提纯的先进核心技术 ， 我国多晶硅提纯技 术的发展相对还很不成熟 ， 机械设备的自动化程度还远没有达到 世界先进水平 ， 对太阳能开发利用过程中尾气的循环利用技术还 较落后 ， 开发成本过高。因此 ， 研究并掌握多晶硅的提纯核心技术 ， 逐步提高机械设备的自动化以及智能化的程度 ， 是我国太阳能光 伏产业发展急需解决的一个难题。 2）用于沉积 Si3N4 层的 PECVD 设备 ， 在产能和技术水平层 面上都已经达到国际先进水平 ， 机械设备的价格也大幅低于进口 的设备价格 ， 因此在国内也获得了越来越多产商的青睐。 但是 ，

7、 该设备的自动化、智能化水平与国际先进水平相比还存在一定差 距， 主要反应在设备的自动装卸片方面。 3）对于硅片切片设备的要求 ， 应确保硅片切片后表面充分平 整、没有明显的划痕 ， 切片的几何尺寸误差应不超过 0.5mm， 切 片上任意两个弧线弦线长度相差应不大于 1mm。随着切片技术的 不断发展 ， 硅片厚度也逐渐减小 ， 目前国际先进水平的硅切片最 薄厚度已经突破了 180mm， 而我国的硅切片厚度最好时还只能到 200mm。可见 ， 我国硅切片设备的高度自动化和精细化的发展还 有很长的路要走。 4）相比于在太阳能光伏产业技术的国际先进水平 ， 我国还没 有完全掌握全自动丝网印刷技术 ，

8、 因此几乎所有的国内太阳能开 发利用产家 ， 不得不从国外以昂贵的价格购买丝网印刷设备。 5）太阳能光伏发电系统 ， 通常情况下包括由光伏电池组件、 逆变器、控制器和蓄电池组等部件构成 ， 该系统运行的关键是机 械组件的自动化控制和信息智能化处 理。例如 ， 已有学者发明了 一种能自动跟踪太阳移动的太阳能利用设备 ， 该设备主要由自动 跟踪系统、太阳能转换器、盛有液体的平衡箱、支撑框架及结构、 弹簧等构成 ， 实现了太阳能开发利用过程中跟踪的高自动化和智 能化 ， 且设备结构相对简单、造价较低 ， 适合多种不同形式和规 模的太阳能开发利用的设备 2。但目前我国在逆变器、控制器和 蓄电池组等部件

9、的技术水平还十分有限 ， 尤其是相应的检测仪器 设备、设备监管仪器、运行监控设备的生产还没有达到大规模、 高自动化智能化的流水线式生产水平 ， 生产成本相比较高。 客观地说 ， 我国太阳能光伏产业的发展目前还处于起步阶段 ， 与传统能源开采利用的成本相比 ， 首先急需解决的问题是如何在 太阳能开采过程中实现高度自动化和智能化 ， 如何降低进行大规 模开发应用的成本问题。在全世界都在大力发展光伏产业的背景 下， 我过应加强对光伏产业先进设备的研发力度 ， 全面提升机械 设备的自动化水平 ， 才能使我国的光伏产业发展不断走向成熟。 3 机械自动化在太阳能光热产业领域的发展应用 对太阳能光热进行开发

10、利用的产业主要包括有太阳能热发电、 太阳能热水器以及近年来发展较快的太阳能建筑。其中 ， 太阳能 热水器将太阳能热利用的较充分 ， 但其机械自动化程度不高 ； 太 阳能建筑集成近年来已逐渐成为国际上正在重点开发的新技术 ， 其对机械自动化的要求也较高 ； 三者相对来说 ， 利用太阳能热发 （下转第173页） 科技传播 2010?7（下） 174 Applied Technology L=L1+L2-C1-C2 式中 ： L1从初应力至松油前千斤顶缸体伸长值 ； L2从初应力至 2 倍初应力缸体伸长值 ， 并作为 0 至初应 力的推算值 ； C1千斤顶内 5060cm 钢绞线的伸长值 ， 一般为

11、 45mm， 也 可计算得出 ； C2 力 筋 回 缩 和 锚 具 变 形 值 ，对 于 夹 片 式 锚 具 按 规 范 取 6mm。 3）预应力采用引伸量和张拉力双控 ， 引伸量误差在 ±6% 范 围内 ， 每一截面的断丝率不得大于该截面总钢丝数的 1%， 且不允 许整根钢绞线拉断。 4）钢束的张拉顺序 ：N1、N2、N3。钢束张拉时两端对称 ， 均匀张拉。 5）钢束伸长量的量测方法 ： （1）开始张拉前应将所有的钢绞线尾端切割成一个平面或采 用与钢绞线颜色反差较大的颜料标出一个平面 ， 在任何步骤下量 测引伸量均应量测该平面距锚垫板之间的距离 ， 而不可量测千斤 顶油缸的变位量

12、， 以免使滑丝现象被忽略。 （2）预应力张拉的操作 0 初应力（10%k） 2 倍初应力（20%k） 1.00k （持荷 2min）回油、锚 固。锚固时可采取两端同时补足预应力值 后锚固 ， 也可先在一端锚固后 ， 再在另一端补足预应力值后锚固。 （3）张拉过程中 ， 用钢尺准确量取 ， 并记录每一张拉值下对 应的伸长量。每次张拉完后要有完整的原始张拉记录 ， 且应在监 理在场的情况下进行。 6） 箱 梁 预 应 力 钢 束 管 道 应 在 预 应 力 钢 束 张 拉 后 24h 时 内 压 浆 ，水 泥 浆 配 合 比 为 ：水 泥 ：减 水 剂 ：膨 胀 剂 ：水 ： =0.94 ： 0.

13、013 ： 0.06 ： 0.329， 水灰比为 0.35， 减水剂采用 TD-J 型高效减水 剂。膨胀剂采用的是 TD-UEA 型膨胀剂。在实际施工中每桶水泥 浆配合比为 ： 水泥 ： 减水剂 ： 膨胀剂 ： =150 ： ： ： 水 2.1 9.4 55.9 。在实际调制中 ， 水泥浆宜控制在 1418s 之间。水泥浆自 调制到压入管道的间隔时间不得超过 3045min。 （上接第174页） 电对机械自动化的要求最高 ， 目前利用太阳能热发电的系统主要 包括 3 种类型 ： 塔式系统、碟式系统和槽式线聚焦系统。例如 ， 相关学者研发的一种完全自动控制式太阳能采暖装置 3， 该设备 的突出特

14、点是将太阳能热水器与散热器、泵相连接形成一个整体 ， 并同时将温度控制仪、时间控制仪与泵相连接 ， 使整个采暖装置 系统实现了高度智能化的自动控制 ， 与传统的采暖技术相比 ， 该 装置具有充分节约能源、降低能耗 ； 既可通过温度进行控制 ， 又 可利用时间进行控制的高智能化自动控制功能。该装置正常运行 时自身可进行最佳状态调整而不需要经常进行人工调整 ， 使用方 便， 节能环保。 应用技术 7）压浆工艺 孔道压浆顺序是先下后上 ， 要将集中在一处的孔一次压完 ， 若中间因故停歇时 ， 应立即将孔道内的水泥浆冲洗干净 ， 以便重 新压浆时 ， 孔道畅通无阻。对曲线孔道和竖向孔道应由最低点的 压浆孔压入 ， 由最高点的排气孔排气和泌水。压浆分两次进行 ， 每一孔道宜于两端先后各压浆一次。两次的间隔时间以达到先压 注的水泥浆充分泌水又没有初凝为度 ， 一般为 30min 45min。压 浆应使用活塞式压浆泵 ， 压浆的压力以保证压入孔内的