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太阳能电池片全自动串焊机 为高效可靠的焊接提供保障

来源:shine光能杂志发布时间:2011-01-12 15:58:57作者:孙志成

近年来,国内外对清洁能源需求的增加,光伏组件的需求也在快速的增长,为保证产能及组件的可靠性,更多组件生产厂商开始关注太阳能电池片的全自动串焊机(以下简称串焊机)。在过去的时间里,串焊机完全依赖进口,价格很高,一台产能600/小时的串焊机,约需300万人民币;高产能的设备价格更高。在国内由于人力成本相对低廉,大多数组件厂商更愿意采用人工焊接。自2010年开始,国内出现了国产的串焊机,价格仅为进口设备的三分之一或更低,优越的性价比,使组件生产厂商大范围的使用串焊机成为可能。

为什么一定要使用全自动串焊机焊接光伏组件呢?

大多数人的答案是:机器焊接速度快,减少人员使用,降低管理难度,完成组件美观。但更重要的是:串焊机的焊接可靠性要远大于人工焊接。焊接不良是导致组件提前失效的重要原因。太阳能光伏组件的设计寿命为25年,而组件通常都安装在户外,每天要承受30左右的温度变化,加上季节更替温度的变化更大。由于焊带基材为纯铜,铜的膨胀系数约为硅(电池片)的6倍,这种差异就意味着:只要有温度的变化,焊带与电池片焊接处就会受力。因此不良的焊接会导致组件功率降低,严重时导致失效。

人工焊接导致不良焊接的原因很多。比如:焊台的温度、助焊剂的涂布、电烙铁的温度、人员的熟练程度等等。有些方面是可以通过有效的管理来解决的,而有些情况是无法完全控制的,对于人工焊接过程中影响焊接可靠性的因素,全自动串焊机均能得到良好解决。

下面就宁夏小牛太阳能有限公司自主研发的并已投放市场的CH2316A型串焊机焊接过程与人工焊接做个对比。

CH2316A全自动串焊机示意图

 

整个串焊过程包括:①取料;②电池片外观及栅线检测;③喷涂助焊剂;④第一次预升温;⑤第二次预升温;⑥第三次预升温及焊带铺设;⑦高频电磁感应焊接;⑧缓降温;⑨电池串翻面收集机构

具体说明:

一、取料:为保证轻柔可靠地将电池盒内的电池片取出,采用压缩空气分层,配合柔软的硅橡胶吸盘,在精准的机械手动作下,可靠而无损伤地将电池片送入工作区;

二、检测:在检测环节中,可将上道工序未检出外观缺陷及主栅线印刷异常的电池片移出;

三、喷涂助焊剂:采用无接触的助焊剂喷涂方式,可使助焊剂准确喷涂到需要的位置,为可靠焊接提供保障;

四、预升温:大家知道,所有人工焊接中都要使用加热台。提高焊接台的温度,可减少焊接中电池片的破损,但焊接台温度过高时,焊接人员无法操作。而串焊机对电池片的预热温度共分三次预升温,并且温度是可控的,在正式焊接前已有超过100的温度,更加接近焊接温度,最大程度地减少因温度快速上升对电池片的损伤;

五、焊带铺设:焊带铺设前由机械臂校直后裁切,长度精确,焊接后外形美观,焊带与电池片铺设好后,进入第六步骤焊接过程;

六、无接触电磁感应焊接:

在组件生产过程中焊接工序是最重要的环接,人工焊接过程中电烙铁的移动速度是无法控制的,因人而异,移动速度过快或速度不匀会导致焊接不牢及焊接面减少,为提高工作效率,熟练工一般每条焊带的焊接时间约为2-3秒。如焊接156毫米电池片按每条焊带用时3秒计算,每毫米长度烙铁移动的时间仅为0.019秒,烙铁头接触焊带的宽度约为5毫米5*0.019秒为0.095秒,也就是说焊锡保持融化的时间每点仅为0.1秒,由于融化保持时间太短,因此焊接的可靠性难以保证。

人工焊接另一个弊端是单焊串焊分别完成,电池片会受热变形两次,在单片焊接时,因为只有正面的焊带,焊接后电池片两面的应力不同导致电池片弯曲变形,串联焊接电池片同样会受到弯曲变形,极大的增加了电池片的隐裂机会。

而焊接机的焊接方式可以说是个全新的方式,改变了以往手工焊接的一切弊端,把单、串焊合并在一起,焊接温度可监控,从而对电池片的焊接质量给予了更可靠的保障。

CH2316A串焊机是利用高频交变磁场在金属内产生涡电流发热而进行焊接的;在磁场区域内,焊带、电池片正、反面主栅线均会发热,可对正反两面的焊带同时焊接。由于是焊带及电池片的电极发热,所以高频感应焊接在所有焊接方式中,有最小的热“惯性”,即当加热关闭后,电池片的升温立即停止,从而为焊接过程中的温度控制提供保证。由于电磁感应加热的特点,再配合响应速度高达25毫秒的红外线温度传感器,使整个焊接过程中的温度控制在相对精度为±3以内。控制升温的斜率,可减少对电池片的损伤。即使电池片的厚度不同,也保持同样的升温斜率,防止较薄的电池片因升温过快而导致损坏。由于每条栅线采用独立测温及控制,可使每条栅线的升温斜率及保温时间均保持一致。通常,加热到焊接温度后有0.3-0.5秒的保温时间(可根据需要修改),焊锡的融化保持时间超过人工焊接(0.1秒)的3倍之多,每片电池片焊接的均匀性、一致性都优于人工焊接,破损率≤2‰;

七、缓降温区:电池串焊好后,为了消除焊带与电池片急速冷却产生的内应力,串焊机还设置了缓降温区,降温是逐渐下降过程,从而更附合焊接工艺的要求;

八、电池串翻面收集机构:由于焊接过程中为了保护电池面的正面,所以焊接好后电池片的正面是向上的,由于电池片易碎,为了后序的铺设工序,特设立了翻面机构,避免人工翻面时造成不必要的损失,为减少环境温度对电池串的影响,此机构中摆放电池串的工作台均为加热工作台。

综上所述,串焊机采用柔性的搬运,无接触的电磁感应焊接,闭环的温度控制,致使电池片的焊接更可靠,更高效,使得组件在25年寿命期内失效的机率大幅度降低,同时为组件生产厂家创造良好的声誉提供有力的保障。

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