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盘点:光伏产业链各环节自动化发展概述

发表于:2020-07-09 08:37:33    

来源:索比光伏网

2020年一场疫情给世界和产业带来了全面而深远的影响,也让业内反思在变化来临之时,产业是否能够经受住考验?据统计,这场疫情对于光伏的制造、建设、运维都带来了不同程度的影响。我们常常提到的“无人值守”概念,首次真正遇到了“无人可以值守”的考验。

随着自动化与智能化技术的发展,如何将这些环节从人力的制约中解放出来,使其不受外界干扰,始终平稳运行?

智能制造是未来发展方向,在自动化、信息化、数字化基础上逐步实现智能制造。智能制造的基础是自动化、数字化、信息化,把自动化作为实现智能化的抓手。在充分自动化前提下,运用物联网/互联网等技术,让工厂内所有资源相互连接,通过云计算/大数据实现动态调配,高质、高效地满足不同客户大规模定制生产的需求。

同时随着光伏组件越来越大,电站应用条件更加复杂,人工成本逐年增加,光伏全产业的自动化提升对这些环节也有非常积极的意义。

笔者特综合整个光伏产业链的各个环节,盘点光伏自动化与智能化的发展。

智能制造

离无人工厂只剩一步

经过十余年的发展。光伏组件全产业链的自动化生产已经发展的较为成熟。

光伏制造的精密性和自动化程度在整个工业领域排名都比较靠前。去年在科创板上市的AI技术公司,从事高精度机器视觉的天准科技由于其设备的特殊性覆盖多个产业,其董事长徐一华指出,目前光伏与手机、汽车、半导体等产业并列,是为数不多将机器视觉用于生产线而非只停留在实验室的行业。

爱旭、通威两大电池巨头建立了自动化程度非常高的电池生产线,在保证高品质的同时,也提升良率,降低成本,助力两家树立了业内的领先地位。

组件厂家中最早提出“黑灯工厂”概念的是协鑫集成,2017年在张家港建成了业内第一个全自动生产线,只需要两名工程师在厂区外监控设备运行情况。但组件环节需要经常调整产品,同时进行技术改造,所以企业常选择“自动化+人工”的模式。

 

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而随着光伏电池效率越来越高,产业向着半导体化迈进,自动化程度随之提升。以中环股份内蒙生产210大硅片的工厂就采用了相关工艺。

在逆变器制造环节中,还需要人工装配,目前无法做到完全的自动化安装,但自动化程度尤其是各家组串式逆变器的自动化程度相对更高,其中华为在智能制造方面,堪称业内表率。

智能社会万物感知、万物智能和万物互联,机器人也可以像真人一样沟通。自动化解放了人手,智能化会解放人脑,工业4.0和数字化/智能制造可能会深刻改变未来的商业模式、供应模式、制造模式和生产方式。自动化/数字化/智能工厂内,关键资源都相互连接,可以动态灵活调配,通过“人与物”的相互协同、“物与物”的相互通讯,达到“人与物”的最佳配置和最优配合。

华为的生产工艺过程是多级物联的,高度自动化、部分智能化。生产工艺流要实现精益一个流/有综合成本竞争力的高度自动化生产,关键资源尽可能100%互联,生产设备智能诊断和预防性维护,资源动态调配。结合德国“高质量/高性能/高度自动化”和日本“小型/低成本/一个流自动化”之长,把这些都融入到华为的大生产体系架构中,以有综合竞争力的成本实现高质量、高度自动化和部分智能化生产。

在华为的生产车间,原材料都是自动分拣、自动配送,然后自动检测、自动组装、自动测试和自动包装,一个流自动化不间断生产。人的工作就是设计机器、管理机器、维护机器,键盘敲一下就可以集中调用机器人、控制机械手工作。这样,生产线/生产系统的研发、维护和生命周期管理将成为越来越重要的工作,要不断将人的经验变成数字化的管理平台和工业控制软件,不断迭代优化和刷新,机器人出问题了、系统出问题了,马上能够恢复,零部件的寿命到来之前也能够智能预防性维护。

智能逆变器使用高度的自动化测试和生产,依托华为强大的制造平台,快速满足客户的发货需求,产能柔性扩充,单板制造环节,每条SMT生产线可在5分钟之内完成产品生产切换。华为制造严格的质量管控,贯穿整个逆变器的生产全流程。在西门子顾问的指导下建立的6希格玛质量管理体系,不良率小于百万分之四。在华为的自动测试平台上,每一台逆变器都经过严格的检验,确保每台逆变器都是精品。

华为松山湖自动物流中心于2012年10月建成并投入使用,是一个集原材料的接收、存储、拣选、齐套、配送功能于一体的现代化物流中心,已实现无人化,全自动化。

从目前光伏产业自动化发展以及未来进一步提升的方向来看,光伏制造的自动化技术目前处于一个很好的平衡点:可以实现完全的自动化生产,但出于成本和技术变革的考虑,并不急于求成。

自动化安装

组件尺寸增大推动多项技术发展

2019年8月初,隆基在业内率先推出166mm硅片,拉开了硅片尺寸进一步升级的序幕。8月16日中环股份宣布210mm硅片研发成功,东方日升与天合光能等组件巨头纷纷响应。而在2020年5月上旬,晶澳、晶科、隆基三家企业宣布推出“18x”组件,72片功率最高达535W,78片组件功率高达580W。可以说,大尺寸组件已是大势所趋。

大组件可以节约土地,减少人工,但过大的组件尺寸也会对下游安装带来影响,尤其是双面发电组件日渐成为主流,进一步加大组件重量。

 

目前大尺寸组件解决重量问题主要从三个方面:

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目前快递行业已经开始用机械骨骼,可以很轻松的搬起超过50kg的物体上楼。早在三年前,京东就已经开始尝试在一线物流车间配置外骨骼系统。以大同三峡领跑者项目为例,由于地处山坡,条件恶劣,须先用汽车把组件运输到山顶后, 再由工人背到场地。未来外骨骼技术可以很好的适应这种复杂地形项目的需求。

 


 

另外一种是适合于平地作业的自动化安装机器,目前FirstSolar已经测试了的自动化安装设备,替代人力搬运安装光伏自建,技术与汽车装备线类似,可以在光伏安装现场沿支架移动完成安装,并可以装上汽车转移施工场地。

 


 

智能运维

无人值守是必然趋势

智能运维可以分为智能管理系统与自动化工具。

其中自动化系统,在华为、丹佛斯等企业率先在业内使用组串式逆变器后,光伏电站有了智能化基础。为什么是组串逆变器,才能实现智能化?因为组串逆变器,才能实现数字化的精细化管理,精细到每个组串。数字化程度越高,智能化就更容易实现。

目前智能管理系统由“智能化设备+智能云平台+决策与运维系统”组成。以华为智能光伏为例,以智能组串逆变器、无线专网通信、FusionSolar智能云平台为基础,搭载IV曲线检测、智能并网算法等技术,能够实现对于光伏电站状态的全面掌握,最大程度节约人手,提高运维效率50%以上。同时IV曲线等智能检测工具结合大数据分析,对于光伏电站零部件质量提升也有指导意义,在未来,多种智能手段并举将让光伏场站可做到“长期近零值守,中短期无人值守”的程度。疫情是一面镜子,照出了数字世界的优势和强势发展潜力。受益于人工智能及物联网技术,智能世界将给人类带来更便捷的体验。通过集成海量的专家经验和不断的自学习,AI将很大程度上代替运维专家进行诊断决策;无人机巡检,机器人自动操作维护,将处理高危险、高重复性和高精度的海量运维工作,不用休息,也不会犯错,极大提高电站生产力和安全性,光伏电站将全面实现无人化。

自动化工具主要是自动化清洗和自动化巡检。早期清洗脱离不了人工,即使后面采用的清洗车或者分体式清洗机器人,也仍然需要人工辅助,目前业内越来越倾向于使用清扫机器人来进行更高效和智能化的清扫。尤其是在屋顶这样难以攀爬的项目,以及灰尘较大的项目,效益提升尤为明显。

而无人机自动巡检都在红外热成像设备检测光伏电站热斑等故障已经得到了业内的普遍认可,下一阶段则可以考虑如何用“光伏+无线充电”装置,实现无人机的自主充电。

 

智能化运维的终极目标,就是将运维人员从繁琐的工作中解放出来,提高整体运维效率,降低运维成本,实现业务系统的高可用性。未来运维领域需要突破的防线,“无人化”让梦想照进现实。现在运维这个领域中最大的挑战仍然是,能不能真正的走向无人化,整个过程中是完全没有人的。从目前来看,要做到无人化最重要的是质量问题,质量做得不够好是没有办法无人化的。因此,不管逆变器还是组件,实现无人化,质量是第一,要有免维护、高可靠特性。

责任编辑:大禹

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