太阳能领域中的机械自动化

杨浩 等

摘要： 文章从能源危机与太阳能开发利用的发展所遇到的问题，对机械自动化在我国太阳能领域应用的实际状况进行了简述；并重点探讨其在太阳能光伏产业领域、光热产业领域的发展与应用。

Abstract： From the problems encountered by the energy crisis and the development and utilization of solar energy， the actual situation of application of machinery automation in the field of solar energy in China was briefly sketched； focuses on its application and development of in the field of solar photovoltaic industry， the the field of solar thermal industry.

关键词： 太阳能光伏；太阳能光热；机械自动化

Key words： solar photovoltaics；solar thermal；machinery automation

中图分类号：TK51 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）03-0025-02

0 引言

近年来，开发与利用新能源成为世界各国关注的焦点。在这些可再生能源中，太阳能是取之不尽用之不竭的。由于太阳能没有污染、具有极强的可再生性、资源丰富性等优点，因此，一直受到各国的青睐，各科研机构和企业、单位、院校都积极开展对太阳能开发利用的投资，加强太阳能光伏产业的研发。

1 机械自动化在我国太阳能领域中的应用现状

首先，对于机械自动化在太阳能领域中的运用尚未有明确的理论研究和实际操作，没有一套完整的系统理念，导致在实践生产中造成不可避免的反复和迷茫。其次，由于我国没有掌握较强的核心技术，以至于和其他发达国家相比存在着较大的差距，直接影响对尾气的闭气循环利用，从而也无法高效、快速、充分的利用太阳能资源。再者，随着发展的迅猛，太阳能开发的设备规模不断扩大，系统越发复杂，各个系统与设备之间的配合也更加精密，对我国的太阳能应用中的机械自动化、智能化、高效化、先进化提出了更高的要求。另外，由于目前我国的机械自动化的技术欠缺，导致绝大部分的生产设备需从国外引进，这样形成了高成本、效率低、可靠性差，这样导致我国光伏产业被打上“代工车间”的称号。

2 太阳能光伏产业中机械自动化的发展应用

虽然近年来我国的光伏产业处于稳步上升的趋势，但与发达国家相比还存在着很大的差距。

2.1 机械自动化在多硅晶提纯技术的比较 目前，我国投资的多硅晶提纯技术，绝大多是采用改良西门子技术同时采取德国设备之间的较大磨合，但国内尚未出现新的工艺技术的突破。而欧美国家已采用了新型的提纯技术，几乎满足了太阳能光伏电池产业所需的所有多硅晶，使得极大降低多硅晶生产电耗，实现连续性大规模化生产，提高生产效率，降低生产成本。但由于国际七大产商垄断了先进的技术，使我国的多硅晶提纯技术不能更好的完善，导致机械自动化程度与世界相差胜远。设备的自动化没有达到理想程度，生产效率低，尾气循环利用技术差，使得在开发生产中的成本提高。所以，在这种状况下，我国还要不断创新，加强自主研发，不断提高多硅晶提纯的核心技术，更好提高机械自动化提纯设备，这是目前我国多硅晶提纯产商需要解决的难题之一。

2.2 PECVD设备的自动化程度存在的问题 在开发资源利用中，用于沉积Si3N4层的PECVD设备，主要是因为基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，针孔较少，不易龟裂，在工艺成熟方面都基本与国际接轨，所以在同样的产能下，设备的价格又低于国外设备，从而得到国内很多产商的青睐。但由于设备的自动化程度没有国外先进的技术，导致设备的投资巨大，成本高，对气体的纯度较高，涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害，其中设备的自动装卸片方面尤为突出。

2.3 进一步改善硅切片设备 硅片切片技术在太阳能机械设备中具有很高的要求，优质的硅片在切片之后要求表面平滑光整，没有大量的划痕，并且切片的尺寸误差确保在0.5mm之内，切片上任意两弧的弦长差值也要控制在1mm以内。随着切片技术不断进步，为了减少硅片消耗的硅材料，需要在保证质量的同时减少硅片的厚度，目前世界最薄的硅片已经达到了180mm，相比我国的切片只能达到200mm。由此可见，我国的硅切片设备的高度自动化和精细化还有很高的发展程度。

2.4 全自动丝网印刷技术与国际存有很大差距 目前，我国的全自动太阳能硅片丝网印刷技术并不完善，大多企业依然使用手动或半自动丝网印刷技术，与国外先进的全自动网丝印刷技术相比，在印刷过程中少了精准、速度和自动化程度，使得我国要以高昂的价格从国外购买全自动丝网印刷设备，这样不仅增加了我国太阳能光伏产业的投资成本，也阻碍了行业的发展。

2.5 太阳能发电系统的组成 一般太阳能光伏发电系统是由光伏电池组件、逆变器、控制器和蓄电池组等部件构成，该系统的运行主要是机械组件自动化运转和信息的智能化传输。目前，我国已有科研人员发明了以PLC为核心系统的模糊控制器，用来提高太阳能干燥系统自动化的操作和控制；也有学者研发了太阳能自动跟踪设备，主要包涵装有液体的平衡箱、太阳能转换器、支撑结构系统、弹簧构件和自动跟踪器，实现了太阳能开发过程中跟踪系统的自动智能化，并且制造结构简单，造价低廉，适合各种规模的太阳能开发和利用。

2.6 太阳能光伏发电系统的成本 目前，国内的逆变器、控制器和蓄电池组件等部件的技术水平有限，在相应的工艺设备监管仪器、质量检测仪器设备、运行监控设备等还未达到大规模自动智能化的流水线生产方式，以致产家还是小规模高成本的运作，需要从国外引进更先进的生产设备和加工技术，这样又要花费大量的资金。

总体来说，我国太阳能光伏产业虽处在发展阶段，但该产业的发展前途十分广阔。与传统能源的成本相比，首先要解决怎样提高太阳能资源开采过程中的机械自动化和智能化，从而减少资源的开发利用产生的高额成本，完全提升机械自动化的水平，以高端技术来实现降低耗能，节约人力资源和成本设备，使我国的太阳能产业不断完善。

3 太阳能光热产业中的机械自动化

目前，在太阳能光热领域中机械自动化运用广泛的包括：太阳能发电机、太阳能热水器和太阳能建筑，其中太阳能热水器主要投入在商业运营、对机械自动化的要求不是很高；太阳能建筑是现在太阳能开发的一个新领域，成为国际关注的焦点；而太阳能发电则对自动化要求最高，主要针对能源开发的发展。

太阳能建筑主要是在建筑中利用太阳能供暖制冷，通过建筑构件本身与附加的独立集成器结合收集太阳能的辐射热能，这就要运用机械自动化控制来保持系统运行的效率，以节省大量电力、煤炭、天燃气等能源，即便在能源短缺的地区也能大面积使用，但由于自动化设备的技术缺陷，我国太阳能建筑的使用寿命还是个问题。太阳能发电机和太阳能热水器要用到太阳能热发电系统，现在的热发电统称为聚光式太阳能发电，与传统发电站不一样的是，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前太阳能热发电按照采集方式可分为太阳能槽式发电、塔式热发电、碟式热发电。

目前，我国已有学者自主研发了自动控制式太阳能采暖装置，主要特点是将太阳能热水器和散热器、泵相连，并将时间控制仪、温度控制仪与泵相连，实现热水器采暖装置的高度智能控制。与一般先比，既可调节温度控制时间，又能在系统正常工作自动调整，结合节能环保与使用方便一体化。

4 结语

我们在面临能源危机和环境快速发展的社会，需要开发利用太阳能。而要实现太阳能低投入高生产运行，前提要提高机械自动化的自动化程度，设备要具有数据自动集成系统、原料远程控制和追踪系统，充分利用太阳能为人类服务。

参考文献：

[1]解元.自动跟踪太阳的太阳能设备.中国CN1114738 1996.

[2]李强.机械自动化在太阳能领域中的应用[J].江汉大学《科技资讯》，2009.

[3]http：//baike.baidu.com/view/25178.htm.