全自动串焊机焊带整形机构的改进

张少川

（太原风华信息装备股份有限公司，山西太原030024）



全自动串焊机焊带整形机构的改进

张少川

（太原风华信息装备股份有限公司，山西太原030024）

摘要：全自动串焊机是太阳能电池片组件生产过程中的重要设备，主要完成太阳能电池片的正反面串焊。通过对传统串焊机在焊带整形方面不足的分析，在新一代串焊机上对焊带整形机构进行改进设计，提高了设备的效率和稳定性，并为后道生产过程中降低了碎片率。

关键词：串焊机；焊带；整形；改进

太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，光伏产业正日益成为又一爆炸式发展的行业。太阳能电池片组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。太阳能电池片组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

太阳能电池片组件有多道生产工序（见图1），全自动串焊机是生产过程中重要的自动化设备。针对传统串焊机所存在的问题，我们新研制开发了新一代SCH-2400全自动串焊机，不仅解决了传统串焊机存在的问题，更进一步提高了整条生产线的效率和稳定性。

1　全自动串焊机工作流程

全自动串焊机采用设定长度的焊带将设定数量的电池片依次正反面焊接成串，并达到相应的测试要求（见图2）。

图1　太阳能电池组件的主要生产工艺流程

图2　太阳能电池串

焊带由焊带卷辊供料，焊带拉取后会有弯曲，必须将焊带延展拉直（见图3），才能进行电池片的焊接，否则会因为焊带弯曲造成焊接的不合格或无法焊接，需要返工甚至报废，增加生产成本。

图3　焊带弯曲和拉直状态

1.1工作流程

串焊机工作流程（以三栅电池片为例）：拉带机构将延展拉直后的三条焊带拉至上料工位，取片机构将合格的电池片放置于焊带上，拉带机构再将另三条焊带拉至电池片上方，电池片移动一个工位，再放置一片电池片。以此类推，直至设定数量。电池串移动到焊接工位后由焊接机构进行焊接，将前后电池片的正反面通过焊带依次串焊在一起（见图4）。

2　传统串焊机存在的问题

2.1焊带导向及换型不便

（1）传统串焊机焊带整形机构的焊带入口导向部件与焊带出口导向部件彼此独立。在调整主栅露白时，会产生前后导向不同步的问题，给设备调试带来不便。

图4　电池片串焊示意图

（2）目前太阳能电池片组件生产所使用的电池片有3栅、4栅、5栅三种规格。相应的主栅间距及所用焊带宽度各不相同。厂家根据不同的生产要求选择电池片的主栅数量，需要串焊机焊带整形机构能够快速方便地做出调整。

传统串焊机所使用的导向块针对每种电池片及对应焊带的宽度独立设计，每台串焊机要配备一系列的导向块（见图5）。在电池片主栅数量更换时，需要进行拆卸替换，并增加或减少导向块的数量来达到生产要求，费时费力。

图5　各种规格的导向块

2.2焊带延展费时

传统串焊机在电池串生产过程中，焊带的延展拉直工作由拉带机构完成。其部件分布如图6所示。

图6　拉带机构延展示意图

工作流程：首先，拉带机构夹住焊带的前端，延展压块将焊带压紧，切断压块释放，拉带机构对焊带进行延展拉直；然后，延展压块释放，拉带机构将延展拉直的焊带拉至设定长度；最后，切断压块将焊带压紧，切刀机构将焊带切断，拉带机构再将切断后的焊带拉至指定工作位置。

在工作流程中，拉带机构要完成焊带延展、焊带运送工作，动作属于串行方式，所占时间较长。随着越来越快的生产节奏，串焊机生产效率的提升势在必行。

2.3焊带未折弯产生碎片

焊带未折弯时，电池串的示意图如图7所示。

图7　焊带未折弯电池串示意图

太阳能电池组件的主要构成如图8所示。将玻璃、EVA、电池串、EVA、背板TPT按顺序叠层好；经EL检测后，将合格的叠层组件放入层压机内。

图8　太阳能电池组件叠层示意图

在层压机中，通过抽真空在组件内产生真空腔，加热熔化后的EVA通过流动填充整个组件。在真空负压和EVA流动的双重作用下，相邻电池片之间的焊带必然会对电池片的边沿产生作用力F（如图9所示），对电池片边沿造成一定几率的破坏，进而产生碎片。

图9　焊带对电池片产生力的作用

随着电池片主栅线数量增加，所使用的焊带会不断变细、变厚，并随着电池片厚度的不断减薄，这些因素会进一步加大作用力F对电池片边沿的破坏几率，进而增加电池片的碎片率，造成浪费。

3　新一代串焊机焊带整形机构的改进

改进后的焊带整形机构如图10所示，主要由焊带导向部分、焊带延展部分和焊带折弯部分组成。

图10　焊带整形机构的改进

3.1焊带导向部分

（1）在改进设计中，将焊带入口导向和出口导向做成整体，达到前后同步调节，并由微分头进行精确控制（见图11），保证焊带在拉带过程中不偏移，消除电池片串焊时主栅露白问题。

（2）导向块采用集成式设计，将目前市场上三种规格电池片所需的导向块集成一体，在整形机构上设置5组导向集成块，由5个微分头分别进行调控（见图11）。当电池片主栅数量更换时，旋转微分头，将所需导向集成块调节至工作位置，其余导向集成块调节至非工作位，实现了换型调控的方便快捷（见图12）。

图11　焊带导向部件

图12　集成式导向块及换型调控

3.2焊带延展部分

将焊带延展拉直动作与拉带机构分离，在拉带机构进行焊带运送的同时，采用其他方式将焊带延展工作提前完成，实现动作的并行，提高整机生产速度。

针对焊带延展设计了两种方案。

方案一，采用气缸延展，结构简单，成本低。

方案二，采用电机延展，机构较复杂，成本高。

在生产过程中，不同厂家生产的焊带所需延展长度不同。更换焊带后，气缸延展结构需要调整气缸行程，过程繁琐，费时费力；电机延展结构只需输入延展参数即可，调整过程简便，可提高整条生产线的效率。

综合考虑，采用电机延展方式。改进后的延展拉直机构如图10所示。工作流程：延展定块和延展动块分别压紧焊带的后端和前端，延展电机带动延展动块移动设定的长度将焊带延展拉直，等待拉带机构的拉取。

3.3焊带折弯部分

焊带整形机构增加焊带折弯部分，对焊带进行“Z”字型折弯，如图13所示。

图13　焊带折弯过程示意图

焊带折弯后焊接的电池串如图14所示。焊带折弯后，焊带与电池片边沿平滑接触，减小了作用力F的大小，使得层压中产生的碎片率降低了0.1%。

图14　焊带折弯后串焊示意图

4　结束语

新一代全自动串焊机焊带整形机构的改进，不仅在设备的调试方面和产品换型方面提供了极大的方便，而且降低了后道生产中产生的碎片率，提高了串焊机及整条生产线的生产速度和稳定性。

参考文献：

［1］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］. 8版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］成大先.机械设计手册［M］. 5版.北京：化学工业出版社，2007.

［3］王海东.晶体硅太阳能电池焊接技术及其发展趋势［J］.电子工艺技术，2012，33（3）：136-138.

Improved Design of Automatic Solar Cell Welding Machine on Welding Belt Shaping Mechanism

ZHANG Shaochuan
（Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

Abstract:Automatic solar cell welding machine is a key equipment in the production process of solar cell module，mainly complete solar cell positive and negative on welding. This paper analyzes shortcomings of traditional solar cell welding machine in welding belt shaping. In a new generation on welding machine with welding belt shaping mechanism of improved design，so as to improve the equipment efficiency and stability and reduces the fragmentation rate of production.

Keywords:Solar welding machine；Welding belt；Shaping；Improvement

中图分类号：TG439.1

文献标识码：B

文章编号：1004-4507（2016）05-0025-04

收稿日期：2016-03-22

作者简介：

张少川（1986-），男，助理工程师，毕业于陕西科技大学。现从事电子专用设备与光伏设备的研制与开发。