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运动控制

运动控制与太阳能发电有何关系?

2018年12月07日

 利用太阳能电池发电的普及程度在过去十年间大幅提高。

在电网智能化、发电方式多元化以及能源消费个体参与程度最大化等方面,太阳能技术的应用都将发挥至关重要的作用。大规模太阳能发电将变得越来越普遍,如今每千瓦电价已经与传统能源(如核能和天然气)不相上下。

光伏装备制造

由于光伏制造行业具有明显的规模经济效应,全自动化连续生产非常普遍。标准单晶光伏电池以掺磷硅 (Si) 为基体(吸收体),表面具有掺氮薄层和防反射涂层。n型和p型半导体之间的势垒称为p-n结,允许在对侧聚积电子和正穴(正电荷),而不会重新复合。

当光线照射到光伏电池上时,电荷因吸收光子能量而逃逸并流向电池电极,产生开路电压。多块电池集成在一个太阳能模块中,随后一个模块又与其他模块联接,由此产生大量电能。

太阳能电池模块的组成部分

太阳能电池板基本制造流程概括如下:

● 硅片制备

● 表面织构(降低反射率)

● p-n结形成(湿化学工艺)

● 氧化物蚀刻(去除不需要的表层)

● 防反射涂层

● 金属接触晒印(丝网印刷)

● 金属接触热处理(烧结)

● 边缘隔离(激光烧蚀)

● 测试与分类

每一制造环节以及期间的所有处理步骤均需用到运动控制技术,最具挑战性的工艺环节则是精确沉积金属接触层。银和铝浆利用丝网印刷工艺喷涂在每个硅晶片的正面和背面。光伏电池的向阳面印有一系列宽度约为100微米的精细接触指,间距为2mm,并覆盖有两或三条垂直母线。电池背阳面在金属化区域具有一组对应的母线。正反面母线的主要功能是收集电流,并与导电电极进行机械接触。

晶片丝网印刷系统

运动控制技术要求

当前,单晶光伏电池的能量转换效率接近20%,硅单结电池的最大理论极限效率约为29%。转换效率的提高可降低每千瓦时的发电成本,并减少太阳能发电装置的物理尺寸,因此制造商一直不断致力于改进制造工艺以提高效率。

典型的硅太阳能电池生产流程需要完成多次丝网印刷操作。为提高转换效率,必须在不降低导电性的前提下尽可能精细印刷电池正面的接触线,这需以极高精度和重复性完成多层叠加印刷。

通过使接触线变得更细更厚,可使更多电池面积参与太阳能转换。例如,将接触指的线宽从120 µm缩减至70 µm,同时将厚度提升一倍,转换效率可潜在增加0.5%。另一项提高电池性能的技术是使用选择性发射极— 即对太阳能电池的硅晶片进行差异化掺杂处理。通过在金属触指正下方的区域进行重掺杂,而仅在其他区域进行轻掺杂,提高光线的短波响应,从而提高电池转换效率。

减少金属接触指线宽可提高太阳能电池转换效率

(1 - 金属接触指,2 - 掺杂边缘,3 -基体)

每个金属接触指下方较大的掺氮区域

(1 - 选择性发射极掺氮区域)

目前有多种技术可用于制造选择性发射极,大部分都涉及各印刷层的高精度对准和沉积。由于后续印刷层必须精确置于前一层之上,丝网对准精度是确保多层印刷触指质量优良最为重要的指标。配有高分辨率摄像头的先进对准系统如今已能够实现达±10µm的对准精度。高精度位置编码器,如雷尼绍RESOLUTE™绝对式光栅系统,是提高印刷丝网重叠精度和控制性能的关键。RESOLUTE光栅的工作速度高达100m/s,分辨率可达1 nm,周期误差低至±40 nm。

太阳能在未来数十年内很可能成为人类最主要的电力来源。

运动控制技术可应用到光伏电池制造流程的所有阶段,对于高精度丝网印刷工艺而言尤为重要。雷尼绍在运动控制领域的专业技术以及种类丰富的光栅产品系列可为OEM厂商与最终用户提供最前沿的测量解决方案,满足运动控制需求。

标签:雷尼绍 我要反馈
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