晶澳太陽能有限公司 ■ 趙愛爽 李朝 康永川 郝立輝 王沛康

0 引言

光伏組件生產(chǎn)過程中，太陽電池片的機(jī)械強(qiáng)度決定了組件的可靠性，而在電池片的生產(chǎn)過程，中原料片的厚度，電池片的燒結(jié)、鍍膜及印刷等工藝都影響著電池片的機(jī)械性能。隨著高效電池片和多柵線電池片的發(fā)展，市面上專業(yè)的電池片彎曲應(yīng)力測試設(shè)備相對較少，然則電池片的應(yīng)力測試過程會成為電池片生產(chǎn)過程中的一個重要檢測指標(biāo)，同時也可為后續(xù)組件的機(jī)械載荷測試提供有利的數(shù)據(jù)支持。

本文設(shè)計了一款四點彎曲檢測電池片應(yīng)力的機(jī)臺，能夠?qū)崿F(xiàn)待檢測電池片的彎矩均勻分布，試驗結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是壓夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，工業(yè)生產(chǎn)中較少使用。 臺在設(shè)計上采用新型的鋁制鏤空拱狀球形結(jié)構(gòu)，球的任何一個地方受力，力都可向四周均勻的分散開來，較小的線性接觸面，可保證精測精度。

測試過程是將電池片放在有一定距離的兩個受力點(也就是四點彎曲夾具的下半部分)上，在受力點的上方有兩個點(四點彎曲夾具上半部分)向電池片施加壓力，可通過夾具上方的精密壓力傳感器有效采集電池片在下移過程中的變量值[1]。通過可編輯程控制器(PLC)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，組態(tài)單元主要是將采集到的數(shù)據(jù)顯示在操作界面上，界面可進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，并且有壓力曲線界面、歷史曲線界面和實時的壓力參數(shù)界面等；從電池片檢測后的數(shù)據(jù)來進(jìn)行界定和分析，所采集的數(shù)據(jù)可通過USB端口以報表的形式將數(shù)據(jù)拷貝出，便于數(shù)據(jù)分析。

1 太陽電池應(yīng)力測試系統(tǒng)

所設(shè)計的太陽電池應(yīng)力檢測系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、壓力感應(yīng)系統(tǒng)、壓力變送系統(tǒng)、運(yùn)算控制系統(tǒng)和界面操作系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1 太陽電池應(yīng)力檢測系統(tǒng)框圖

供電系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供電源，包括保護(hù)裝置、變壓模塊等?？刂坪诵脑饕菈毫Ω袘?yīng)系統(tǒng)，用來檢測電池片在受壓時的數(shù)據(jù)。壓力變送系統(tǒng)是將壓力感應(yīng)系統(tǒng)的壓力信號變成電信號，然后傳送到運(yùn)算控制系統(tǒng)。運(yùn)算控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要部分，它將壓力變送系統(tǒng)發(fā)來的電信號通過運(yùn)算控制系統(tǒng)的A/D模塊進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，再通過界面操作系統(tǒng)進(jìn)行顯示，并且可對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制。界面操作系統(tǒng)主要包括觸摸屏的組態(tài)軟件，通過和PLC（可編程控制器）進(jìn)行通訊，相互采集數(shù)據(jù)，同時也可通過面板按鍵對控制單元進(jìn)行控制，操作人員通過操作界面上的按鍵控制設(shè)備的運(yùn)行，并在界面顯示相關(guān)報表數(shù)據(jù)等[2]。

2 壓力感應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

壓力感應(yīng)系統(tǒng)是整體設(shè)備主要檢測元件，主要是感應(yīng)工作時的壓力數(shù)據(jù)。檢測系統(tǒng)包括上壓板和上壓條、下壓板和下壓條，以及壓力傳感器等。壓力感應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 壓力感應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

上壓板部分是通過伺服電機(jī)帶動上壓板和上壓條向下位移，下壓板部分包括下連接板、壓力傳感器、下壓板和下壓條；上壓條和下壓條之間的間距可根據(jù)待檢電池片的薄厚進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓力傳感器是電池片受到感應(yīng)壓力，傳送數(shù)據(jù)的感應(yīng)元件。

3 運(yùn)算控制系統(tǒng)

運(yùn)算控制系統(tǒng)主要由松下的伺服電機(jī)、三菱的PLC單元、鏤空拱狀承載裝置和壓力傳送裝置等組成。如果運(yùn)算控制系統(tǒng)檢測精度不夠就會造成檢測誤差[3,4]。電池片檢測步驟如圖3所示，其中，圖3a是將待測電池片放置到下壓條上；圖3b是電池片在受到一定壓力時的形變過程；圖3c是電池片受壓達(dá)到極限時就會爆裂，在爆裂后檢測步驟完成。

圖3 電池片檢測時的形變過程圖

4 控制系統(tǒng)介紹

控制系統(tǒng)是由兩種運(yùn)行模式組成：手動模式和自動模式。手動模式是通過手動控制伺服系統(tǒng)步進(jìn)式進(jìn)行位移，可觀察不同彎曲時的位移值和壓力值；自動模式是采用一鍵式操作，檢測時直至電池片爆裂后數(shù)據(jù)采集完畢，伺服控制系統(tǒng)自動回原點。電池片應(yīng)力檢測過程如圖4所示。

圖4 電池片應(yīng)力檢測過程

5 操作系統(tǒng)介紹

在本設(shè)計中，使用觸摸屏一體機(jī)來實現(xiàn)操作和顯示，觸摸屏界面主要顯示工作時的壓力數(shù)據(jù)和曲線，顯示太陽電池片的壓力值和位移值等；操作按鍵實現(xiàn)檢測系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)的操作；獨立的顯示界面將操作界面和曲線界面、報表界面單獨顯示。

圖5 組態(tài)界面操作及變量顯示過程圖

在檢測過程中不可或缺的就是觸摸屏操作界面，界面上有硬件控制、壓力和位移的實時數(shù)據(jù)信息采集，以及歷史數(shù)據(jù)的保存等功能。在測試過程中，壓力傳感器會不斷的采集數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以報表的形式導(dǎo)出，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以分析不同壓力電池片的應(yīng)力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出[5,6]。實時曲線顯示功能可顯示在數(shù)據(jù)采集時的數(shù)據(jù)曲線，整體設(shè)備占用空間小，單人可實現(xiàn)機(jī)臺操作，主要元件的檢測精度小于0.001，設(shè)備故障率低；數(shù)據(jù)采集主要以Excel報表格式輸出，方便操作人員采集數(shù)據(jù)，分析性能。組態(tài)界面操作及變量顯示過程如圖5所示[1,2]。

6 結(jié)論

本文是根據(jù)電池片的檢測需求而設(shè)計的一款可檢測電池應(yīng)力的設(shè)備，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計采用新型的鋁制鏤空拱狀球形結(jié)構(gòu)，并采用高精度的壓力感應(yīng)系統(tǒng)、精確的檢測單元和傳送系統(tǒng)，以及觸摸屏顯示單元；可檢測任何柵線的電池片和較厚的原料電池片，實現(xiàn)整個系統(tǒng)綜合設(shè)計功能。此設(shè)備主要檢測電池片在受機(jī)械載荷時的形變及在形變過程中所受應(yīng)力的大小，設(shè)計的壓條間距可根據(jù)檢測電池片的薄厚進(jìn)行調(diào)節(jié)且對電池的大小和柵線不做限制；通過PLC作為數(shù)字運(yùn)算的關(guān)鍵部分，伺服電機(jī)作為傳送的控制單元，使太陽電池片的檢測數(shù)據(jù)更加精確。本文所設(shè)計的電池片應(yīng)力測試機(jī)臺可以滿足電池片應(yīng)力檢測需求，為晶硅光伏組件的機(jī)械載荷測試提供有力保障。

[1]李中蘭,楊德仁,朱鑫,等.薄片單晶硅太陽電池片機(jī)械強(qiáng)度的研究[A].第十屆中國太陽能光伏會議論文集：迎接光伏發(fā)電新時代[C],上海,2008.

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2004．

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