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能够生产太阳能电池的机器人

http://cn.newmaker.com 12/28/2008 2:14:00 PM MM《现代制造》

图1 机器人正在做功率测试：借助测到的能量功率将太阳能模块分到相应的盒子中

由于世界范围内的原材料越来越短缺，同时对于促进环境友好的能源生产的呼声越来越强烈，导致太阳能电池工业的发展在迅猛增长。如果说这种电池迄今为止主要是手工或半自动化生产，那么随着机器人技术的不断进步，将来会越来越多地实现全自动化生产。

仅在德国这个由于高额资助费用而成为世界最大和增长最快的市场上，每年（以2007年计）能够生产总共1.5 GW的光电太阳能电池。迄今为止，各种太阳能电池生产设备的生产能力仅为15～20MW。如今已经设计出了生产能力为100～150MW的设备，而且部分已经建造成功，这些设备需要的投资达到3.5亿欧元。几年后将建成生产能力可达1.2 GW的设备，这种功率的跃升如果没有自动化是不可能实现的。

建立太阳能技术新领域

Augsburg市Kuka Systems公司意识到这种局面，自2006年6月开始涉足太阳能技术这个新型业务领域。根据在汽车工业中拥有的广泛自动化经验，目标从一开始就定为：通过全面的自动化做出更大的成就，以便能够大幅度地降低产品成本。如果说太阳能电池在2004年的生产成本在4欧元/W，那么现在已经能够降低到1.5欧元以下，而且2010年极有可能明显地降到1欧元/W以下（大约0.7欧元/W）。

Kuka Systems公司是这个领域里的成套供货商，可以根据客户的需求提供交钥匙服务，并且还可以自主运营。报价主要包括设计和工程、项目管理以及质量管理、设备制造，也包括机器人电池、装置和配备以及售后服务和维护。图1和图2分别显示的是机器人正在做功率测试以及机器人用相应的抓具将薄膜放在玻璃板上。

图2 机器人用相应的抓具将薄膜放在玻璃板上

Kuka Systems公司向模块制造生产厂商既提供单独的自动化方案，如基于机器人的太阳能电池块，其中涉及如玻璃的操作、薄膜的铺叠、质量检测、横向钎焊或者外框架等，也提供成套的自动化设备。在硅片模块技术方面，包括切块、制片到模块；在薄层技术方面，包括从加压到涂抹、模块。

汽车制造方面知名且复杂的机器人加工岛，部分也称作机器人园区，也适用于太阳能电池工业。太阳能电池机器人生产线甚至可以在10s内制造出包括电气连接的大型太阳能电池模块。即使在极高的速度下，这样一套设备也可以在1h内绝对可靠而精确地搬动10t玻璃。如果考虑到每块玻璃板很薄，而且也相当敏感，那么这就是一项巨大的工作。

优化制造过程

工程师们不仅打算提供更多的自动化，还千方百计地对制造过程本身进行优化。在一项新型的外框架方案中，铝外框需要采用机器人安装在太阳能电池模块上，这项技术两度得以落实。另一项挑战是机器人贴胶带，机器人能够自动而准确地把胶带粘贴在电池模块上。

首先是由于在汽车制造方面具有全面的经验，由于公司在焊接、粘贴、密封、组装和测试方面具有良好的声誉，因此在第一个全额太阳能业务年度，2007年就以太阳能技术取得了3000万欧元的销售额。Kuka Systems公司预计2008年销售额将达到1亿欧元。而且，这个新的业务领域使这家机器人制造厂商在不单纯依靠汽车制造业务方面又迈出了一大步。

成绩斐然

太阳能技术项目主管Elisabeth Sch?rtl从一开始就参与此事，着重强调了要求极高，同时突出强调了设备和机器的质量、速度以及精度。产品部经理Albert Vontz先生对其说法做了补充，并强调说：“在太阳能电池制造方面，只有极高的精度，才能保证电池模块在20多年的时间里具有持续工作的高效率。”

Kuka Systems公司对待太阳能技术这项业务究竟有多认真？取得了多大的成功？迄今为止，有关每年制造总功率达450 MW的生产设备的订单就是明证。和美国Spire公司一道，2007年推出了一套年功率达100 MW的自动生产设备。此外， Kuka Systems公司在欧洲也已经与最著名的制造厂商，如Schott Solar、Oerlikon Solar以及CIS-Solartechnik等公司开始合作。

新技术崭露头角

特别值得一提的是，刚刚崭露头角的CIS-CIS太阳能技术，采用化学元素铜（Cu）、铟（In）和硒（Se）。如果这家Bremerhavener公司取得突破，太阳能技术就可能发生一场革命。在上述化学元素的基础上，CIS研发出了薄膜太阳能电池，和硅相比，生产这种电池需要的半导体材料和能源较少。最终，不仅大幅降低制造成本，而且和目前的产品相比也可以大大提高CIS太阳能电池的环境效益。这家公司在制造时主要采用非真空法，即采用更简单的技术工作，并且采用灵活的金属薄膜作为载体材料。这将成为新型太阳能电池简单快速定径的制造过程的理想前提条件。

CIS太阳能电池的功能层是逐层依次置于载体带上的。在目前的示范生产线上，载体带的宽度约为4CM，最大长度约有2000m，是卷绕在卷轴上的。载体带上不停地涂层，直到制成成品太阳能带为止。

采用的电镀法具有很高的制造半导体的材料产出量，这种方法不需要超净化车间环境。其他的工艺如制造背面触点和窗户层的工艺，目前在技术上还不能利用非真空工艺进行复制，所以这些方面仍然使用传统的喷射技术。今后这些方面也将采用成本更低的替代方法。

涂层工序之后，太阳能带装配表面接点线（Grid），做成不同尺寸（宽4cm，长5~60CM）和不同功率的太阳能电池。

2009年年底将建成30 MW的生产设备，这肯定也要由Kuka公司负责必要的自动化工程。

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