太阳能光伏发电产业升温 机器人前途光明

在政府的慷慨补贴和政策的大力扶持下,德国形成了世界上最发达的太阳能市场,西班牙、日本和美国紧随其后(加利福尼亚州是美国各项太阳能扶持政策的试点州)。现在所有的人都将目光聚焦在美国新任总统奥巴马身上,期望其能在新推出的联邦财政计划中,加大对可替代能源(包括太阳能)技术的投入。

ABB机器人有限公司太阳能行业全球销售经理Carsten Busch认为:“据我的了解,对于太阳能发电的利用,美国迟早将成为世界的领头羊。而具体实现的时间很大程度上要取决于政府的政策。” Busch认为2009年太阳能市场的增速将放缓,从前几年的年增长30%—40%,减缓到15%。虽然增势放缓例如,但是,太阳能市场发展的势头依然迅猛。

三、四年前,大部分太阳能电池制造企业的年生产能力都只有10—20MW(兆瓦)/年。短短几年时间里,许多太阳能电池制造企业已经由原来的小规模试验、中规模试制,逐渐向大规模批量生产转变,其年生产能力可以达到50—200MW/年。Busch强调说:“如果企业下一步想继续提高产能,则必须加大生产规模、提高生产线上的自动化水平。”

提升产能

太阳能电池产能的大幅提升,与新技术、新工艺的采用有着非常大的关系。美国Evergreen Solar 公司工艺总监Dan Welch专门阐述了Evergreen Solar 公司的发展历程来佐证此观点。

美国Evergreen Solar 公司成立于1994年,其开发了著名的低成本硅片生产技术——String Ribbon技术(由麻省理工学院的学者艾曼纽尔•萨克斯发明),该技术的应用使得太阳能电池生产的产能得到了大幅度的提高。

Evergreen Solar曾在Marlboro设立了一个前沿研发中心,多年来,其年生产能力一直维持在15MW/年的水平上。大约四年前,随着新任首席执行官大刀阔斧的改革,新技术、新工艺的不断商业化,太阳能电池的产能再一次得到了大幅的提升。

近年,为了发展的需要Evergreen Solar与德国Q-Cells AG和挪威REC(Renewable Energy Corp ASA)两个世界顶级太阳能产品制造商的形成了三方合作关系,共同合资建立了EverQ公司。EverQ合资公司建于德国Thalheim,2006年第一条生产线正是投入使用,可实现晶圆、电池的生产以及电池板的组装,年产量达30MW/年。随后的2007年第二条年产量达60MW/年的生产线投入使用。目前,第三条年产量达80MW/年的生产线也正在建设中,预计今年年内投入使用。

而且,与此同时,Evergreen Solar还在美国本土马萨诸塞州的Devens设立了独资工厂。该独资工厂设计产能为160MW,一期工程产能为80MW,预计一季度末实现满负荷生产;二期也为80MW,预计二季度末实现满负荷生产。

大多数太阳能制造企业仅仅涉足太阳能电池生产中晶圆生长(wafer growth)、晶片制造和模组封装三大生产环节之一。而Evergreen Solar公司不仅能实现三大环节的全集成制造,还在三大生产环节中全面采用了机器人制造技术。

Evergreen Solar公司的资深技工Peter Kane介绍了生产线上机器人技术的使用情况。在整个生产流程中,Evergreen Solar公司选用了的大量标准的商业化工业机器人,以及针对特殊工艺流程的专属机器人。例如;使用专利String Ribbon技术的晶圆生长工艺:首先,用两根高温丝直插于硅熔液中;然后,经过一定时间,熔化的硅在两根丝之间凝固,从而形成80mm(毫米)宽、 190微米厚的带状晶圆;当带状晶圆的生长到150mm长时,机器人会依据预先设定的程序,将其切断,并放入运输带中。此操作过程中,选用的就是专属自定义机械手。

柔性制造

Kane分别阐述了在太阳能电池制造各个工艺流程中使用机器人的优势。

在太阳能晶片制造过程中,需要对晶圆进行一系列的化学处理。而化学处理工艺成败的关键在于是否能实现晶圆在数台设备间的灵活传送。此工艺若没有高速机器人的协助是不可能完成。Welch说:“我们在Devens的工厂年产量为160MW/年,每周晶圆的产量为2百万片。如果生产中我们用人工操作代替机器人,则根本不可能达到现有的产能,也不可能保证生产的连续性。”

Welch还说:“如果晶片生产中,真的使用人工处理的方法,那生产情况将不能想象。”极薄的太阳能晶圆非常脆弱,极易损坏。如果真的采用人工方法处理,则破损率将相当的高。选用柔性机器人技术就可以很好的解决这个难题。包括ABB, Adept在内的多家机器人制造商的柔性机器人技术,选用的都是伯努利(Bernoulli)夹钳技术。伯努利夹钳技术依据的是伯努利(Bernoulli)效应,即利用高速气流将晶圆悬浮于夹钳之上,从而形成非接触式的晶圆加工模式。