1.光伏行業發展概述

　　能源是人類社會賴以生存的物質基礎，是人類文明進步的動力源泉，關乎著國家的經濟高速發展和社會的安全穩定。太陽能與煤炭、石油、天然氣、核能相比，具有普遍性、無污染、豐富性、長久性等優點。

　　目前，太陽能發電方式有光伏發電、光熱發電和光化學發電三種。其中光伏發電是運用最廣泛、技術最成熟的。

　　1.1中國2020年光伏行業發展形勢

　　在2020年里全社會光伏關注度暴漲，首先中央提出“碳達峰、碳中和”的目標，持續提升新能源全產業鏈優勢，習近平在巴黎氣候會議上提到：到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右， 森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。其次在金融市場上光伏板塊融資規模空前高漲，光伏基金正在陸續發行。最后新聞聯播、焦點訪談、財經對話、人民日報、新華社等主流媒體紛紛聚焦光伏產業。

　　2020年我國光伏行業在如下四個方面取得了首位：

　　(1)我國光伏累計裝機量連續6年位居全球首位;

　　(2)我國光伏新增裝機量連續8年位居全球首位;

　　(3)我國多晶硅產量連續10年位居全球首位;

　　(4)我國光伏組件生產量連續14年位居全球首位。

　　1.2 中國光伏行業發展前景

　　隨著電荒、煤慌、石油價格上漲、拉閘限電、二氧化碳排放超標等一系列能源問題的出現，光伏發電作為綠色能源的主力軍，未來行業發展前景可期，發展趨勢如下：

　　(1)產業規模持續擴大

　　由于光伏發電技術革新不斷涌現、光伏產品成本持續降低，平價上網在全球絕大多數國家和地區指日可待， 光伏發電成為各國重要的能源結構改革方向。

　　(2)產品性能持續提升

　　在引入金剛線切割技術之后單晶硅片對應的單瓦成本實現反超，比多晶更低。后來又出現以 PERC 電池為代表的高效單晶硅電池，電池轉換效率達到23%，進一步推動了單晶硅對多晶硅的替代。新技術HJT、TOPCon量產轉換效率已能做到24-25%，但是成本大于1.2 元/W， 目前僅用于少數戶用市場。

　　光伏硅片大尺寸有助于提升硅片產能，降低單位投資，降低拉晶能耗，從而降低電池非硅成本。相同面積下，硅片厚度越薄，單瓦的硅耗越低，核心技術問題在于保障薄硅片強度、提高切片良品率。

　　(3)平價上網加速到來

　　未來光伏組件價格仍有下降的空間，高效組件、設計優化能夠推動初始投資實現進一步降低;跟蹤技術、雙面組件、智能運維能明顯提高發電量。

　　(4)分布式光伏快速發展

　　分布式光伏具有安裝靈活、投入少、方便就近消納的優點，有利于解決我國發電與負荷不一致的問題，同時大幅降低傳輸損失，減少對大電網的依賴，并緩解電網的投資壓力。現在許多行業都在不斷革新“光伏+”的能源利用模式，比如建筑光伏一體化BIPV、停車場光伏車棚、光伏農業大棚、5GW基站光伏系統、大數據中心光伏系統等。而這一切能實現的前提是得益于技術推動，光伏發電成本在不斷下降，愈發成為經濟、高效、清潔的人類能源供給方式。

　　圖 1 電池片制造工藝流程

　　圖 2 組件制造工藝流程

　　1.3 光伏電子產業鏈介紹

　　光伏產業鏈主要分為：上游的硅礦、硅棒、硅錠和硅片環節，中游的電池片、電池組件環節，下游的光伏電站、光伏應用產品環節。

　　多晶硅位于光伏產業鏈上游，更多具有化工行業屬性。資金和技術壁壘較高，擴產周期較長，光伏級多晶硅純度要在99.9999%以上。多晶硅的生產技術主要有改良西門子法、硅烷流化床法，目前的主流是改良西門子法。在硅片制造環節，主要分為長晶和切割兩個過程。

　　長晶是指硅片生產企業在特定環境下，使得硅料生長成硅晶體的過程。

　　切割是指將硅棒/硅錠切割成片，制成硅片。在2014 年之前一般都是使用砂線切割。2014年金剛線切割技術開始應用，切割效率大幅提升，切片速度更快，出片率更高，單片損耗更低。然而，由于多晶硅錠硬質點較多，應用金剛線切割技術帶來的切割成本下降幅度遠沒有單晶要大，從此單晶在切片領域占據優勢。

　　電池片這個環節，主要的降低成本核心是提升光電轉換效率。目前主流的電池是PERC 電池，PERC電池主要工藝順序為：制絨—磷擴散—刻蝕—硅片正/背面鍍膜—開槽—印刷。

　　組件的工藝就是就是把光伏玻璃、串聯的電池片等用EVA膠膜粘在一起，形成一個疊層，接著用層壓機將這個疊層壓成一個整體，之后用硅膠或者膠帶把這個疊層裝進一個鋁制邊框，再安裝一個接線盒(將太陽能電池產生的電力與外部線路連接)，待硅膠固化后，經過檢測、清潔等環節，就做成了一個光伏組件。

　　電站可以為地面電站和分布式光伏。簡單來說，地面電站指與電網相連接，專門用于發電后送出去的大型電站，一般位于郊區或偏遠荒漠、丘陵。分布式光伏特指在用戶場地附近建設，強調就地消納，一般位于工業廠房、商業建筑、農業設施、市政等公共建筑、邊遠農牧區及海島。

　　2.禾川股份在光伏電子行業方案介紹

　　2.1整機控制方案

　　光伏電子設備系統采用的是禾川Q1運動控制器，擁有豐富的通訊協議，如Modbus TCP、Modbus RTU、EtherNet/IP、OPC UA，能夠和觸摸屏、MES系統進行通訊，具備EtherCat、Canopen總線協議，實現基于PLC OPEN標準的運動控制。同時采用禾川X3EB- EtherCAT伺服驅動，實現超短同步周期。

　　圖 3 電池片和組件制作中的自動化設備

　　(1) 信息層：禾川Q1控制器與MES系統采用的OPC UA通信，與禾川HMI采用ModBus TCP通訊，完成數據數值的顯示與設定。

　　(2) 控制層：采用了禾川Q1運動控制器，PAC是整個系統的核心，進行信號、數據以及邏輯控制處理。

　　(3) 驅動、執行層：采用禾川X3EB-EtherCAT伺服與17bit電機，其位置環掃描周期為250us，在同步位置模式下，最小支持250us的同步位置周期， 通過EtherCAT通訊協議能夠很好地滿足設備的同步控制需求。

　　2.2制絨刻蝕上下料設備

　　系統的控制部分采用了禾川Q1運動控制器，并整合禾川人機界面、伺服等，系統拓撲圖如圖4所示。

　　工藝特色：

　　(1) 裝卸一體：將花籃里硅片搬運并輸送上料到制絨、刻蝕工藝主機;將經刻蝕或制絨工藝后的硅片轉移裝入到硅片花籃中;

　　(2) 高可靠性：通過X3EB EtherCat伺服，運行動作高速輕柔，實現高精度定位。 2.3光伏串焊機(圖5)

　　工藝特色：

　　(1)優質率提高：兼容156*156，156*78硅片尺寸，能夠在四柵、五柵、六柵及半片電池間切換，提高整個電池片串的優質率;

　　(2) 碎片率降低：主柵線定位精準，電池片傳輸和焊接過程可靠，大幅度降低碎片率;

　　(3) 高重合精度：高速以太網、高響應定位，確保主柵線與焊帶重合精度。

　　2.4分揀機(圖6)

　　工藝特色：

　　(1)高行業覆蓋：實現對單晶、多晶等多種工藝硅片的尺寸、線痕、翹曲/表面缺陷、裂痕、電能等特性一站式高速全檢和分級;

圖 4 刻蝕上下料系統拓撲

　　圖 5 光伏串焊機系統拓撲

　　圖 6 光伏分揀機系統拓撲 

圖 7 光伏接線盒焊接機系統拓撲

　　(2)高穩定性：非接觸“0”損傷、分選、檢測;

　　(3)高效率：自動采集并實時上傳檢測分選數據和設備狀態數據，控制與維護便捷、直接、高效。 2.5光伏接線盒焊接機(圖7)

　　工藝特色：

　　(1) 智能化代替人工：焊接太陽能光伏接線盒的匯流排，替代傳統手工的電烙鐵焊接;

　　(2) 視覺定位：視覺定位，進行檢測偏差，補償給控制系統;

　　(3) 高重合精度：高精度，高響應定位，控制伺服驅動，快速焊接。

　　3.結論

　　隨著業內努力提高技術水平、突破技術壁壘，合理發展;加之政府宏觀調控，積極引導，光伏發電是環保、安全、取之不盡用之不竭的能源，未來前景無限光明，發展空間極其廣闊，潛力無限。禾川產品也將乘著這股風越走越遠，成為具有價值的工業自動化系統服務商。