项目背景

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太阳能光伏电池是新能源、环保产品,真值蓬勃发展时期。太阳能光伏电池串全自动排版机的设备为太阳能光伏电池一个应用产品。目前,还没有出现过成熟的太阳能光伏电池串全自动排版机的设备。由于太阳能光伏电池串生产设备之一的全自动串焊机生产速度在提高,而由单臂工业机器人改装而成的太阳能光伏电池串排版机的生产速度难以提高,从而需要多台单臂工业机器人改装而成太阳能光伏电池串排版机才能满足一台全自动串焊机的生产速度。而目前世界上最大的太阳能光伏电池片串焊机生产厂家德国帝目公司在2014年开始研发专用的太阳能光伏电池串全自动排版机,尚未面市。
国内目前已经有少部分太阳能光伏电池生产公司在使用太阳能光伏电池串全自动排版机,由于太阳能光伏电池串全自动排版机技术尚不成熟,所以设备不稳定,故障多,自动化程度低等等。同时现有的太阳能光伏电池串全自动排版机的生产速度达不到全自动串焊机的生产速度相匹配。因而国内大部分太阳能光伏电池生产厂家都没有用太阳能光伏电池串全自动排版机,而是采用人工作业,效率低,成本高,质量难以保证。



市场需求分析

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中国已经成为世界太阳能光伏电池的最大制造国、使用国

仅在2014年上半年我国的光伏组件总保有量依然占世界总量的60%以上,同时电站装机量也以13GW的装机目标高居全球各国榜首,已经成为世界第一光伏组件生产和使用大国。


未来光伏行业市场的预测
目前,世界光伏产业正以31.2%的平均年增长率高速发展,是全球增长率最高的产业,己成为当今世界最受关注、增长幅度最快的能源产业之一。
1993年,德国首先开始实施由政府补贴支持的“2000个光伏屋项计划”,同时制定了“可再生能源电力供应法”,极大地刺激了光伏发电市场;1997年6月,美国前总统克林顿宣布实施“百万个太阳能屋顶计划”,计划到2010年安装100万套太阳能屋顶等。许多其他发达国家也都有类似的光伏屋项发电项目或计划,如荷兰、瑞士、芬兰、奥地 利、英国、加拿大、日本等。属于发展中国家的印度也在1997年12月宣布到2020年将建成,50万套太阳能屋顶发电系统。



太阳能光伏电池串全自动排版机现状
目前,还没有出现过成熟的太阳能光伏电池串全自动排版机的设备。
国外目前使用的太阳能光伏电池串排版机基本上是用单臂工业机器人改装而成,速度慢。由于太阳能光伏电池串生产设备之一的全自动串焊机生产速度在提高,而这种单臂工业机器人改装而成的太阳能光伏电池串排版机的生产速度难以提高,从而需要多台单臂工业机器人改装而成太阳能光伏电池串排版机才能满足一台全自动串焊机的生产速度。
因而国内大部分太阳能光伏电池生产厂家都没有用太阳能光伏电池串全自动排版机,而是采用人工作业,效率低,成本高,质量难以保证。



太阳能光伏电池串全自动排版机市场预测
太阳能光伏电池组件的主要设备之一的全自动串焊机,已被广大太阳能电池组件所使用,得到了普及。由于全自动串焊机的保有量没有数据可查,我们估算了一下,中国保有量在数千台。而与之相配套的太阳能光伏电池组件的主要生产设备之一的太阳能光伏电池串全自动排版机,极少有太阳能光伏电池组件生产在使用。由于太阳能光伏电池组件的生产制造是集资本密集、劳动力密集于一体制造行业,有一定性价比的太阳能光伏电池串全自动排版机就成了广大的中外太阳能光伏电池组件生产企业所选择。按所拥有的全自动串焊机量来配套,则需要数千台太阳能光伏电池串全自动排版机,按每台售价50万计算,则有几十亿以上规模的存量需求。


国家出台政策规划
国家已经出台了多政策规划鼓励使用太阳能。由于太阳能是环保绿色能源,可以减少温室气体的排放,国家一直有相关的优惠鼓励政策。《可再生能源法》、《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020)》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展专项资金管理办法》、《关于推进再生能源在建筑中的应用的实施意见》、《关于实施金太阳示范工程的通知》等发展太阳能。



研究目的

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太阳能光伏电池串全自动排版机,是太阳能光伏电池组件的自动化生产设备之一。是将自动串焊机串焊好的电池片精确排放到玻璃板上的设备,它有进玻璃板、排放电池片、完成送出这三大功能。
太阳能光伏电池组件的生产,过去基本上是人工加工组装,属劳动密集型行业。近几年才出现的生产自动化设备,很快就被绝大部分企业所采用。太阳能光伏电池组件的自动化设备由于规模庞大,自动化程度高,技术要求也高,所以目前还没有一家设备制造企业能完整的生产全套的流水线设备。
我国太阳能光伏电池组件的生产设备,有人工逐步转向机械化、自动化,主要是参照国外进口设备,但进口设备价格昂贵,是国产的三到五倍,如自动串焊机现在已逐步被国产机取代。 
太阳能光伏电池串全自动排版机,目前市场上有少数几家企业在生产,但只能跟低速串焊机配合,而且工作不稳定,精度差,很少有光伏企业在使用。
两年之前光伏单位使用的自动串焊机,每小时生产600片,现在大部分已经提升到1400片至1800片,国外的水平也基本如此。但目前尚没有能与它匹配的排版机。据我们掌握的情况,德国帝目,西门子都是世界上最大的自动串焊机生产公司,而帝目于2014年才开始研发全太阳能光伏电池串全自动排版机,目前尚未生产。
威曼设计与上海豪力起重机械有限公司共同研发的太阳能光伏电池串全自动排版机试样机是高速机,可以完成二台每小时1800片全自动串焊机同时提供的电池串的排版,而且最大电池串长度可达1950mm。排版间隙0-10mm,间隔误差±0.2mm。


国外发展现状

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太阳能光伏电池组件生产设备主要自动化流水线,这种自动化流水线中的主要部件是独立的。如全自动串焊机则是其中最重要的设备。
目前,广泛使用的太阳能光伏电池组件生产设备自动化流水线缺少一个环节,没有太阳能光伏电池串全自动排版机,而是人工作业来进行。


必要性分析

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太阳能光伏电池组件是整个光伏发电的核心组件之一,而太阳能光伏电池串全自动排版机是生产太阳能光伏电池组件流水线的重要部分。
 A  太阳能光伏电池组件是的生产制造是劳动力密集型的生产,自有了自动流水线以后,解放了大量的劳工。但太阳能光伏电池组件流水线之中的排版,绝大部分企业的排版作业还是人工,需要有太阳能光伏电池串全自动排版机来解放劳工的工作。
 B   使用太阳能光伏电池串全自动排版机,能够有效的降低产品生产成本。
 C   使用太阳能光伏电池串全自动排版机,能够较好的保证产品的一致性。
 D   使用太阳能光伏电池串全自动排版机,能保证产品的精度。
威曼设计与上海豪力公司共同通过对本项目的研究,掌握了太阳能光伏电池串全自动排版机技术,太阳能光伏电池组件企业通过使用本太阳能光伏电池串全自动排版机,能够降低产品生产成本,提高产品质量从而在激烈的市场竞争中取胜。


研究目标

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提出项目研究的具体目标,可以根据研究内容和进度要求提出总目标及分阶段的研究目标。
通过展开太阳能光伏电池串全自动排版机的整机原理研究、各项具体过程的实现原理研究,掌握大中型工业机器手在高速运动状态下惯性问题处理的关键技术,优选机构,设计复杂且繁多的动作机构整合,电脑控制等全方位技术,以实现全自动、高速度的电池串排版的目标。


主要研究内容
应针对拟展开的研究内容、拟解决的技术问题对具体研究工作及技术进行分解,展开论述说明,并对解决的技术难点和可能的创新点进行分析说明。

龙门架多功能机器手高速运动下惯性技术的研究 
    1) 相对大跨度龙门架主梁质量的减小而强度、刚度、扭矩如何保持的结构优选。
    2) 高速运动下,制动时整个机器震动与电机运行减速曲线的控制优化参数的模拟与优选。
    3) 高速运动下,制动时机器手的惯性作用于龙门架主梁的扭矩对机器手其它动作的精度保持模拟而对结构定型的优选。

机器手的旋转精度的模拟优选
    1) 对于较长尺寸的太阳能光伏电池串(最大长度1900毫米),旋转180°后的,两端的尺寸精度需要在±0.2毫米以内,对机器手的旋转精度要就十分高而进行的分析、结构优选、模拟。
    2) 旋转惯性对机器手的影响研究,模拟优选。
    3) 旋转惯性对机器手高速动作的制动影响研究,模拟优选。
    4) 多级减速传动背隙最大程度的消除模拟优选。
立体结构的玻璃输送结构的研究模拟
    1) 在总玻璃输送流水线上,提取玻璃基板到上方直接用于排放光伏电池串,而不影响总玻璃流水线继续向下一台太阳能光伏电池串全自动排版机供玻璃基板而进行结构的研发与创新。
     2) 玻璃基板从总玻璃输送流水线上提取与上升、玻璃基板上升后的水平X轴方向的置中及压紧、Y轴方向的置中及压紧、太阳能光伏电池串全自动排版机排板生产完成排好后与总玻璃输送流水线向垂直方向送出光伏电池模组、压紧玻璃基板的压头的退出等多重运动动作的组合结构的研发与创新。
整体功能与效果的试验
    1) 具体的研究工作及技术:
    A) 机器的启动、高速运转、制动,从而引起整机的震动,验证震动的影响是否满足对精度的要求。
    B) 太阳能光伏电池串全自动排版机是太阳能光伏电池自动化生产线之中的一个环节,它与前一道生产环节全自动串焊机的自动衔接及对前一道生产环节全自动串焊机生产不制约的要求。
     C) 太阳能光伏电池串全自动排版机是一拖二的机器,对它与前一道生产环节两台全自动串焊机同时生产,且步伐不一致,都不制约两台全自动串焊机的生产的要求。
     2) 技术难点和创新:
为了达到高速与惯性、旋转精度与旋转传动背隙、复杂动作与相互动作干涉的问题,研究结构、方法、控制技术的等,来实现这些技术要求。

初步研究方案、关键技术及解决途径 

龙门架多功能机器手高速运动下惯性技术模拟仿真   技术研究
A.针对问题的研究,经过计算优选的方案再经样机的实际模拟来来修正。
B.修正的方案再结合电控分析,最终确定方案。
机器手的旋转精度的模拟优选
A.旋转惯性对电机的保持力矩的影响分析,从而对转动方案的优选。
B.旋转惯性、高速运转等因素对旋转机构的要求,我们研发了柔性转动机构来应对,并用试样来验证。
C. 针对工况,我们研发了无背隙转动机构来解决背隙对精度的问题。
立体结构的玻璃输送结构的研究模拟
A.针对问题的研究,经过计算优选的方案再经样机的实际模拟来来修正。
B.修正的方案再结合电控分析,最终确定方案。






研究成果及成果形式
1.六个专利:无背隙转动、柔性转动、立体传输提取等方面的专利。
2.客服了旋转精度、惯量问题,目前为止世界上还没有其他家做到高速度和高精度的产品



 
 
 

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