1.光伏行业发展概述

　　能源是人类社会赖以生存的物质基础，是人类文明进步的动力源泉，关乎着国家的经济高速发展和社会的安全稳定。太阳能与煤炭、石油、天然气、核能相比，具有普遍性、无污染、丰富性、长久性等优点。

　　目前，太阳能发电方式有光伏发电、光热发电和光化学发电三种。其中光伏发电是运用最广泛、技术最成熟的。

　　1.1中国2020年光伏行业发展形势

　　在2020年里全社会光伏关注度暴涨，首先中央提出“碳达峰、碳中和”的目标，持续提升新能源全产业链优势，习近平在巴黎气候会议上提到：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右， 森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。其次在金融市场上光伏板块融资规模空前高涨，光伏基金正在陆续发行。最后新闻联播、焦点访谈、财经对话、人民日报、新华社等主流媒体纷纷聚焦光伏产业。

　　2020年我国光伏行业在如下四个方面取得了首位：

　　(1)我国光伏累计装机量连续6年位居全球首位;

　　(2)我国光伏新增装机量连续8年位居全球首位;

　　(3)我国多晶硅产量连续10年位居全球首位;

　　(4)我国光伏组件生产量连续14年位居全球首位。

　　1.2 中国光伏行业发展前景

　　随着电荒、煤慌、石油价格上涨、拉闸限电、二氧化碳排放超标等一系列能源问题的出现，光伏发电作为绿色能源的主力军，未来行业发展前景可期，发展趋势如下：

　　(1)产业规模持续扩大

　　由于光伏发电技术革新不断涌现、光伏产品成本持续降低，平价上网在全球绝大多数国家和地区指日可待， 光伏发电成为各国重要的能源结构改革方向。

　　(2)产品性能持续提升

　　在引入金刚线切割技术之后单晶硅片对应的单瓦成本实现反超，比多晶更低。后来又出现以 PERC 电池为代表的高效单晶硅电池，电池转换效率达到23%，进一步推动了单晶硅对多晶硅的替代。新技术HJT、TOPCon量产转换效率已能做到24-25%，但是成本大于1.2 元/W， 目前仅用于少数户用市场。

　　光伏硅片大尺寸有助于提升硅片产能，降低单位投资，降低拉晶能耗，从而降低电池非硅成本。相同面积下，硅片厚度越薄，单瓦的硅耗越低，核心技术问题在于保障薄硅片强度、提高切片良品率。

　　(3)平价上网加速到来

　　未来光伏组件价格仍有下降的空间，高效组件、设计优化能够推动初始投资实现进一步降低;跟踪技术、双面组件、智能运维能明显提高发电量。

　　(4)分布式光伏快速发展

　　分布式光伏具有安装灵活、投入少、方便就近消纳的优点，有利于解决我国发电与负荷不一致的问题，同时大幅降低传输损失，减少对大电网的依赖，并缓解电网的投资压力。现在许多行业都在不断革新“光伏+”的能源利用模式，比如建筑光伏一体化BIPV、停车场光伏车棚、光伏农业大棚、5GW基站光伏系统、大数据中心光伏系统等。而这一切能实现的前提是得益于技术推动，光伏发电成本在不断下降，愈发成为经济、高效、清洁的人类能源供给方式。

　　图 1 电池片制造工艺流程

　　图 2 组件制造工艺流程

　　1.3 光伏电子产业链介绍

　　光伏产业链主要分为：上游的硅矿、硅棒、硅锭和硅片环节，中游的电池片、电池组件环节，下游的光伏电站、光伏应用产品环节。

　　多晶硅位于光伏产业链上游，更多具有化工行业属性。资金和技术壁垒较高，扩产周期较长，光伏级多晶硅纯度要在99.9999%以上。多晶硅的生产技术主要有改良西门子法、硅烷流化床法，目前的主流是改良西门子法。在硅片制造环节，主要分为长晶和切割两个过程。

　　长晶是指硅片生产企业在特定环境下，使得硅料生长成硅晶体的过程。

　　切割是指将硅棒/硅锭切割成片，制成硅片。在2014 年之前一般都是使用砂线切割。2014年金刚线切割技术开始应用，切割效率大幅提升，切片速度更快，出片率更高，单片损耗更低。然而，由于多晶硅锭硬质点较多，应用金刚线切割技术带来的切割成本下降幅度远没有单晶要大，从此单晶在切片领域占据优势。

　　电池片这个环节，主要的降低成本核心是提升光电转换效率。目前主流的电池是PERC 电池，PERC电池主要工艺顺序为：制绒—磷扩散—刻蚀—硅片正/背面镀膜—开槽—印刷。

　　组件的工艺就是就是把光伏玻璃、串联的电池片等用EVA胶膜粘在一起，形成一个叠层，接着用层压机将这个叠层压成一个整体，之后用硅胶或者胶带把这个叠层装进一个铝制边框，再安装一个接线盒(将太阳能电池产生的电力与外部线路连接)，待硅胶固化后，经过检测、清洁等环节，就做成了一个光伏组件。

　　电站可以为地面电站和分布式光伏。简单来说，地面电站指与电网相连接，专门用于发电后送出去的大型电站，一般位于郊区或偏远荒漠、丘陵。分布式光伏特指在用户场地附近建设，强调就地消纳，一般位于工业厂房、商业建筑、农业设施、市政等公共建筑、边远农牧区及海岛。

　　2.禾川股份在光伏电子行业方案介绍

　　2.1整机控制方案

　　光伏电子设备系统采用的是禾川Q1运动控制器，拥有丰富的通讯协议，如Modbus TCP、Modbus RTU、EtherNet/IP、OPC UA，能够和触摸屏、MES系统进行通讯，具备EtherCat、Canopen总线协议，实现基于PLC OPEN标准的运动控制。同时采用禾川X3EB- EtherCAT伺服驱动，实现超短同步周期。

　　图 3 电池片和组件制作中的自动化设备

　　(1) 信息层：禾川Q1控制器与MES系统采用的OPC UA通信，与禾川HMI采用ModBus TCP通讯，完成数据数值的显示与设定。

　　(2) 控制层：采用了禾川Q1运动控制器，PAC是整个系统的核心，进行信号、数据以及逻辑控制处理。

　　(3) 驱动、执行层：采用禾川X3EB-EtherCAT伺服与17bit电机，其位置环扫描周期为250us，在同步位置模式下，最小支持250us的同步位置周期， 通过EtherCAT通讯协议能够很好地满足设备的同步控制需求。

　　2.2制绒刻蚀上下料设备

　　系统的控制部分采用了禾川Q1运动控制器，并整合禾川人机界面、伺服等，系统拓扑图如图4所示。

　　工艺特色：

　　(1) 装卸一体：将花篮里硅片搬运并输送上料到制绒、刻蚀工艺主机;将经刻蚀或制绒工艺后的硅片转移装入到硅片花篮中;

　　(2) 高可靠性：通过X3EB EtherCat伺服，运行动作高速轻柔，实现高精度定位。 2.3光伏串焊机(图5)

　　工艺特色：

　　(1)优质率提高：兼容156*156，156*78硅片尺寸，能够在四栅、五栅、六栅及半片电池间切换，提高整个电池片串的优质率;

　　(2) 碎片率降低：主栅线定位精准，电池片传输和焊接过程可靠，大幅度降低碎片率;

　　(3) 高重合精度：高速以太网、高响应定位，确保主栅线与焊带重合精度。

　　2.4分拣机(图6)

　　工艺特色：

　　(1)高行业覆盖：实现对单晶、多晶等多种工艺硅片的尺寸、线痕、翘曲/表面缺陷、裂痕、电能等特性一站式高速全检和分级;

图 4 刻蚀上下料系统拓扑

　　图 5 光伏串焊机系统拓扑

　　图 6 光伏分拣机系统拓扑 

图 7 光伏接线盒焊接机系统拓扑

　　(2)高稳定性：非接触“0”损伤、分选、检测;

　　(3)高效率：自动采集并实时上传检测分选数据和设备状态数据，控制与维护便捷、直接、高效。 2.5光伏接线盒焊接机(图7)

　　工艺特色：

　　(1) 智能化代替人工：焊接太阳能光伏接线盒的汇流排，替代传统手工的电烙铁焊接;

　　(2) 视觉定位：视觉定位，进行检测偏差，补偿给控制系统;

　　(3) 高重合精度：高精度，高响应定位，控制伺服驱动，快速焊接。

　　3.结论

　　随着业内努力提高技术水平、突破技术壁垒，合理发展;加之政府宏观调控，积极引导，光伏发电是环保、安全、取之不尽用之不竭的能源，未来前景无限光明，发展空间极其广阔，潜力无限。禾川产品也将乘着这股风越走越远，成为具有价值的工业自动化系统服务商。