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太阳能制造业:机器人技术的光明前途

发布日期:2011-09-27   来源:automationworld.com   作者:Wes Iversen   浏览次数:23051
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【摘   要】:伴随太阳能光伏发电产业的不断升温,机器人供应商终于看到了发展的契机和光明的未来。


伴随太阳能光伏发电产业的不断升温,机器人供应商终于看到了发展的契机和光明的未来。

Kuka机器人公司的Marioni说:“太阳能光伏市场的迅速升温,对我来说是个莫大的刺激,我想:“哇,这是个多酷的商机啊,不知道其他商家是否也有同样的预感。””果然不出Marioni的料想,各大顶级太阳能制造商为了提高生产率、增加灵活性、降低成本,不约而同的都选择了机器人制造技术,也因而成为了Marioni西部各州的重要客户。Marioni不无骄傲的说:“现如今,我们销售额的大多部分都来自太阳能行业。”
没有任何人预想到太阳能行业机器人的需求量能与汽车行业机器人的需要量相抗衡。长久以来,汽车行业一直处于机器人产业发展的核心地位,即便是在当前经济衰退的情况下,汽车行业的机器人订单仍然占有整个机器人产业订单的一半以上。但是,随着太阳能光伏市场的不断成熟和壮大,机器人供应商的注意力无不向光伏行业倾斜。
美国加州利弗莫尔市(Livermore)的轻型视觉引导机器人供应商Adept 科技公司(Adept Technology, Inc),专门为太阳能电池晶圆的处理和检测,设计、推出了一款名为Adept Solaris的高速自动化组装生产线。关于机器人技术在太阳能行业的发展,Adept 科技的总裁兼首席执行官John Dulchinos谈到:“预计在未来的两、三年内,我们收入的四分之一到三分之一都将来自太阳能行业。”

观望
随着太阳能行业的迅猛发展,业界众多有识之士,无不坚信机器人产业也必将迎来发展的春天。美国加州,LAKE FOREST的Fanuc机器人美国公司西部办事处总经理Rush LaSelle就指出:“太阳能行业对机器人技术需求的增长速度着实令人兴奋。而且,其迅猛的增长态势是在医疗、制药等其他众多行业中都难得一见的。”
现在,柔性自动化机器人技术的使用已经贯穿于整个太阳能光伏产业的生产制造过程中。从最初的多晶硅铸锭,到晶圆的快速处理,以及到最后的电池板、电池模组的组装,整个工艺流程中无处不见柔性自动化机器人技术的身影。而对于许多刚刚起步的太阳能制造企业来说,机器人供应商不仅可以为其提供优良的生产设备,还可以为其带来丰富的生产实践经验和知识。美国莫托曼(Motoman Inc.)机器人有限公司市场研究部经理Dan Shumaker谈到:“我们已经在众多平板制造领域(例如,TV面板)积累了丰富的实践经验,这对于成功指导太阳能电池板的制造必将是非常有益的。”
机器人制造商已经为争夺太阳能市场的做好了充分的准备,每个人都虎视眈眈的盯紧着这块极具发展潜力的大蛋糕。在当前经济低迷和信贷紧缩的大环境下,太阳能产业也免不了受到一些影响,甚至一些太阳能制造企业,在日前还宣布了裁员计划。据行业观察员统计,虽然,太阳能电池安装数量一直呈上升趋势,但最近太阳能行业已经明显出现供大于求的状况,太阳能价格的下行压力加大。但是,不论目前状况如何,多数人仍然对太阳能制造业的长期发展前景持乐观态度。根据位于旧金山的Solarbuzz太阳能研究咨询公司(SunEdison LLC—北美著名的太阳能服务提供商)的统计显示:2007年世界太阳能光伏发电装机容量又创历史新高,达到28亿瓦,比2006年增长了62%。而且据某些行业观察员预计,世界太阳能发电装机容量在2012年将骤升到100到150亿瓦。
太阳能产业的发展目标是“电网平价(grid parity)”,即在不需要补贴的前提下,太阳能发电的成本能下降到与传统发电成本相当甚至更低的程度。业界专家认为,想要实现“电网平价”还需要数年的时间。其中,美国前总统布什就曾预计,美国将在2015年实现太阳能的“电网平价”,其他国家也有类似或早或晚的预计。虽然现在暂时未能实现“电网平价”的目标,但是,这并不会减缓太阳能产业扩张和太阳能技术发展的步伐。
美国博世力士乐(Bosch Rexroth)公司多晶硅/太阳能行业销售经理Kevin Steele说:“从长远来看,太阳能电网平价的目标必将实现。而一旦实现了“电网平价”的格局,太阳能产业的发展将势不可挡。有鉴于此,越来越多的投资者蜂拥涌入太阳能市场,而且都希望能尽快的赢得更多的市场份额。”
太阳能市场的巨大发展,也极大的带动了自动化市场。为了在越演愈烈的竞争中争得一席之地,所有太阳能制造商都不断的追求着成本的降低、规模经济(economy of scale)的实现,独有技术优势的形成。对此,Marion谈到:“许多太阳能制造企业连厂房都未建成,就已经获得了几年的生产订单。也正是这种太阳能产业独特的发展模式,迫使太阳能制造企业不论是厂房建设、自动化投入、还是产品生产都需要争分夺秒。”
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

 
 
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