- 太陽能電池產能提升
- 使用機器人成為一種必然
- 太陽能發(fā)電裝機容量2012年將達100到150億瓦
伴隨太陽能光伏發(fā)電產業(yè)的不斷升溫，機器人供應商終于看到了發(fā)展的契機和光明的未來。
Kuka機器人公司的Marioni說：“太陽能光伏市場的迅速升溫，對我來說是個莫大的刺激，我想：“哇，這是個多酷的商機啊，不知道其他商家是否也有同樣的預感。””果然不出Marioni的料想，各大頂級太陽能制造商為了提高生產率、增加靈活性、降低成本，不約而同的都選擇了機器人制造技術，也因而成為了Marioni西部各州的重要客戶。Marioni不無驕傲的說：“現(xiàn)如今，我們銷售額的大多部分都來自太陽能行業(yè)。”
沒有任何人預想到太陽能行業(yè)機器人的需求量能與汽車行業(yè)機器人的需要量相抗衡。長久以來，汽車行業(yè)一直處于機器人產業(yè)發(fā)展的核心地位，即便是在當前經濟衰退的情況下，汽車行業(yè)的機器人訂單仍然占有整個機器人產業(yè)訂單的一半以上。但是，隨著太陽能光伏市場的不斷成熟和壯大，機器人供應商的注意力無不向光伏行業(yè)傾斜。
美國加州利弗莫爾市（Livermore）的輕型視覺引導機器人供應商Adept科技公司（AdeptTechnology,Inc），專門為太陽能電池晶圓的處理和檢測，設計、推出了一款名為AdeptSolaris的高速自動化組裝生產線。關于機器人技術在太陽能行業(yè)的發(fā)展，Adept科技的總裁兼首席執(zhí)行官JohnDulchinos談到：“預計在未來的兩、三年內，我們收入的四分之一到三分之一都將來自太陽能行業(yè)。”
觀望
隨著太陽能行業(yè)的迅猛發(fā)展，業(yè)界眾多有識之士，無不堅信機器人產業(yè)也必將迎來發(fā)展的春天。美國加州,LAKEFOREST的Fanuc機器人美國公司西部辦事處總經理RushLaSelle就指出：“太陽能行業(yè)對機器人技術需求的增長速度著實令人興奮。而且，其迅猛的增長態(tài)勢是在醫(yī)療、制藥等其他眾多行業(yè)中都難得一見的。”
現(xiàn)在，柔性自動化機器人技術的使用已經貫穿于整個太陽能光伏產業(yè)的生產制造過程中。從最初的多晶硅鑄錠，到晶圓的快速處理，以及到最后的電池板、電池模組的組裝，整個工藝流程中無處不見柔性自動化機器人技術的身影。而對于許多剛剛起步的太陽能制造企業(yè)來說，機器人供應商不僅可以為其提供優(yōu)良的生產設備，還可以為其帶來豐富的生產實踐經驗和知識。美國莫托曼（MotomanInc.）機器人有限公司市場研究部經理DanShumaker談到：“我們已經在眾多平板制造領域（例如，TV面板）積累了豐富的實踐經驗，這對于成功指導太陽能電池板的制造必將是非常有益的。”
機器人制造商已經為爭奪太陽能市場的做好了充分的準備，每個人都虎視眈眈的盯緊著這塊極具發(fā)展?jié)摿Φ拇蟮案?。在當前經濟低迷和信貸緊縮的大環(huán)境下，太陽能產業(yè)也免不了受到一些影響，甚至一些太陽能制造企業(yè)，在日前還宣布了裁員計劃。據行業(yè)觀察員統(tǒng)計，雖然，太陽能電池安裝數量一直呈上升趨勢，但最近太陽能行業(yè)已經明顯出現(xiàn)供大于求的狀況，太陽能價格的下行壓力加大。但是，不論目前狀況如何，多數人仍然對太陽能制造業(yè)的長期發(fā)展前景持樂觀態(tài)度。根據位于舊金山的Solarbuzz太陽能研究咨詢公司（SunEdisonLLC—北美著名的太陽能服務提供商）的統(tǒng)計顯示：2007年世界太陽能光伏發(fā)電裝機容量又創(chuàng)歷史新高，達到28億瓦，比2006年增長了62％。
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而且據某些行業(yè)觀察員預計，世界太陽能發(fā)電裝機容量在2012年將驟升到100到150億瓦。
太陽能產業(yè)的發(fā)展目標是“電網平價（gridparity）”，即在不需要補貼的前提下，太陽能發(fā)電的成本能下降到與傳統(tǒng)發(fā)電成本相當甚至更低的程度。業(yè)界專家認為，想要實現(xiàn)“電網平價”還需要數年的時間。其中，美國前總統(tǒng)布什就曾預計，美國將在2015年實現(xiàn)太陽能的“電網平價”，其他國家也有類似或早或晚的預計。雖然現(xiàn)在暫時未能實現(xiàn)“電網平價”的目標，但是，這并不會減緩太陽能產業(yè)擴張和太陽能技術發(fā)展的步伐。
美國博世力士樂（BoschRexroth）公司多晶硅/太陽能行業(yè)銷售經理KevinSteele說：“從長遠來看，太陽能電網平價的目標必將實現(xiàn)。而一旦實現(xiàn)了“電網平價”的格局，太陽能產業(yè)的發(fā)展將勢不可擋。有鑒于此，越來越多的投資者蜂擁涌入太陽能市場，而且都希望能盡快的贏得更多的市場份額。”
太陽能市場的巨大發(fā)展，也極大的帶動了自動化市場。為了在越演愈烈的競爭中爭得一席之地，所有太陽能制造商都不斷的追求著成本的降低、規(guī)模經濟（economyofscale）的實現(xiàn)，獨有技術優(yōu)勢的形成。對此，Marion談到：“許多太陽能制造企業(yè)連廠房都未建成，就已經獲得了幾年的生產訂單。也正是這種太陽能產業(yè)獨特的發(fā)展模式，迫使太陽能制造企業(yè)不論是廠房建設、自動化投入、還是產品生產都需要爭分奪秒。”
在政府的慷慨補貼和政策的大力扶持下，德國形成了世界上最發(fā)達的太陽能市場，西班牙、日本和美國緊隨其后（加利福尼亞州是美國各項太陽能扶持政策的試點州）。現(xiàn)在所有的人都將目光聚焦在美國新任總統(tǒng)奧巴馬身上，期望其能在新推出的聯(lián)邦財政計劃中，加大對可替代能源（包括太陽能）技術的投入。
ABB機器人有限公司太陽能行業(yè)全球銷售經理CarstenBusch認為：“據我的了解，對于太陽能發(fā)電的利用，美國遲早將成為世界的領頭羊。而具體實現(xiàn)的時間很大程度上要取決于政府的政策。”Busch認為2009年太陽能市場的增速將放緩，從前幾年的年增長30％—40％，減緩到15％。雖然增勢放緩例如，但是，太陽能市場發(fā)展的勢頭依然迅猛。
三、四年前，大部分太陽能電池制造企業(yè)的年生產能力都只有10—20MW（兆瓦）/年。短短幾年時間里，許多太陽能電池制造企業(yè)已經由原來的小規(guī)模試驗、中規(guī)模試制，逐漸向大規(guī)模批量生產轉變，其年生產能力可以達到50—200MW/年。Busch強調說：“如果企業(yè)下一步想繼續(xù)提高產能，則必須加大生產規(guī)模、提高生產線上的自動化水平。”
提升產能
太陽能電池產能的大幅提升，與新技術、新工藝的采用有著非常大的關系。美國EvergreenSolar公司工藝總監(jiān)DanWelch專門闡述了EvergreenSolar公司的發(fā)展歷程來佐證此觀點。
美國EvergreenSolar公司成立于1994年，其開發(fā)了著名的低成本硅片生產技術——StringRibbon技術（由麻省理工學院的學者艾曼紐爾?薩克斯發(fā)明），該技術的應用使得太陽能電池生產的產能得到了大幅度的提高。
EvergreenSolar曾在Marlboro設立了一個前沿研發(fā)中心，多年來，其年生產能力一直維持在15MW/年的水平上。大約四年前，隨著新任首席執(zhí)行官大刀闊斧的改革，新技術、新工藝的不斷商業(yè)化，太陽能電池的產能再一次得到了大幅的提升。
近年，為了發(fā)展的需要EvergreenSolar與德國Q-CellsAG和挪威REC（RenewableEnergyCorpASA）兩個世界頂級太陽能產品制造商的形成了三方合作關系，共同合資建立了EverQ公司。EverQ合資公司建于德國Thalheim，2006年第一條生產線正是投入使用，可實現(xiàn)晶圓、電池的生產以及電池板的組裝，年產量達30MW/年。隨后的2007年第二條年產量達60MW/年的生產線投入使用。目前，第三條年產量達80MW/年的生產線也正在建設中，預計今年年內投入使用。
而且，與此同時，EvergreenSolar還在美國本土馬薩諸塞州的Devens設立了獨資工廠。該獨資工廠設計產能為160MW，一期工程產能為80MW，預計一季度末實現(xiàn)滿負荷生產；二期也為80MW，預計二季度末實現(xiàn)滿負荷生產。
大多數太陽能制造企業(yè)僅僅涉足太陽能電池生產中晶圓生長（wafergrowth）、晶片制造和模組封裝三大生產環(huán)節(jié)之一。而EvergreenSolar公司不僅能實現(xiàn)三大環(huán)節(jié)的全集成制造，還在三大生產環(huán)節(jié)中全面采用了機器人制造技術。
EvergreenSolar公司的資深技工PeterKane介紹了生產線上機器人技術的使用情況。在整個生產流程中，EvergreenSolar公司選用了的大量標準的商業(yè)化工業(yè)機器人，以及針對特殊工藝流程的專屬機器人。例如；使用專利StringRibbon技術的晶圓生長工藝：首先，用兩根高溫絲直插于硅熔液中；然后，經過一定時間，熔化的硅在兩根絲之間凝固，從而形成80mm（毫米）寬、190微米厚的帶狀晶圓；當帶狀晶圓的生長到150mm長時，機器人會依據預先設定的程序，將其切斷，并放入運輸帶中。此操作過程中，選用的就是專屬自定義機械手。
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柔性制造
Kane分別闡述了在太陽能電池制造各個工藝流程中使用機器人的優(yōu)勢。
在太陽能晶片制造過程中，需要對晶圓進行一系列的化學處理。而化學處理工藝成敗的關鍵在于是否能實現(xiàn)晶圓在數臺設備間的靈活傳送。此工藝若沒有高速機器人的協(xié)助是不可能完成。Welch說：“我們在Devens的工廠年產量為160MW/年，每周晶圓的產量為2百萬片。如果生產中我們用人工操作代替機器人，則根本不可能達到現(xiàn)有的產能，也不可能保證生產的連續(xù)性。”
Welch還說：“如果晶片生產中，真的使用人工處理的方法，那生產情況將不能想象。”極薄的太陽能晶圓非常脆弱，極易損壞。如果真的采用人工方法處理，則破損率將相當的高。選用柔性機器人技術就可以很好的解決這個難題。包括ABB,Adept在內的多家機器人制造商的柔性機器人技術，選用的都是伯努利（Bernoulli）夾鉗技術。伯努利夾鉗技術依據的是伯努利（Bernoulli）效應，即利用高速氣流將晶圓懸浮于夾鉗之上，從而形成非接觸式的晶圓加工模式。
在太陽能電池片制造工藝中，EvergreenSolar大量選用了ABB公司和德國曼茲自動化科技股份有限公司(ManzAutomationAG)提供的高速、Delta-style（三角洲風格）的并聯(lián)機器人，并且，其中使用最多的是ABB的靈手（Flexpickers）機器人。Kane介紹說：“EverQ和Devens兩工廠中，我們使用了將近100個并聯(lián)機器人。”生產線上，四軸、三臂的并聯(lián)機器人被架空安裝，它們每分鐘能處理150片晶圓。而且，在視覺技術的幫助下，系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了視覺引導，還同時實現(xiàn)了對產品質量的實時監(jiān)測。用Kane的話說就是：“我們可輕松實現(xiàn)了對裂紋、缺口等質量問題的隨時檢測。”
在電池板組裝工藝中，EvergreenSolar的Devens工廠大量選用了德國Kuka（庫卡）工業(yè)機器人；而EverQ工廠則大量選用了德國REIS(萊斯)工業(yè)機器人。Kane介紹道：“電池板組裝工藝中使用的機器人，多半都是大型、6軸重載機器人。在Devens，我們就有28個6軸機器人。”電池板組裝工藝中之所以選擇重載機器人是因為通常電池板本身就重達30—35磅，而實際生產中又會受末端效應的影響，重量還要大大增加，因此，電池板組裝工藝中必須選用重載型機器人。由于電池板組裝生產線的工序復雜，因此，通常會有多款機器人協(xié)同工作，如有些機器人用于電池板的封裝、固定；有些用于玻璃與電池板的裝配，不同目的，使用不同類型的機器人。
而且在電池板組裝工藝中，Evergreen還充分利用了機器人技術的靈活性，來實現(xiàn)對生產工藝的及時微調。例如：為了適應太陽能電池組件邊緣墊圈的變化，需要修改機器人的磁頭的時候，只需對機器人程序進行適當調整便可簡單實現(xiàn)了。
推動發(fā)展
機器人柔性制造技術對像太陽能等這類剛剛起步、還待完善的新興產業(yè)的發(fā)展顯得尤為重要。Fanuc的LaSelle解釋道：“其實，許多技術、產品在試驗、開發(fā)階段看起來都是完美無比。可是一旦將其真正轉入大批量生產制造階段后，問題和缺陷就會不斷暴露出來。在這種時候，機器人制造商和資深機器人集成商就成為了企業(yè)最有力的幫助者。其中，F(xiàn)anuc對于太陽能等新能源的大力扶持就是最好的證明。”
隨著社會的發(fā)展，機器人不論是用于取代老舊的生產模式，還是用于新興產品線的生產使用，都已經逐漸滲透到了工業(yè)生產的方方面面。雖然，某些生產任務確實也可以選用不使用機器人，但是，有許多生產任務卻只能由機器人來完成，尤其是對速度、靈活性等都要求高的生產任務就更離不開機器人的幫助了。
Adept的Dulchinos說：“隨著太陽能技術的不斷進步，太陽能電池已經被制造的越來越薄，厚度已經從以前的300毫米降至150毫米、甚至更博的程度，而且，由于機器人技術的使用，實現(xiàn)了人工操作時，無法實現(xiàn)的零破損率。”ABB的Busch相當認同這一說法，他談到：“許多太陽能制造商正在嘗試利用我們的靈手（Flexpicker）機器人，將電池厚度降至160mm甚至更薄的程度。”太陽能電池制造業(yè)的發(fā)展趨勢，就是生產過程中使用像靈手（Flexpicker）或Quattros650（Adept的四臂并聯(lián)機器人）這樣的機器人成為一種必然。
太陽能制造商對于機器人的投入通常一年、頂多兩年就可以收回成本。Adept的Dulchinos說：“機器人的使用，可以使企業(yè)在同等生產規(guī)模下，產能翻倍；企業(yè)管理費用減半；同時，還可實現(xiàn)勞動力的節(jié)約，廢品率的降低，產品質量的大幅提高。”
