- 太陽能電池產(chǎn)能提升
- 使用機(jī)器人成為一種必然
- 太陽能發(fā)電裝機(jī)容量2012年將達(dá)100到150億瓦
伴隨太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的不斷升溫，機(jī)器人供應(yīng)商終于看到了發(fā)展的契機(jī)和光明的未來。
Kuka機(jī)器人公司的Marioni說：“太陽能光伏市場的迅速升溫，對(duì)我來說是個(gè)莫大的刺激，我想：“哇，這是個(gè)多酷的商機(jī)啊，不知道其他商家是否也有同樣的預(yù)感。””果然不出Marioni的料想，各大頂級(jí)太陽能制造商為了提高生產(chǎn)率、增加靈活性、降低成本，不約而同的都選擇了機(jī)器人制造技術(shù)，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(yù)想到太陽能行業(yè)機(jī)器人的需求量能與汽車行業(yè)機(jī)器人的需要量相抗衡。長久以來，汽車行業(yè)一直處于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心地位，即便是在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)衰退的情況下，汽車行業(yè)的機(jī)器人訂單仍然占有整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)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(jī)器人供應(yīng)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(dǎo)機(jī)器人供應(yīng)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(shè)計(jì)、推出了一款名為AdeptSolaris的高速自動(dòng)化組裝生產(chǎn)線。關(guān)于機(jī)器人技術(shù)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(yù)計(jì)在未來的兩、三年內(nèi)，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(shí)之士，無不堅(jiān)信機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也必將迎來發(fā)展的春天。美國加州,LAKEFOREST的Fanuc機(jī)器人美國公司西部辦事處總經(jīng)理RushLaSelle就指出：“太陽能行業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)需求的增長速度著實(shí)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(dòng)化機(jī)器人技術(shù)的使用已經(jīng)貫穿于整個(gè)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)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(gè)工藝流程中無處不見柔性自動(dòng)化機(jī)器人技術(shù)的身影。而對(duì)于許多剛剛起步的太陽能制造企業(yè)來說，機(jī)器人供應(yīng)商不僅可以為其提供優(yōu)良的生產(chǎn)設(shè)備，還可以為其帶來豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。美國莫托曼（MotomanInc.）機(jī)器人有限公司市場研究部經(jīng)理DanShumaker談到：“我們已經(jīng)在眾多平板制造領(lǐng)域（例如，TV面板）積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)于成功指導(dǎo)太陽能電池板的制造必將是非常有益的。”
機(jī)器人制造商已經(jīng)為爭奪太陽能市場的做好了充分的準(zhǔn)備，每個(gè)人都虎視眈眈的盯緊著這塊極具發(fā)展?jié)摿Φ拇蟮案狻Ｔ诋?dāng)前經(jīng)濟(jì)低迷和信貸緊縮的大環(huán)境下，太陽能產(chǎn)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(jì)劃。據(jù)行業(yè)觀察員統(tǒng)計(jì)，雖然，太陽能電池安裝數(shù)量一直呈上升趨勢，但最近太陽能行業(yè)已經(jīng)明顯出現(xiàn)供大于求的狀況，太陽能價(jià)格的下行壓力加大。但是，不論目前狀況如何，多數(shù)人仍然對(duì)太陽能制造業(yè)的長期發(fā)展前景持樂觀態(tài)度。根據(jù)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(wù)提供商）的統(tǒng)計(jì)顯示：2007年世界太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量又創(chuàng)歷史新高，達(dá)到28億瓦，比2006年增長了62％。
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而且據(jù)某些行業(yè)觀察員預(yù)計(jì)，世界太陽能發(fā)電裝機(jī)容量在2012年將驟升到100到150億瓦。
太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)是“電網(wǎng)平價(jià)（gridparity）”，即在不需要補(bǔ)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(dāng)甚至更低的程度。業(yè)界專家認(rèn)為，想要實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)平價(jià)”還需要數(shù)年的時(shí)間。其中，美國前總統(tǒng)布什就曾預(yù)計(jì)，美國將在2015年實(shí)現(xiàn)太陽能的“電網(wǎng)平價(jià)”，其他國家也有類似或早或晚的預(yù)計(jì)。雖然現(xiàn)在暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)平價(jià)”的目標(biāo)，但是，這并不會(huì)減緩太陽能產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張和太陽能技術(shù)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(jīng)理KevinSteele說：“從長遠(yuǎn)來看，太陽能電網(wǎng)平價(jià)的目標(biāo)必將實(shí)現(xiàn)。而一旦實(shí)現(xiàn)了“電網(wǎng)平價(jià)”的格局，太陽能產(chǎn)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(dòng)了自動(dòng)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(jīng)濟(jì)（economyofscale）的實(shí)現(xiàn)，獨(dú)有技術(shù)優(yōu)勢的形成。對(duì)此，Marion談到：“許多太陽能制造企業(yè)連廠房都未建成，就已經(jīng)獲得了幾年的生產(chǎn)訂單。也正是這種太陽能產(chǎn)業(yè)獨(dú)特的發(fā)展模式，迫使太陽能制造企業(yè)不論是廠房建設(shè)、自動(dòng)化投入、還是產(chǎn)品生產(chǎn)都需要爭分奪秒。”
在政府的慷慨補(bǔ)貼和政策的大力扶持下，德國形成了世界上最發(fā)達(dá)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(xiàng)太陽能扶持政策的試點(diǎn)州）?，F(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(cái)政計(jì)劃中，加大對(duì)可替代能源（包括太陽能）技術(shù)的投入。
ABB機(jī)器人有限公司太陽能行業(yè)全球銷售經(jīng)理CarstenBusch認(rèn)為：“據(jù)我的了解，對(duì)于太陽能發(fā)電的利用，美國遲早將成為世界的領(lǐng)頭羊。而具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)間很大程度上要取決于政府的政策。”Busch認(rèn)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(chǎn)能力都只有10—20MW（兆瓦）/年。短短幾年時(shí)間里，許多太陽能電池制造企業(yè)已經(jīng)由原來的小規(guī)模試驗(yàn)、中規(guī)模試制，逐漸向大規(guī)模批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，其年生產(chǎn)能力可以達(dá)到50—200MW/年。Busch強(qiáng)調(diào)說：“如果企業(yè)下一步想繼續(xù)提高產(chǎn)能，則必須加大生產(chǎn)規(guī)模、提高生產(chǎn)線上的自動(dòng)化水平。”
提升產(chǎn)能
太陽能電池產(chǎn)能的大幅提升，與新技術(shù)、新工藝的采用有著非常大的關(guān)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(diǎn)。
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(chǎn)技術(shù)——StringRibbon技術(shù)（由麻省理工學(xué)院的學(xué)者艾曼紐爾?薩克斯發(fā)明），該技術(shù)的應(yīng)用使得太陽能電池生產(chǎn)的產(chǎn)能得到了大幅度的提高。
EvergreenSolar曾在Marlboro設(shè)立了一個(gè)前沿研發(fā)中心，多年來，其年生產(chǎn)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(shù)、新工藝的不斷商業(yè)化，太陽能電池的產(chǎn)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(gè)世界頂級(jí)太陽能產(chǎn)品制造商的形成了三方合作關(guān)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(chǎn)線正是投入使用，可實(shí)現(xiàn)晶圓、電池的生產(chǎn)以及電池板的組裝，年產(chǎn)量達(dá)30MW/年。隨后的2007年第二條年產(chǎn)量達(dá)60MW/年的生產(chǎn)線投入使用。目前，第三條年產(chǎn)量達(dá)80MW/年的生產(chǎn)線也正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)今年年內(nèi)投入使用。
而且，與此同時(shí)，EvergreenSolar還在美國本土馬薩諸塞州的Devens設(shè)立了獨(dú)資工廠。該獨(dú)資工廠設(shè)計(jì)產(chǎn)能為160MW，一期工程產(chǎn)能為80MW，預(yù)計(jì)一季度末實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)；二期也為80MW，預(yù)計(jì)二季度末實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)。
大多數(shù)太陽能制造企業(yè)僅僅涉足太陽能電池生產(chǎn)中晶圓生長（wafergrowth）、晶片制造和模組封裝三大生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。而EvergreenSolar公司不僅能實(shí)現(xiàn)三大環(huán)節(jié)的全集成制造，還在三大生產(chǎn)環(huán)節(jié)中全面采用了機(jī)器人制造技術(shù)。
EvergreenSolar公司的資深技工PeterKane介紹了生產(chǎn)線上機(jī)器人技術(shù)的使用情況。在整個(gè)生產(chǎn)流程中，EvergreenSolar公司選用了的大量標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化工業(yè)機(jī)器人，以及針對(duì)特殊工藝流程的專屬機(jī)器人。例如；使用專利StringRibbon技術(shù)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(jīng)過一定時(shí)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(dāng)帶狀晶圓的生長到150mm長時(shí)，機(jī)器人會(huì)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，將其切斷，并放入運(yùn)輸帶中。此操作過程中，選用的就是專屬自定義機(jī)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(gè)工藝流程中使用機(jī)器人的優(yōu)勢。
在太陽能晶片制造過程中，需要對(duì)晶圓進(jìn)行一系列的化學(xué)處理。而化學(xué)處理工藝成敗的關(guān)鍵在于是否能實(shí)現(xiàn)晶圓在數(shù)臺(tái)設(shè)備間的靈活傳送。此工藝若沒有高速機(jī)器人的協(xié)助是不可能完成。Welch說：“我們?cè)贒evens的工廠年產(chǎn)量為160MW/年，每周晶圓的產(chǎn)量為2百萬片。如果生產(chǎn)中我們用人工操作代替機(jī)器人，則根本不可能達(dá)到現(xiàn)有的產(chǎn)能，也不可能保證生產(chǎn)的連續(xù)性。”
Welch還說：“如果晶片生產(chǎn)中，真的使用人工處理的方法，那生產(chǎn)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(dāng)?shù)母?。選用柔性機(jī)器人技術(shù)就可以很好的解決這個(gè)難題。包括ABB,Adept在內(nèi)的多家機(jī)器人制造商的柔性機(jī)器人技術(shù)，選用的都是伯努利（Bernoulli）夾鉗技術(shù)。伯努利夾鉗技術(shù)依據(jù)的是伯努利（Bernoulli）效應(yīng)，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(dòng)化科技股份有限公司(ManzAutomationAG)提供的高速、Delta-style（三角洲風(fēng)格）的并聯(lián)機(jī)器人，并且，其中使用最多的是ABB的靈手（Flexpickers）機(jī)器人。Kane介紹說：“EverQ和Devens兩工廠中，我們使用了將近100個(gè)并聯(lián)機(jī)器人。”生產(chǎn)線上，四軸、三臂的并聯(lián)機(jī)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(shù)的幫助下，系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了視覺引導(dǎo)，還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。用Kane的話說就是：“我們可輕松實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂紋、缺口等質(zhì)量問題的隨時(shí)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(jī)器人；而EverQ工廠則大量選用了德國REIS(萊斯)工業(yè)機(jī)器人。Kane介紹道：“電池板組裝工藝中使用的機(jī)器人，多半都是大型、6軸重載機(jī)器人。在Devens，我們就有28個(gè)6軸機(jī)器人。”電池板組裝工藝中之所以選擇重載機(jī)器人是因?yàn)橥ǔｋ姵匕灞旧砭椭剡_(dá)30—35磅，而實(shí)際生產(chǎn)中又會(huì)受末端效應(yīng)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(jī)器人。由于電池板組裝生產(chǎn)線的工序復(fù)雜，因此，通常會(huì)有多款機(jī)器人協(xié)同工作，如有些機(jī)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(jī)器人。
而且在電池板組裝工藝中，Evergreen還充分利用了機(jī)器人技術(shù)的靈活性，來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝的及時(shí)微調(diào)。例如：為了適應(yīng)太陽能電池組件邊緣墊圈的變化，需要修改機(jī)器人的磁頭的時(shí)候，只需對(duì)機(jī)器人程序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整便可簡單實(shí)現(xiàn)了。
推動(dòng)發(fā)展
機(jī)器人柔性制造技術(shù)對(duì)像太陽能等這類剛剛起步、還待完善的新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯得尤為重要。Fanuc的LaSelle解釋道：“其實(shí)，許多技術(shù)、產(chǎn)品在試驗(yàn)、開發(fā)階段看起來都是完美無比?？墒且坏⑵湔嬲D(zhuǎn)入大批量生產(chǎn)制造階段后，問題和缺陷就會(huì)不斷暴露出來。在這種時(shí)候，機(jī)器人制造商和資深機(jī)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(duì)于太陽能等新能源的大力扶持就是最好的證明。”
隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)器人不論是用于取代老舊的生產(chǎn)模式，還是用于新興產(chǎn)品線的生產(chǎn)使用，都已經(jīng)逐漸滲透到了工業(yè)生產(chǎn)的方方面面。雖然，某些生產(chǎn)任務(wù)確實(shí)也可以選用不使用機(jī)器人，但是，有許多生產(chǎn)任務(wù)卻只能由機(jī)器人來完成，尤其是對(duì)速度、靈活性等都要求高的生產(chǎn)任務(wù)就更離不開機(jī)器人的幫助了。
Adept的Dulchinos說：“隨著太陽能技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能電池已經(jīng)被制造的越來越薄，厚度已經(jīng)從以前的300毫米降至150毫米、甚至更博的程度，而且，由于機(jī)器人技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了人工操作時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)的零破損率。”ABB的Busch相當(dāng)認(rèn)同這一說法，他談到：“許多太陽能制造商正在嘗試?yán)梦覀兊撵`手（Flexpicker）機(jī)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(chǎn)過程中使用像靈手（Flexpicker）或Quattros650（Adept的四臂并聯(lián)機(jī)器人）這樣的機(jī)器人成為一種必然。
太陽能制造商對(duì)于機(jī)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(jī)器人的使用，可以使企業(yè)在同等生產(chǎn)規(guī)模下，產(chǎn)能翻倍；企業(yè)管理費(fèi)用減半；同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力的節(jié)約，廢品率的降低，產(chǎn)品質(zhì)量的大幅提高。”
