CN114420791A - 一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置 - Google Patents

一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置，涉及太阳能电池生产技术领域，其中无间歇稳态焊接方法包括以下步骤：将放置有焊带和工装的待焊电池片置于传送线上连续输送，工装用于压住位于待焊电池片上的焊带，在第一区域预热待焊电池片，在第二区域加热并使待焊电池片升温，在第三区域加热并使待焊电池片上的焊带熔化，在第四区域冷却并使待焊电池片上的焊带凝固；移除工装，获得已焊电池片，连续输送已焊电池片。本发明针对太阳能电池片加热焊接方法中加热元件和被加热对象均处在动态变化中而导致良品率和设备稼动率难以提升等问题提出新颖的解决方案，能够实现无间歇稳态焊接，有助于稳定加热和改善焊接区域的温度均匀度。

Description

一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，具体涉及一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置。
背景技术
目前太阳能电池片制造行业在太阳能电池片串焊技术方面仍存在提升空间，串焊机的工作效率和效果直接影响着光伏电池板的质量，而现有的串焊机加热方式仍难以确保较高的良品率，焊接区域温度波动或不均匀容易导致电池片存在虚焊，严重时导致裂片、停机和返修，难以提高串焊设备的稼动率；现有串焊机加热方法存在不稳定性，不利于形成稳定加热条件，加热元件需要运动或调节加热功率的高低，加热元件和被加热对象即太阳能电池片均处在动态变化中，加热焊接方法自身存在本质上的不稳定因素，而为了减轻不利影响则延长了焊接时间，或需要电池片在焊接区域停顿，限制了产能提升。
发明内容
针对现有太阳能电池片加热焊接方法中加热元件和被加热对象均处在动态变化中而导致良品率和设备稼动率难以提升的技术问题，本发明提供的一种太阳能电池片的无间歇稳态焊接方法及装置，能够实现无间歇稳态的加热焊接方式，加热元件和被加热对象均处在稳态工作状态下，有助于稳定加热和改善焊接区域的温度均匀度，从而提升良品率和设备稼动率。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
无间歇稳态焊接方法，用于太阳能电池片的焊接，包括以下步骤：将放置有焊带和工装的待焊电池片置于传送线上连续输送，所述工装用于压住位于所述待焊电池片上的所述焊带，在第一区域预热所述待焊电池片，在第二区域加热并使所述待焊电池片升温，在第三区域加热并使所述待焊电池片上的焊带熔化，在第四区域冷却并使所述待焊电池片上的焊带凝固；移除所述工装，获得已焊电池片，连续输送所述已焊电池片。待焊电池片在传送线上连续输送并依次连续通过第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。
可选地，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度均为独立控制，所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第一区域的温度。
可选地，所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第四区域的温度。
可选地，还包括将电池片输送到焊带敷设组件处，在电池片上敷设焊带。一片电池片的背面压在焊带一端上，焊带的另一端敷设在相邻的另一片电池片的正面上。
可选地，还包括在带有焊带的电池片上投放工装。
可选地，还包括监测并发送所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度和/或所述待焊电池片的温度到控制器。
可选地，所述第二区域和所述第三区域相邻设置于半封闭空间内。
可选地，还包括向所述半封闭空间内送风和/或从所述半封闭空间排风。
为实现本发明的目的，本发明还提供无间歇稳态焊接装置，用于执行所述的无间歇稳态焊接方法，包括：传送线，用于连续输送放置有焊带和工装的待焊电池片；加热器，用于预热所述待焊电池片、加热并使所述待焊电池片升温或加热并使所述待焊电池片上的焊带熔化。待焊电池片经过所述加热器后成为已焊电池片，所述已焊电池片上的焊带在所述加热器之外冷却并凝固。焊带熔化时，焊带上锡合金涂层到达熔点，锡合金涂层由固态转为液态。
可选地，所述加热器连接有送风设备，所述加热器上设有排风口。
可选地，还包括用于冷却并使所述待焊电池片上的焊带凝固的温度调节设备。
可选地，还包括与所述加热器连接的控制器。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)通过使用工装固定焊带确保焊带在电池片上的位置稳定，有效改善焊接质量，加热元件无需接触焊带，免除加热元件的移动；
(2)通过在多个区域实现加热焊接的全过程温度变化，免除加热元件的加热功率升降，无需调节加热功率的高低去实现不同加热温度，电池片只需连续通过第一区域、第二区域、第三区域和第四区域即可实现稳定加热和均匀加热，保持电池片的稳态连续运动，避免了加热焊接过程中的不稳定因素；
(3)将加热焊接过程分配到第一区域、第二区域、第三区域和第四区域来分别实施，第一区域、第二区域、第三区域和第四区域的温度可以稳定控制并保持均匀，第一区域、第二区域、第三区域和第四区域为太阳能电池片焊接提供比较稳定的温度场，电池片、传送线和工装均处于稳态系统之中，降低控制难度和部件因频繁动作而发生失效的概率；
(4)第一区域、第二区域、第三区域和第四区域均为独立控温，可采用PID闭环温度控制，减少不稳定因素，更易于适应不同产品切换时的温度设置，焊接方法适应性更广，可扩展空间更大，适用于TOPcon、HJT、IBC、叠瓦、MBB以及叠加技术电池片，加热元件无需设计较大的功率范围，无需快速升降加热功率，加热元件稳定加热，不易损坏，也降低了对于加热元件的功率需求，加热元件的可靠性要求更容易满足，总体上仍能降低成本；
(5)通过设置不同区域的温度来实现电池片的预热、升温、焊带熔化和焊带凝固，更易于实施，可采用各种加热元件或温度调节设备；在连续传输电池片的同时同步进行焊接操作，电池片不会停顿等待焊接，实现了无间歇稳态焊接过程，适用于6000片每小时的产能要求；
(6)半封闭空间有助于第二区域和第三区域的温度稳定控制和温度均匀度，可改善隔热效果，不易受外界因素干扰，同时也不影响传送线输送电池片通过第二区域和第三区域；
(7)通过向所述半封闭空间内送风，强化第二区域和第三区域内的全部或部分气体流动和传热效果，可改善温度均匀度，通过从所述半封闭空间排风，可排出焊接过程可能产生的烟尘，从而进一步改善焊接质量，避免不良影响，提升良品率。
附图说明
图1为本发明实施例提出的无间歇稳态焊接装置结构示意图；
图2为本发明实施例提出的无间歇稳态焊接装置侧视图。
附图标记：1、支承架；2、隔热板；3、从动辊；4、主动辊；5、驱动轴；6、加热板；7、传送线；8、张紧部；9、防偏部；10、主加热器；11、电池片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明实施例提供一种无间歇稳态焊接方法，用于太阳能电池片的焊接，包括以下步骤：将放置有焊带和工装的待焊电池片置于传送线上连续输送，所述工装用于压住位于所述待焊电池片上的所述焊带，在第一区域预热所述待焊电池片，在第二区域加热并使所述待焊电池片升温，在第三区域加热并使所述待焊电池片上的焊带熔化，在第四区域冷却并使所述待焊电池片上的焊带凝固；移除所述工装，获得已焊电池片，连续输送所述已焊电池片。连续输送为连续单一动作，例如是传送线的匀速运动、稳定连续步进等连续、均匀和稳定的运行方式，传送线的控制更加稳定，设备可靠性有所改善，不易损坏，维护要求降低，延长维护周期，生产效率更高，有助于实现超高速焊接，可适应电池片生产线两轨并行每小时6000片产能要求。其中“稳态”属于传热学概念，即在所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域均保持稳定的温度分布并维持稳定的传热速率，由于电池片的连续输送，电池片通过连续的预热和升温使得焊带和电池片受热后也达到一定的温度，在第三区域焊带顺利达到熔化温度，整个过程都在稳态环境下进行。所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度均为独立控制，且采用了稳态控制方法，以温度数值作为稳态标志信号进而输出控制量，优选为PID控温(比例-积分-微分控制)，通过稳态控制实现稳态传热和稳态环境，所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第一区域的温度。所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域各自的温度若超过波动范围则启动装置急停程序，第二区域的温度和第三区域的温度与所述第一区域的温度的差值若超过波动范围也可触发装置急停程序，及时发现异常，避免出现因温度大幅波动而影响焊接质量，减少不良品和返修工作。根据不同产品的生产工艺需要，可增设第五区域和第六区域或更多区域，使得电池片的受热更加均匀，温度升降更加平缓柔和。
所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第四区域的温度。焊带上的液体焊锡在第四区域凝固完成电池片的焊接，已焊电池片散发的热量被转移，可通过温度调节设备对第四区域的温度进行调节，维持焊接过程处于稳定的温度场中。所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域依次相邻设置。待焊电池片在传送线上连续输送并依次连续通过第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。
无间歇稳态焊接方法还包括将电池片连续输送到焊带敷设组件处，在电池片上敷设焊带。借助机械自动化敷设实现焊带的准确敷设，以配合焊接装置确保焊接质量。
无间歇稳态焊接方法还包括在带有焊带的电池片上投放工装。带有焊带的电池片被连续输送到工装投放设备处，机械自动化投放可实现工装的准确投放，工装可准确压住电池片上的焊带，但焊带并未被完全覆盖，在避免焊带偏移的同时仍允许焊带顺利受热。
无间歇稳态焊接方法还包括监测并发送所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度和/或所述待焊电池片的温度到控制器。控制器为至少一个，以增加控制冗余度，控制器优选为自抗扰控制器。
优选地，所述第二区域和所述第三区域相邻设置于半封闭空间内。有助于形成保温结构，第二区域和第三区域的温度场更加稳定和均匀。
无间歇稳态焊接方法还包括向所述半封闭空间内送风和/或从所述半封闭空间排风。送风可以是热风，半封闭空间内未安装发热体时，可通过热风直接提供焊带熔化的热量；当半封闭空间内安装了发热体时，热风温度低于半封闭空间内的温度，该热风并不直接朝向或接触所述发热体，送入半封闭空间内的热风可用于保护加热器的壳体，避免壳体上热量积聚而损坏，热风在半封闭空间内的发热体上方形成温度缓冲层，起到更好的保温作用。从所述半封闭空间排风可排出焊锡熔化过程中可能产生的烟尘，减少不利影响，同时也能有助于半封闭空间内的气体流动和热量分散，有利于改善传热和温度均匀度，在稳态条件下支持焊接过程适应超高速生产。
本发明实施例还提供如图1和2所示的无间歇稳态焊接装置，用于执行所述的无间歇稳态焊接方法，包括：传送线，用于连续输送放置有焊带和工装的待焊电池片，传送线可以是连续输送机、连续传送带、带式输送机、辊式输送机或链条输送机，还可以是中国实用新型CN211944996U所公开的输送机；传送线包括至少两个支承架和位于传送线两端的主动辊和从动辊，主动辊中心具有驱动轴，驱动轴连接电机，电机连接有变频器和电机控制器，可根据产能需要调整主动辊转速，主动辊可以在驱动轴的带动下稳定转动，从而带动从动辊转动，靠近从动辊的支承架上固定有张紧部，张紧部与从动辊连接，主动辊附近设置有防偏部，支承架上还安装有隔热板，位于传送线上的太阳能电池片可以被连续输送；加热器，用于预热待焊电池片、加热并使待焊电池片升温或加热并使待焊电池片上的焊带熔化；待焊电池片经过加热器后成为已焊电池片，已焊电池片上的焊带在加热器之外冷却并凝固。加热器包括主加热器和加热板，多块加热板位于隔热板上方，主加热器安装于传送线的中部上侧，主加热器的位置可在传送线上调整，加热板设于主加热器的两侧，主加热器的一侧为第一区域，主加热器的另一侧为第四区域，优选地，加热板包括均热板和发热源，发热源例如是电阻、电热丝、电加热棒、石墨烯发热膜、碳纤维发热线或陶瓷加热片，主加热器可连接有送风设备(图中未示出)，主加热器上设有排风口，排风口与电池片上方空间连通，或者排风口朝向电池片通过区域，排风口连接引风机，主加热器为覆盖于传送线上的半封闭结构，主加热器中包含了第二区域和第三区域，传送线上的电池片可以是穿过主加热器，也可以在主加热器下方通过，主加热器的壳体由隔热材料制成，壳体内可设置发热体或不设发热体，壳体内固定安装的发热体可以是金属加热棒、红外灯管或陶瓷加热管，优选为红外灯管，当采用红外灯管时，红外灯管附近设置有反光罩，反光罩可将尽量多的红外线折射到焊带上，反光罩也可对壳体起到保护作用，避免壳体过热，反光罩衬在壳体上，使得主加热器形成了至少两层空间，反光罩与壳体之间的空间成为温度缓冲层，对于反光罩下方的温度起到保温作用，可形成更加稳定的温度场。
主加热器和加热板均连接有PID控制器或自抗扰控制器，控制器连接温度探头，温度探头可以是热电阻、热电偶或红外温度传感器，温度探头设置于主加热器内和加热板附近，主加热器和每块加热板均可独立控制加热功率，可实施温度闭环控制，在设置温度后可获得相对恒定的加热温度。还设置有用于冷却并使所述待焊电池片上的焊带凝固的温度调节设备(图中未示出)。
在其他实施方式中，主加热器设置为两个及以上，主加热器中分别包含第一区域、第二区域和第三区域，而第四区域位于主加热器外侧，第四区域的温度由温度调节设备控制。
在其他实施方式中，加热板设置有多个，第一区域、第二区域、第三区域和第四区域均位于加热板上方，在第二区域和第三区域还设置有位于加热板上方的主加热器。根据不同产品的生产工艺需要，可增设第五区域和第六区域或更多区域，使得电池片的受热更加均匀，温度升降更加平缓柔和。
无间歇稳态焊接装置工作原理：无间歇稳态焊接装置被安装于温度稳定的室内环境，启动装置，主加热器和所需使用的加热板上电，待室内温度进入稳态后，放置有焊带和工装的待焊电池片被传送到传送线上，传送线连续输送该待焊电池片通过加热板和主加热器，向主加热器中送风并同时排风，该待焊电池片被加热板传递的热量预热、加热并升温，该待焊电池片上的焊带被加热并熔化，焊带上形成了饱满的焊珠，离开主加热器后，焊带的热量散发到室内环境中，随后熔化的焊带被冷却并凝固，使焊带与电池片形成牢固的连接，已焊电池片上的工装被移除，工装可以是夹具、治具等适用工具，还可以是中国实用新型CN211728080U所公开的压网夹具；已焊电池片被连续输送到下一工序，整个无间歇稳态焊接装置处于稳态环境中，可通过温度探头和控制器监测装置各个部位的温度值以实时监控稳态相关参数。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.无间歇稳态焊接方法，其特征在于，用于太阳能电池片的焊接，包括以下步骤：
将放置有焊带和工装的待焊电池片置于传送线上连续输送，所述工装用于压住位于所述待焊电池片上的所述焊带，
在第一区域预热所述待焊电池片，
在第二区域加热并使所述待焊电池片升温，
在第三区域加热并使所述待焊电池片上的焊带熔化，
在第四区域冷却并使所述待焊电池片上的焊带凝固；
移除所述工装，获得已焊电池片，连续输送所述已焊电池片。
2.根据权利要求1所述的无间歇稳态焊接方法，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度均为独立控制，所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第一区域的温度。
3.根据权利要求1或2所述的无间歇稳态焊接方法，所述第二区域的温度和第三区域的温度均高于所述第四区域的温度。
4.根据权利要求3所述的无间歇稳态焊接方法，还包括将电池片输送到焊带敷设组件处，在电池片上敷设焊带。
5.根据权利要求4所述的无间歇稳态焊接方法，还包括在带有焊带的电池片上投放工装。
6.根据权利要求5所述的无间歇稳态焊接方法，还包括监测并发送所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域的温度和/或所述待焊电池片的温度到控制器。
7.根据权利要求3所述的无间歇稳态焊接方法，所述第二区域和所述第三区域相邻设置于半封闭空间内。
8.根据权利要求7所述的无间歇稳态焊接方法，还包括向所述半封闭空间内送风和/或从所述半封闭空间排风。
9.无间歇稳态焊接装置，其特征在于，用于执行如权利要求1至8任一项所述的无间歇稳态焊接方法，包括：
传送线，用于连续输送放置有焊带和工装的待焊电池片；
加热器，用于预热所述待焊电池片、加热并使所述待焊电池片升温或加热并使所述待焊电池片上的焊带熔化。
10.根据权利要求9所述的无间歇稳态焊接装置，所述加热器连接有送风设备，所述加热器上设有排风口。
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