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    摘要：在過去3年里，光伏產業作為電力行業的領頭羊，發展勢頭一直呈上升趨勢。也正是光伏產業這種迅猛的發展勢頭，誘使了自動化企業爭相加入開發太陽能電池生產控制解決方案的行列中。

    光伏發電在國際市場中一直處于增長趨勢。2008年全球太陽能發電廠裝機容量已經超過4500 MW（兆瓦，MWp），是兩年前的3倍。去年，僅德國太陽能發電廠的裝機容量就達1500MW——而這個容量相當于2006年全球聯網的光伏發電總量。

    太陽是永不落的象征，但是對于依附于太陽的光伏產業卻沒有永不落的神話。歐洲雖然一直是光伏產業的領導者，但其它國家大有后來者居上的意味。目前，光伏市場中，德國市場規模居世界第一，西班牙緊隨其后，美國屈居第三。

    今年全球光伏發電的投資都將有迅猛的增長。未來光伏產業發展的重點將是歐洲南部和美國。美國太陽能產業協會SEIA預計在經濟刺激計劃的大力推動下，今年太陽能產業將有強勁的增長。而且，經濟刺激計劃已為太陽能產業的發展預留了70億美元的資金。不久前，中國還剛剛宣布要在中國西北地區建立世界最大的太陽能發電廠。在阿布達比（Abu Dhabi），半島的第一光伏電站正在興建，它的建成將確保全球首座零碳城市——Masdar市的電力供應。

    技術方面，新興的薄膜電池（使用特殊工藝在玻璃上形成多晶硅薄膜）技術使得太陽能電池板的生產效率得到了大幅的提高。估計到2012年，薄膜電池的市場占有率將從現在的12％增長到23％。雖然，晶圓技術在制造過程中會耗費大量的原材料，但是，迄今為止，晶圓技術仍然是太陽能電池制造技術的主導。

    讓太陽能電池板組裝更容易

    2008年美國的光伏發電量突破了300兆瓦（MW）。但是，在2007年時，僅有160MW，而2006年還不到100MW。隨著光伏發電在公共事業和商業儲電中的普及，光伏產業正迎來更快的發展步伐。根據美國太陽能電力協會Taylor對公共事業的統計，預計在未來5年里將有2500MW電力來自光伏發電。隨著光伏發電向公共事業以及像沃爾瑪這類大型商業用電的普及，越來越多的企業爭相恐后的加入到太陽能電池的制造行列中。

    太陽能電池板表面看起來很簡單，但是，實際制造過程卻相當復雜，只有對多層原材料的尺寸、切割、層壓、密封等多道工藝都做到嚴格精確，才能保證太陽能電池板的優良性能。多層材料中的任意一層在加工中沾染了污垢、灰塵或者受到污染，都將有可能影響整個太陽能電池板的性能。太陽能電池板組裝加工過程的嚴格、精確，是最終產品擁有較強環境適應力的根本保證。
復雜制造

    太陽能電池板的制作過程，主要包括：精確測量、切割、輸送、定位、層壓、絕緣、貼膜等眾多復雜工藝，而且為了防止污染對于像硅酮這類脆弱、昂貴的特殊層，需要額外添加保護膜等防護手段。如果硅層脫落、凸起、或受到嚴重碰撞，則都可能造成電池板組件的裂縫或者破碎。最后，為了增加電池板組件的強度，延長電池的使用壽命，則需要對電池板組件進行裝框、固定。通過整套復雜的工藝，才能制造出將太陽能轉換為可供使用電能的密封電池板。

    位于芝加哥的一家專業制造企業，生產制造從建筑機械到太陽能電池板的各類設備。在最近的一次設備改造中，DMC公司將西門子的太陽能自動化解決方案成功應用于該公司的太陽能電池板生產中。該改造方案選用了西門子317T可編程控制器（PLC）。317T PLC采用了西門子集成運動控制CPU 317T-2 DP技術，此技術在現有標準中央處理器（CPU）的基礎上，增加了強大的運動控制功能。而且，317T PLC還專門配有一個高速閉環控制的協處理器。這不僅保證了317T PLC在執行普通任務時的優異性能，也保證了處理運動控制任務時更快的響應速度。
像制作三明治

    “制作電池板就像制作三明治。不同的是，需要用玻璃面板替代面包做表層；用EVA和絕緣材料替代肉和乳酪做夾心層，最后，將做好的“三明治”太陽能電池板，放入層壓機中密封就可以了，”DMC公司（一家位于芝加哥的自動化工程和軟件服務企業）技術總監Ken Brey解釋說。

    “芝加哥的這家電池板制造企業，在電池板組件的機械切割和組件輸送兩道工序中選用的是一家企業的設備，而在電池板組件的層壓工序中選用了另外一家企業的設備。整個電池板制造過程中使用著并非同一廠家生產的設備。隨著科技的發展，同一條生產線中，同時使用多家廠商生產的設備已經成為一個越來越普遍的現象。西門子標準化的通信模式，確保了不同廠商的設備間快速、無障礙的通信，從而保障企業利益的最大化。”

    像太陽能電池板組裝這樣典型的運動控制系統，一般需要控制2至8個軸。西門子317T PLC最多能控制16個軸。而且，317T PLC除了可實現精確的單軸定位外，還特別適合于復雜的、同步運動序列，如虛擬/實際主設備的耦合、減速器同步、電子凸輪盤、印刷點修正等。

    印刷點套準（registration）在太陽能電池板層壓工藝中尤為重要，是光伏電池薄膜層校準的關鍵。使用西門子STEP 7軟件，只需要一個程序就可以保證印刷點套準，大大方便和簡化了配置和程序編制。

    使用西門子317T PLC的太陽能電池板組裝機，CPU就可以實現對系統運動控制的全面管理。例如，通過4伺服軸就可實現層的精確定位，不需要外加運動控制器，就可以保證設備的高速運轉。而且，通過317T PLC內置的減速器同步和參考點探測，就可實現精確的層套準。
從芯片廠到太陽能電站的成功轉變

    德國不僅僅在光伏發電裝機容量上是世界的領跑者，而且在太陽能制造業中也處于世界的領先地位：全球30％的太陽能電池組件是由德國制造的。德國的太陽能總部設立在Saxony-Anhalt，即所謂的太陽谷中。而在老工業區Bitterfeld-Wolfen，還有幾千人也在從事著太陽能產業。整個德國共有超過4.2萬人正在從事著與太陽能有關的工作。在德國，太陽能研究和開發市場競爭都異常激烈：僅2008年投資額就超過2億歐元，并有超過50家的科研院所參與了太陽能的開發和利用。在節能減排、石油資源日益枯竭、環保先行等巨大社會壓力下，太陽能產業發展日益蓬勃。太陽能產業發展的相關數據都是由德國“Bundesverband der Solarwirtschaft”（太陽能產業聯盟）和瑞士Sarasin資產管理銀行統計分析得到的。并且，他們估計太陽能產業在2012年將呈現兩位數的增長態勢。

    隨著人們對光伏發電認可度的不斷提升，以及對光伏發電量需求的不斷增加，使得多晶硅需求量呈現迅猛增長的勢頭。伴隨產業規模的壯大，太陽能電池生產控制系統的要求也發生著不斷的變化。日前，太陽能企業對系統集成和設備整合的呼聲越來越高。

    一攬子設施

    德國Conergy 公司是在歐洲居于領先地位的太陽能企業，也是太陽能系統集成領域內的全球領先供應商。在法蘭克福，該公司將以前的一個芯片生產廠轉變為世界上最先進的太陽能電站。該電站于 2007 年夏天開始運行，并將于 2009 年達到其最大發電能力250 兆瓦。

    Conergy位于法蘭克福的新太陽能電站成為太陽能行業的一個標桿，它將從晶片到光伏組件的所有生產步驟集成到一個完全連續的設計中。Conergy太陽能電站包括一個完全集成的晶片、電池和電池組件生產裝置。Conergy 投資了大約2.5億歐元。這一采用最新技術的生產設施可非常高效地批量生產光伏系統，幫助 Conergy 保持競爭優勢。

    通過將生產和研發活動緊密集成在一起而取得協同作用，Conergy 正在追求著雄心勃勃的創新目標，例如，將單晶硅太陽能組件的效率提高到 17 % 以上。 Conergy將內部生產設計與生產單元安排在一起以縮短輸送距離。設施采用高自動化等級有助于降低輸送過程中敏感性電池的破損。 所使用的設備要進一步實現操作效率和硅消耗量方面的改進。 目前，生產中使用了厚度為 200 微米的電池，但Conergy的目標是將電池厚度降低到160微米或更低。

    緊迫的時間安排

    用于新裝置的設備必須在富于挑戰性背景下交付和安裝。首先，從技術角度看，用于將各種系統集成到設施內的解決方案相當復雜。其次，該項目必須在非常緊迫的時間內完成：從發出訂單到完工僅 7 個月時間。其中還包括通過較為復雜的接口來集成多個設備。但實際表明，這一任務對于 M+W Zander、西門子和 Conergy 的技術項目團隊來說只是一個很小的挑戰。 

     M+W Zander 委托西門子公司交付用于整個過程基礎設施的自動化技術。該套系統還包括過程冷卻裝置、空調系統、真空系統、熱水加熱和分配系統和化學品供應系統。