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          自動化清洗技術在光伏發電產業中的應用

                硅是重要的半導體材料,在光伏技術飛速發展的今天,利用硅材料所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為電能。截至2016年底,我國光伏發電新增裝機容量3454萬千瓦,累計裝機容量7742萬千瓦,新增和累計裝機容量均為全球第一。光伏組件的自動化生產,對我國改善能源發展環境,推進能源生產和利用有諸多戰略意義。

           光伏發電示意圖
          硅料清洗的必要性及現狀
               在生產太陽能單晶、多晶硅片的過程中,通過切割、加工等工序,將圓柱硅料切方,會產生頭尾邊皮和各類殘余料。其表面在加工過程中殘留了切割液、金屬離子、指紋等各類雜質。
           
               企業為追求精益化生產,往往會選擇回收廢料,二次制作成純凈的硅棒。這些廢料需要進行收集、清洗、回爐、熔煉等工序,對硅料潔凈度要求極高(雜質率≤0.05%),一旦殘余料中溶入了雜質,回爐燒結過程中會污染整爐硅棒,并無法可靠檢測,后續工藝制成的電池組對太陽能電站的發電效率影響極大(約降低發電效率的8%~12%)。
               所以,在太陽能電池板的制取過程中,硅料的清洗是核心工藝,直接影響光伏發電的性能。在實際生產過程中,為了保持硅料的潔凈水平,工人必須穿戴潔凈服、手套、面罩等衣物,防止污染產品,操作極其繁瑣。清洗硅料用到的硝酸、氫氟酸、氫氧化鈉等強酸強堿化學品,在反應過程中會產生氮氧化物氣體,不但損害工人身體健康,清洗潔凈度由于人為操作的因素也無法保證,效率更是無從談起。對于生產企業來講,所產生的廢水廢料還面臨著嚴峻的環保問題。
           
          自動化清洗技術的實際應用
               為去除硅料表面的筆跡、膠印、灰塵、金屬離子等雜質,該技術集成了超聲波、堿洗、水洗等工藝。在傳統的清洗工序中,膠印的清理,極大的增加了工人的勞動強度,不同于常規清洗,該技術的特色是可通過自動化毛刷洗去膠印。膠印的來源是部分生產企業為硅棒添加了溯源標簽,粘貼于切割面上。
           
          設備自保護及兼容性
               為防止堿洗液及酸洗液對設備造成腐蝕,采用不銹鋼304鋼板(δ2.0mm)包覆,接觸面、輸送輥道采用PP板(δ5.0mm)做內襯(PP板可同時耐酸堿),各類管路使用PP-R材質,能有效延長設備使用周期。該設備根據工藝需要,不僅可進行堿洗,同時兼容硅料酸洗。
           
          酒精、超聲、清水全方位自動化清洗工藝
               第一道:酒精刷洗利用“相似相溶”的原理能溶解油性記號筆的筆跡,因為酒精毒性較小,易于回收,價格較低,所以選取酒精作為洗液。在酒精主槽內,用自動化毛刷刷洗硅料表面;同時酒精具有減小膠水附著力的功能,通過物理刷洗可去除膠印;
               第二道:超聲堿洗,通過超聲波的震蕩、爆破、剝離作用去除硅料表面的硬性雜質。
               第三道:清水噴淋漂洗,不同于傳統的浸泡清洗方式。原因:在水槽中直接漂洗,硅料出水面時,水面上的雜質會附著在硅料上。噴淋漂洗時,直接沖走雜質,污水經過數層濾芯的過濾可重復使用。
           
          超柔性及擴展性
               各清洗槽及配件以模塊化設計為主,預留各類接口,采用組合式框架結構。根據需要改進工藝后,新增的機械結構可以融合至現有的設備中。堿洗機清洗槽全部用PP板制造,堿洗中可以加入酸洗工藝。
           
          安全防護及可持續性
               整線全密封操作,廢棄液體統一回收處理。酒精操作工序密閉,空氣接觸量少,酒精循環泵采用氣動隔膜泵,無電源,不具備引燃條件;在酒精主槽入料時,輔助排風管,風機吸收酒精揮發的氣體,氣體引入至水槽,被水稀釋。并配有酒精回收裝置,是防爆型設備,不規劃在車間內,獨立放置,安全系數高。
           
          自動化清洗技術拓展化應用前景
               硅料清洗自動化技術的實現,是北鋼聯在光伏新能源產業的又一技術突破。通過應用新工藝、新設備,提高了硅料的清洗質量和效率,降低了用工成本及勞動強度,單線清洗效率可達4.8T/天,1名工人可同時監控3條自動化清洗線,并減少了清洗液的浪費,達到環保無污染的要求。該技術還具有極大的發展潛力,不僅適用于硅料清洗,還可經過改進廣泛適用于各類塊料、棒料及同屬性工藝的產品清洗。

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