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1、本科 毕业设计（自然科学）题 目： 基于 solidworks 的太阳能组件层压机的设计 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 职 称 2011 年 05 月 08 日河北科技师范学院教务处制 Hebei Normal University of Science then use the built-in SolidWorks COSMOSWorks finite element analysis module, the mechanics of the calculation of transmission mechanism. Environment by im
2、itating the work of the real find 摘 要IIand correct design problems, and ultimately complete solar module laminating machine design and manufacturing.Keywords: SolidWorks；finite element analysis；Solar module laminator目 录III目 录摘 要 .IAbstractAbstract .I1 绪论 .11.1 论文研究背景与意义.11.2 *.11.2.1 *.11.2.2 *.11.3
3、 *.11.3.1 *.11.3.2 *.12 * .1 .2 .2结论 .2致谢 .3附录 .3目 录11 绪论 1.1 论文研究背景与意义由于传统能源(煤、石油、天然气等)的日渐短缺，传统能源的不可再生性和对环境日益加重的负面影响，以及各个国家的能源安全考虑，使得太阳能发电的光伏产业(PV)在上世纪末本世纪初受到世界各国的重视。日本、欧洲和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术上处于领先地位，所生产的太阳能电池组件封装设备自动化程度高，控制方式灵活，产品系列较为完善，但产品价格昂贵，而国内的太阳能电池封装设备水平低,不能达到组件生产设计能力。随着国内太阳能电池市场方面政策因素不断
4、向好（国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020 年)已将“高性价比太阳能光伏电池及利用技术”列为优先主题） ，太阳能电池产业将是我国能源可持续发展的重要方向。据国内太阳能电池组件生产设备行业统计，我国新上标准太阳能电池生产线仅有约三分之一的市场被国产设备占领，太阳能电池组件生产设备已成为我国光伏产业发展的瓶颈。目前，制约我国太阳电池产量的主要原因，一是没有足够的太阳级硅片，二是大部分太阳电池厂封装机技术水平低，不能达到组件生产设计能力。而进口一台层压机需要 15 万美元以上，企业难以承担。因此，层压机的国产化是发展太阳电池产业的一项重大课题。太阳能电池组件是光伏发电系统中的关键部分，
5、其中包括硅系太阳电池和非硅系太阳能电池等，硅系太阳电池有晶硅系太阳电池和非晶硅系太阳电池。在非晶硅太阳能电池的产业链上分布着非晶硅薄膜制备、电池制造、组件封装、组件测试四个环节，每个环节都迫切需要开发出相应的加工设备。我国现有的封装设备国内已经开始生产，但性能和配套性同国外有很大的差距。目前层压机的制造多为中小企业，缺乏研发实力，产品的制造多停留在仿制阶段上，没有掌握产品的核心技术。 根据市场需求预测，到 2010 年，全世界 PV 市场年安装量将在 3.2GW3.9GW，而光伏工业年收入将达到 186 亿231 亿美元，最近三年全球太阳能电池总产量平均年增长率高达 49.8%以上。在国际市场
6、的强力带动下，我国太阳能电池产业也增长迅猛，太阳电池市场处于飞速发展中。目前，多晶硅薄膜电池和非晶硅薄膜太阳能电池已应用于太阳能电池组件，迫切需要开发出相应的加工设备，提高现有设备的技术装备水平和产能。目前太阳能电池层压设备向着专业化、自动化、智能化的方向发展。我国的常规能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的 10%，随着经济实力的不断壮大，对能源的需求逐渐增大，常规能源将不足以满足我国对能源的需求。发展太阳能光伏产业将是改善我国能源结构、缓解能源需求的重要措施。目 录2目前，我国太阳能电池组件产业展现出迅猛发展的势头，很多国内公司通过与国外公司的合作已经开始进行或计划进行多晶硅
7、薄膜电池项目的投资，迫切需要研制出太阳能组件相关的制造设备。1.2 SolidWorks 软件简介SolidWorks 为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet 整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，目前达索的 CAD 产品市场占有率居世界前列。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的parasolid 内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技
8、术，SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等。其中的CosmosWorks软件是一套强大的有限元分析软件，采用FFE（Fast finite Element）技术使得复杂耗时的工程分析时间大大缩短。COSMOS/Works是完全整合在Sol-DWORKS 中设计分析系统的，提供压力、频率、约束、热量，和优化分析。为设计工程师在SolidWorks的环境下，提供比较完整的分析手段。凭借先进的快速有限元技
9、术(FFE),工程师能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析和验证，并且获得修正和优化设计所需的必要信息。2 太阳电池组件层压机整体结构设计2.1 太阳能层压组件层压机的机构半自动太阳电池组件层压机由架体、起升铰架、上箱、加热板、起升气缸、钣金六个 部分组成。如下图1（钣金部分已略去）所示：目 录31 上箱 2 加热板 3 架体4 气缸 5 起升绞架2.2 太阳电池组件层压机的系统组成太阳电池组件层压机在工作过程中主要提供两个生产环境：真空环境和高温环境。分别由真空泵和加热炉提供实现，系统结构如图 2：2.2.1 加热系统层压机加热方式一般采用油加热和电加热两种方式，这里我们采用导热油加热，图
10、图 1 太阳能组件层压机三维模拟图太阳能组件层压机三维模拟图图图 2 层压机系统结构图层压机系统结构图目 录4加热温度200。加热管在使用过程中分为两组，开启加热时，两组加热管同时工作，当设备温度达到使用温度以后，设备自动关闭其中一组加热管，仅用其中的一组即可维持设备温度。加热系统包括加热板、加热器、铂电阻温度传感器、热油泵、膨胀油箱和加热功率控制器,其结构如图3所示。2.2.2 真空系统太阳能电池组件一般由五层工质叠层而成。放入层压机内层压时，需将工质与工质之间的空气抽走，否则 EVA 在融化时，会将空气封存在组件内，造成产品质量不符合要求。真空系统的设计正是满足这一要求。真空泵分为油封和水封两种，在这里，我们选用效率更好的油封真空泵。2.2.3 起升系统考虑该机型的实际要求和经济型，这里我们采用气动方式作为该机型的起升方式。起升系统主要有起升绞架、工作气缸、气源控制元件和气源处理元件几部分组成图图 3 加热系统图加热系统图图图 4 气路图气路图目 录5层压机在工作状态时,各开关阀门的工作状态如下:抽真空程序使,上下室真空阀门全部打开,所有电磁阀都关闭,在进行到加压程序时,上室真空阀关闭,同时上室充气阀门打开,外界的大气通过管道进入到上室;层压程序时,上室充气阀门关闭,其他阀门保持不变,开盖程序时,上室真空阀门打开,下室真空阀门关闭,同时下室充气阀门打开,
