薄膜太阳能电池生产车间工程设计关键技术探讨

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．７，２０１０薄膜太阳能电池生产车间工程设计关键技术探讨王永峰（中国联合工程公司，浙江杭州３１００２２）摘要：通过对薄膜太阳能电池生产车间在工艺、公用、土建等方面设计上的关键技术进行探诗，加深了对生产过程的了解，明确了工程设计中的重点难点，促进了相关工程设计的顺利进行。关键词：薄膜；太阳能电池；车间；工程设计中图分类号：ＴＭ９１４．４＇２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１０）０７－００６２－－０４随着不断扩大的能源需求和有限的地球资源之间的矛盾Ｅｌ益尖锐，光伏发电成为解决能源需求问题的有效方案之一。太阳能电池产品主要分为晶体硅电池、薄膜电池两类。薄膜电池中虽然光电转化效率相对较低，但低温工艺技术降低了生产能耗，而且便于采用玻璃、不锈钢等廉价衬底，相关的特种气体及玻璃行业也已发展成熟，材料供应及价格较稳定。’薄膜太阳能电池种类众多，其中碲化镉电池产量增长最快、成本也最低，是目前最适合产业化和应用前景最好的新型太阳能电池，已成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。端。在厂房的西南侧临近物流口处，设置有装卸货平台，该平台结合周边地形，做成下挖式装卸货平台，以满足运输的需求。整个生产厂房长约１６０ｍ，宽约９６ｍ，建筑面积为１７电池生产工艺如图ｌ。０１０ｍ２。２工程设计方案给排水设计给水水源２．１２．１．１１项目概况本项目新建两条碲化镉薄膜太阳能电池生产线，形成年本项目自来水水源为市政自来水，供水压力不小于０．２５ＭＰａ。水质符合现行《生活饮用水卫生标准》的要求，本工程自来水最高日用水量约为１６０４．７２ｍＶｄ，最高时用水量约为产２Ｘ２５ＭＷ的生产能力。电池外形尺寸１２００衄ｘ６００ｍ，２１９１．６９ｍＶｈ。ｍｍＸ７ＩＥＬｍ，净质量１２奴。生产厂房共４跨，由西到东依次为２７ｍ，２１ｍ和”ｍ，东侧３跨内设５ｔ行车。厂房主体部分为单层，在厂房的北侧端部设有３层辅房，该辅房集办公、会议、试验测试等功能于一体，以满足办公、生活和生产的辅助功能要求。在西侧２７ｍ跨的西北端，布置有水电辅助设施，如变配电所、空压机房、循环水泵房等。机加工车间，则布置在厂房东侧跨的北（１）生产厂房内部分工艺设备需用到循环冷却水，主要用水设备为镀膜设备和层压机，循环水水质为去离子水，去离子水电阻率不小于１０ＭＱ・ｃｍ。循环冷却水用水量，最高时１７３．４ｍ，，ｈ，昼夜用水量为２７７４．４ｍ３，ｈ。上述工艺设备循环冷却水水源，由厂房内去离子水制备站提供，由暖通专业提供冷冻水与去离子水进行热交换，将其降温达到供水温度要求后，供给上表中工艺设备用水。系统流程图如图２。去膏子水补水冷冻水‘圉２工艺循环水制备流程图毒工艺娑备—・－圆水—・－循环水箱—・・循环永袭—■＿换热嚣（２）暖通专业为工艺设备循环冷却水系统配套设置的２台水冷螺杆式机组需用到循环冷却水。单台循环冷却水量约为６７ｍ３／ｈ，要求进水温度≯３２℃。出水温度３７℃，有压回水。循环冷却水系统流程示意如图３。（３）暖通专业空调机组配套设置的２台水冷螺杆式机组，需用到循环冷却水。单台循环冷却水量约为２２０ｍＶｈ，要求进圈１薄膜太阳能电池生产工艺流程图水温度≯３２ｏＣ，出水温度”℃，有压回水。循环冷却水系统流收稿日期：２０１０－０４－２３作者简介：王永峰（１９７８一），男，黑龙江大庆人。工程师，硕士，从事发电装备制造及通用机械制造企业的技术改造、工程建设的设计及咨询工作。６２万方数据《装备制造技术））２０１０年第７期程示意如图３。中水补水用需要系数法，对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，换算为统一负载持续率下的有功功率：（１）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率；（２）短时或周期工作制起重机用电动机设备功率，换算为冷却塔—＇－－集水盘—・’’循环水泵—・’Ｐ水冷螺旋式机组负载持续率８为２５％下的有功功率。本工程电源采用单路１０ｋＶ专线供电，１０ｋＶ电源来自就近区域开关站或降压站，采用电缆引入厂区１０ｋＶ变配电所；１０Ｌ—ｌ图３暖通循环水制备流程图ｋｖ供电系统采用单母线不分段接线；各单体车间的照明和Ｖ。３．１．２中水供水系统本项目中水水源为含碲化镉生产废水。原水量约为７９１．２动力电源电压均为３８０，２２０３．２．２１０ｋＶ变配电所ｍ３Ｍ。生产废水在生产厂房废水处理室内处理达到《城市本工程在生产厂房内设置１０ｋＶ变配电所一座，内设高压配电室、控制室及变配电室等，变配变电所内高压柜为ＫＹＮ２８—１２型交流金属封闭铠装式开关柜，断路器为ＶＢ２—１０型真空断路器，直流弹簧操作机构。内设２台１６００ｋＶＡ变压器，供全厂照明及动力设备用电。变压器柜与低压开关柜并列布置，变压器选用带外壳和温控器、冷却风机的干式变压器，低压柜为ＧＣＫ型低压开关柜。本工程在变配变电所低压侧设集中电容器补偿装置，补偿后平均功率因数均在０．９以上。３．２．３配电设计本工程各单体建筑物用电设备布置比较均匀，单台设备容量不太大，设备数量较多，为无特殊要求的三级用电负荷，３８０，２２０污水再生利用景观环境用水水质》标准后，经水泵排至厂区内地下消防水池及中水回用水池，再经地下泵房内中水给水设备供至冷却循环水系统冷却塔补水及厂区绿化浇洒。回用后多余中水，在厂区内地下消防水池及中水回用水池溢流外排。循环冷却水系统补水量，按用水量２％计。本工程中水最高日用水量约为４４７．３５ｍ３／ｄ，最高时用水量约为２２．４４３．１．３去离子水制备生产厂房内工艺设备等需用到去离子水。单条生产线电阻率１０Ｍ１１・ｃｍ的去离子水用水量约为１７．３ｍ３／ｈ。ｍ３／ｈ。本次去离子水站设计按２条生产线用水量设计：２７．４ｍ３／ｈ。去离子水在去离子水制备室内制备，水源为自来水，制备流程示意如图４。产生的酸碱废水，排至室外中和池中和后排至厂区废水管网。平均时排水量约为３３．１．４排水设计本项目生产废水主要为清洗机、通风柜、清洗槽、液体喷砂机、去离子水制备器等设备，主要为含碲化镉废水、酸碱废水，其中含碲化镉生产废水，均排至生产厂房内“组件回收及废水处理室”内处理，处理量为７９１．２ｍ３［ｄ。酸碱废水在室外经中和池中和后排至厂区废水管网。本项目经处理达标排放的生产废水，汇同清洁生产废水，经预处理的生活排水一起，排至厂区外市政污水管网。本项目生产排水量最高日约为５８２．４６ｍ３／ｄ。ｍ３／ｈ。Ｖ电源均由变电所低压屏直接采用独立回路以树干式配电方式供电，配电干线采用封闭母线，从母线槽插接箱采用电缆穿钢管沿墙，柱引至各设备组配电箱，从各设备组配电箱采用ＺＲ—ＢＶ绝缘铜芯导线或电缆，经电缆沟引至各用电设备；当建筑物内用电设备容量大，负荷集中在部分区块，或重要的用电设备，３８０，２２０Ｖ电源均由变电所低压屏直接采用独立回路采用电缆（线）放射方式供电至各分配电箱，小容量用电设备通过分配电箱经插座箱供电，大中容量设备由配电箱直接放射供电，从总配电箱至各分配电箱，大中容量设备的线路采用ＺＲ—Ｙ．ＩＶ—ｌ型电缆在电缆桥架内敷设，从分配电箱至插座箱，插座的线路采用ＢＶ型导线穿钢管暗敷，配电箱选自来术——－・原木箱——－－原水泵—◆机器过滤器——●卜阳离子交换嚣—◆除豌器彳用ＱＧＢＤ型和ＱＤＢ型动力配电箱。３．３暧通工程（１）防暑降温及空调。根据业主及工艺要求，生产厂房及机械加工车间均设置中央空调系统，该部分空调冷负荷为９４０ｋＷ，热负荷为５６０ｋＷ；在厂房辅助用房设置制冷站热交换站，冷源选用水冷螺杆式冷水机组，冷水供回水温度为７／１２℃，热源采用板式换热机组，热水供回水温度为６０，５０℃，一次热媒为开发区提供的蒸汽。冷热水系统采用闭式循环，双管制，由设置在机房内的落地膨胀水箱对系统进行补水、定压。厂房设置全空调，中部侧送风，下部回风，采用柜式空调机组，初效过滤；新风机组也采ｌ去膏子水箱—●－再生囊—●・懂蒗精—Ｊ－压缩空气ＩｌＩ’中问水箱——●’中问水泵——－瑚离子交换器—●－混台离子交换嚣～ｌ／／觜外线杀菌器去离子某套应泵—・－肇外线杀蕾嚣—・卜用水点圈４去离子水制备流程图／ｌ—～～：＝＿去离于水焦：：・卜再生泵—・－碱液箱用柜式空调机组，初、中效过滤，处理后送人车间。夏冬季一用电动双通阀调节进入空调机组的冷、热水量来控制室内温度；利用集、分水器之间的压差控制阀调节旁通流量，当旁通流量达到一台制冷机流量时，即停开一台制冷机，相对应的冷水泵、冷却水泵、冷却塔均停止运行。（２）冷冻水系统。根据给排水专业资料，工艺循环冷却水３．２供电设计３．２．１负荷性质计算电源本工程根据工艺设备用电要求负荷等级和建筑设计防火规范要求，消防水泵及应急照明，疏散照明用电设备为二级负荷，其余所有用电设备均为三级负荷。本工程电气负荷计算采万方数据６３ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｆｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．７，２０１０需用冷冻水，将８７ｔ，ｈ的水从２６℃冷却至２３℃，经计算，冷量为３０３ｋＷ，故选用１台水冷螺杆式机组，冷水供回水温度为７／１２℃，通过板式换热器与工艺冷却水交换。３．４动力工程（３）厂房内部分区域设置５ｔ单梁行车，地面操作，从而降低造价并节约运行成本。４．２．２电气（１）变电所内采用低损耗节能型干式变压器，变压器靠近负荷中心，减少线路和系统损耗。（２）设置低压电容器进行无功补偿，减少无功损耗，提高功率因数。（３）车间照明和办公部分采用高效节能金属卤化物灯和高效荧光灯，以提高节能效果。４．２．３建筑（１）厂房采用１００ｍｍ厚超细玻璃棉做保温的双层彩钢板外墙、屋面，其余建筑物外墙均做保温隔热复合装饰板外保温，钢筋混凝土屋面采用挤塑保温板做保温。（２）厂房的外大门采用电动保温密闭彩钢板大门，人员主要出入口设有４，ｆ－Ｉ。（３）外窗均采用单框双玻铝合金窗，合理确定窗墙面积比，设置密封条提高密闭性，减少冷空气渗透量，提高保温性能。４．２．４动力（１）压缩空气供应。根据工艺提供压缩空气消耗量及用气品质要求。本设计分两种气源独立供气，以达到合理供气、节约运行成本的目的。经计算设备选型如下：高纯洁净气体用气量选用２台３．５ｍ３／ｍｉｎ空气压缩机组，其最高排气压力为０．８５ＭＰａ，冷却方式为风冷，其中１台备用，常用机组选用变频机组。本机房高纯洁净气体空压机，不设预留机组。每台空压机组配组合式低露点干燥机１台，空气处理量为４．５ｍ３／ｍｉｎ；另外，为保证车问用气压力稳定，并减少空压机启停频率，每一空压机设ｌｍ，储气罐一个，在站内设置机组供气设三级过滤，以使压缩空气质量满足供气品质要求。一般洁净气体用气量选用２台１０ｍ３／ｍｉｎ空气压缩机组，其最高排气压力为０．８５ＭＰａ，冷却方式为风冷，其中１台备用，常用机组选用变频机组。每台空压机组配组合式低露点干燥机１台，空气处理量为１０ｍ３／ｍｉｎ。另外，为保证车间用气压力稳定，并减少空压机启停频率，每一空压机设３ｍ３储气罐一个，在站外设置机组供气设三级过滤，以使压缩空气质量满足供气品质要求。（２）氮气供应。氮气消耗量及参数要求如下：平均４００ｍ３／ｈ。最大４００ｍ３／ｈ，压力０．２５—０．３５ＭＰａ；根据用量，设计采用低温液氮罐汽化集中供气。低温储罐容量为３０ｍ，，汽化器汽化能力为６００ｍ３ｈｔ，用气品质均要求为９９．９９９％车间内所有动力管道，均采用架空敷设，以枝状或环状方式布置。蒸汽管道材料均采用无缝钢管，焊接或法兰连接。氧气、压缩空气、氩气、氮气管道，采用卫生级不锈无缝钢管，总管采用焊接或法兰连接，支管连接采用焊接或卡套连接。车间内蒸汽管道采用玻璃棉材料保温，＃ｌ，ＪＪｎ铝皮保护层，以减少能量损失；空压机根据生产用气量选用合适规格机组，一般气体和洁净气体分设两套机组，并选用高效节能产品，节约造价和运行成本；车间所产生凝结水尽量在车间就地利用；空压站设变频机组，根据用量调节。４．２．５暖通（１）厂房均采用分层空调，车间中部侧送风，下部回风，采用立柜式空调机组放置于车间内柱间，初效过滤；新风机组也采用立柜式空调机组放置于车间外墙柱间，直接引入新风，处理后送人车间。通过以上措施可保证厂房下部生产区达到均匀的温度要求，而厂房上部不采取空调措施，从而最大限度减少能耗。（２）空调具备自动控制系统，夏冬季用电动双通阀调节进入空调机组的冷、热水量来控制室内温度；春秋季加大新风量，根据室外焓值调整新风量；空调系统同时采用压差控制手４节能及合理用能４．１能耗计算本工程的主要原料为：镀膜玻璃、背板玻璃、ＣｄＴｅ、ＥＶＡ。年产量为７０万件（２】【２５Ｍｗ）／ａ。各种能源消耗如下表：年消耗量序号ｌ２段，利用集、分水器之间的压差控制阀调节旁通流量，当旁通流量达到一台制冷机流量时即停开一台制冷机，相对应的冷水泵、冷却水泵、冷却塔均停止运行；以上措施可保证空调系统根据环境实际情况进行精确温度控制，避免能量浪费。（３）空调系统冷热水系统采用闭式循环，双管制，由设置在机房内的落地膨胀水箱对系统进行补水、定压，减少新鲜水项目单位电新鲜水万ｋＷ・ｈ折标系数数量单位ｋｇ标煤，ｋＷ・ｈｋｇ标堞／ｍ３数量Ｏ．１２２９０．２５７能耗ｔ标煤，ａ２６６１．３ｌ标煤ｎ侧产品的消耗。（４）空调风管采用自带保温的不燃复合风管；空调水管采用橡塑保温材料。４．２．６节水措施（１）生活、生产用水设置水表实行二级计量（．一级全厂区，２１６５４万一万一ｔ４０．３１２．１１６１０．４１０３．５３１．２２７６ｎ７５５５６．７１１１．１３４软化水蒸汽合计ｋｓ标煤埘ｋｇ标煤ｋ０．４８６１．７１４３二级厂房）。（２）充分利用市政水压供给生产及生活自来水用水。（３）设备冷却水均循环使用。（４）生产采用中水回用系统，生产废水经处理达标后回用至消防用水、循环冷却水系统冷却塔补水及厂区绿化用水。（５）采用节水型卫生洁具。（６）埋地给水管采用优质管材和柔性接口，减少管网泄漏。４．２节能措施４．２．１工艺和设备（１）总图布置和车间内部细化工艺布置尽量按工艺流程进行安排，减少物料往返运输，节约车辆运输能耗。（２）设计采用先进节能工艺，采用的各类机电设备均采用微机控制。高效节能。万方数据《装备制造技术）２０ｌｏ年第７期（３）其他需要排风的房间，如老化试验室、会议室、餐厅及５主要污染源及污染物的防治措施废水治理生产废水处理详见本文３．１．４节。制冷站房、循环水泵房等，均按照有关规范的要求，设置全室通风换气系统，以改善室内工作环境。５．１５．４建筑设计建筑设计尽量采用节能建材和无污染产品，充分利用自然采光和自然通风，尽可能使建筑物内天然照度均匀和改善室内空气质量。凡有噪声部分的围护部分、门窗等采取隔声措施，达到规定噪声标准要求，减少噪声干扰，以免影响周嗣环境。卫生间生活污水没有化粪池。凡有油的污水设置隔油池。建筑物平面布置做到紧凑合理，尽量留出空地进行环境绿化。５．２噪声控制（１）采用低噪声工艺设备，噪声对环境影响显著减小，厂界噪声可做到达标排放。（２）通风、空调制冷设备、空压机选用高效、节能、低噪声设备，同时在相关设备处采取安装消声器、防震垫及减震软接头和弹性吊架等措施，以减小噪声和振动，并将值班室的门、窗、墙等围护设施做隔声处理。（３）冷却塔采用低噪声型、水泵采用隔震基础。水泵进出水管安装橡胶接头和弹性吊支架，止回阀采用消声止回阀，降低噪声的传递以满足环境噪声的要求。５．３粉尘、废气的处理（１）激光切割机、镀膜设备、打边机、清洗机等设备生产过程中，均会产生碲化镉粉尘，在各个产尘点处设备均已进行了过滤处理，为保证排放的空气的清洁度，又设置了集中除尘系统，采用滤筒过滤器（效率达９９％以上）将含尘空气处理后达标排放。（２）生产线中的镀膜设备等产生的异味、废气均设置局部排风系统，将各个工艺设备的局部排风集中排至室外，以改善房问内工作环境。６结束语以薄膜太阳能电池为代表的清洁能源是当前和今后新能源产业发展的热点之一。而相关的制造工艺技术在国内还并不成熟，本文对薄膜太阳能电池生产车间在工艺、公用、土建设计等方面的关键技术进行了初步探讨，旨在加深对其生产过程的了解，促进相关工作的顺利进行。参考文献：【１１赵志明．非晶硅薄膜太阳能电池及生产设备技术发展现状与趋势阴．科技情报开发与经济，２００９，１９（３４）・１３６－１４０【２】邹红叶．硅薄膜太阳能电池的原理与应用叨．物理通报，２００９，（５）：５６—５７．ＤｉｓｃｕｓｓｉｎｇａｂｏｕｔｔｈｅＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎｆｏｒＴｈｉｎＦ－ＩｍＳｏｌａｒＣｅｌｌＷｏｒｋｓｈｏｐＷＡＮＧＹｏｎｇ－ｆｅｎｇ（ＣｈｍａＵｎｉｔｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈ蛐ｇｚｈＯＵ３１００２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｓｇｒｅａｔｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ．ｗｈｉｃｈ’ｓｗｏｒｋｓｈｏｐｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ，ｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒａｓｐｅｃｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎｈａｓｇｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｗｉｔｈｇｅｎｅｒａ］ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｌａｎｔ；Ｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｐｒｏｄｕｃｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎＣａｌｌｅｓ．ｎｂｅｅｎｈａｎｃｅｄ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｃａＩｌｂｅｃｌｅａｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｂｅｓｍｏｏｔｈｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｎｆｄｍ；ｓｏｌａｒｃｅｌｌ；ｗｏｒｋｓｈｏｐ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．受受囊受受囊奠受受囊受受．囊．奠．叠一受．受．奠．羹．囊．受．受．受．受．受．受一支一受一受一受．受一受—竞—竞—受一兜—尧＾竞＾受—竞＾受—囊—克—支—龟ＪＬＪＬ（上接第２７页）自动化设备，２０