柔性光伏组件

柔性光伏组件（共4篇）

柔性光伏组件 篇1

0 引言

壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件, 具有结构尺寸大, 刚度低, 制造和装配精度高等特点, 其装配精度直接影响后继机身、机翼部装和总装的装配质量, 是保证飞机装配精度的基础。壁板类组件通常采用装配工装进行装配, 不但可保证装配的飞机零部件精确定位, 而且还可以限制装配过程中连接变形, 使产品满足准确度和互换性的要求。为了保证定位精度和刚度, 传统壁板类装配工装均采用刚性结构, 即一套型架对应一套卡板, 只能用于一套壁板组件的装配。采用这种一对一模式装配壁板组件需要大量工装, 这不仅增加了制造成本, 拖延了研制周期, 还占用了大量厂房空间。随着国内新机型号逐渐增多, 生产厂面临多品种、小批量、短周期和低成本的生产要求, 传统刚性结构工装已经无法满足对飞机壁板类组件装配要求。

柔性装配工装是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重构的模块化、自动化装配工装系统, 其目的是免除设计和制造各种产品装配专用的传统装配型架/夹具, 从而降低工装制造成本, 缩短工装准备周期, 同时大幅度提高装配生产率[1]。柔性装配工装在国内外已成功应用, 并取得良好效果。实际应用中的柔性装配工装主要有:美国CAN制造系统公司的基于POGO单元的柔性工装系统;西班牙M.Torres公司的飞机板类零件的柔性工装TORRESTOOL[3];英国Electroimpact公司为空客飞机机翼开发的大型柔性装配系统[3]。国内企业和高校紧跟国际发展趋势, 也研发了大量柔性工装系统, 并得到初步应用[4~7]。

基于柔性装配工装的优点和应用案例, 大力发展柔性工装是解决生产厂目前难题的有效手段。本文根据国内某系列飞机壁板类组件的结构特点, 结合国内壁板类组件的装配现状, 研制出一套壁板类组件柔性装配工装, 并进行应用验证, 取得良好效果。

1 壁板类组件结构及装配过程

壁板类组件主要由蒙皮、长桁和隔框等部分组成, 有时还包括与其他部件对接的接头或对接型材[8]。壁板类组件的装配过程主要有以下几个步骤:1) 零件的定位及定位铆接。在卡板上安放长桁, 蒙皮, 隔框及补偿角片等, 然后进行定位铆接。2) 钻孔、锪窝和铆接。3) 补充铆接及安装工作。壁板类组件及装配卡板如图1所示。

1.卡板;2.蒙皮;3.长桁;4.隔框;5.长桁定位器;6.隔框定位器;7.工具球

2 工装总体设计

吸收国外柔性工装技术, 结合国内装配工艺现状, 将固定的卡板定位交点柔性化, 使工装可以定位不同卡板, 进而可以装配不同的壁板组件, 实现一架多用的目的。基于上述设计思想, 研制的壁板类组件柔性装配工装主要由:机械系统、伺服驱动系统和上位机调形软件组成。三个系统相互配合, 实现壁板组件数据采集到卡板定位交点精确调形全过程数字化传递。具体数字量传递和工艺流程如图2所示。

3 工装机械系统

3.1 机械系统总体结构

机械系统主要由上横梁、下横梁、立柱、调形单元、直线导轨、齿条、护板、拖链等组成, 如图3所示。上横梁、下横梁、立柱通过螺栓连接起来, 定位销定位, 构成整体框架。在上横梁上部、下横梁下部分别安装直线导轨、齿条。上、下各8个调形单元分别安装在直线导轨的滑块上, 调形单元的齿轮与横梁上的齿条啮合。

1.立柱;2.上横梁;3.调形单元;4.护板;5.拖链;6.下横梁

3.2 移动调形单元

调形单元是壁板类柔性工装的核心元件, 其结构如图3所示。调形单元调形:伺服电机 (X向) 12驱动减速机 (X向) 13及齿轮15旋转, 通过齿轮与安装在横梁上齿条的配合, 实现调形单元X向移动。伺服电机 (Y向) 11驱动减速机 (Y向) 10及丝杠26旋转, 通过丝杠与丝母23的配合, 使伸缩杆3、耳片1、加强导杆安装板2、加强导杆8等Y向移动。调形单元夹紧:调形单元调形完毕后, 旋转压紧螺母5, 推动压紧板6压紧在横梁上, 限制位移使移动单元高刚性的紧固在横梁上;卸载常闭夹紧器的油压, 使蝶形弹簧推动楔块膨胀, 进而使伸缩杆与伸缩套抱死, 增大Y向移动部分的刚度。

1.耳片;2.加强导杆安装板;3.伸缩杆;4.伸缩套;5.压紧螺母;6.压紧板;7.加强导杆导板;8.加强导杆;9.移动单元体;10.减速机 (Y向) ;11.伺服电机 (Y向) ;12.伺服电机 (X向) ;13.减速机 (X向) ;14.丝杠紧固螺母;15.齿轮;16.滑块;17.直线导轨;18.齿条;19.横梁;20.轴承;21.端盖;22.常闭夹紧器;23.丝母;24.滑动轴承;25.导向键;26.丝杠

4 工装伺服控制系统

伺服控制系统的主要作用是接收调形软件重构数据、驱动伺服电机旋转, 实现调形单元在X、Y方向自动精确重构和可靠固定, 保证耳片定位交点与虚拟样机交点的一致性。

伺服控制系统主要有:一台研华-体化工作站AWS-8248、3台AMK KU伺服控制器 (内部集成PLC功能) 、32台AMK IDT一体化伺服电机组成, 如图5所示。研华工作站是上位机调形软件运行平台, 并能保证在恶劣的工业环境中稳定工作。IDT一体化伺服电机, 内部集成伺服单元, 一方面减少了调形单元体积;另一方面缩减了外部接线数, 包括动力线每个电机外部接线仅为3股。

系统的通信主要有工作站与KU伺服控制器之间的RS232/RS422串口通信;KU伺服控制器和IDT伺服电机间的基于ACC总线的AFP (AMK Field bus Protocol) 协议通信。

5 工装上位机调形软件

CAA (Component Application Architecture) 组件应用架构作为CATIA V5产品扩展和客户进行二次开发的强有力工具, 建构在Microsoft Visual C++下, 通过API函数调用CATIA核心程序。采用CAA进行二次程序开发, 能实现开发程序和原系统的紧密集成, 且运行稳定。壁板类组件、卡板和工装的三维数模均在CATIA环境建立, 故上位机调形软件采用CAA对CATIA进行二次, 这样可以增加界面的友好性、稳定性。

调形软件主要功能有, 内置壁板组件装配卡板信息自动、手动采集、高亮显示, 计算工装移动单元路径及优化, 虚拟重构柔性工装、装配卡板, 检查干涉, 生成重构数据、发送至KU伺服控制器等。

6 应用验证

利用激光干涉仪以50mm为间距, 对工装调形单元定位交点X、Y两个方向的定位精度和重复定位精度进行测量, 测得X方向的定位精度±0.05mm, Y方向的定位精度±0.02mm, X、Y方向的重复定位精度±0.02mm。

采用飞机4个不同部位的壁板组件及对应的卡板在工装上进行定位、制孔、铆接应用, 交付了合格产品。

7 结论

1) 研制出一套飞机壁板类组件柔性装配工装工装, 解决了一套工装只能装配一套壁板组件的问题。

2) 采用上位机加伺服控制器的控制技术, 实现了对32台伺服电机的精确控制。并利用CAA软件开发了操作简单, 直观明了的人机交互界面。

3) 用激光干涉仪对柔性工装的X、Y方向进行了精度测量, 结果表明柔性工装满足壁板类组件装配的需要。

4) 柔性装配工装可以大量减少传统刚性工装的数量, 缩短工装准备时间, 从而大幅缩短飞机的研制周期, 提高了生产效率。

参考文献

[1]郭恩明.国外飞机柔性装配技术[J].航空制造技术, 2005 (9) :28-32.

[2]詹立新, 周凯.飞行器柔性工艺装备的机器人协调操作技术研究[J].制造技术与机床, 2011 (9) :51-52.

[3]周凯.飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术[J].航空制造技术, 2012 (3) :34-39.

[4]李文强, 李贺, 段磊, 等.飞机蒙皮吸盘式柔性工装系统研究[J].机械设计与制造, 2012 (08) :156-158.

[5]郭洪杰, 康晓峰, 王亮, 等.飞机部件装配数字化柔性工装技术研究[J].航空制造技术, 2011 (22) :94-97.

[6]李东升, 翟雨农, 王亮, 等.一种行列吸盘式壁板装配柔性工装[P].102941545A (2013) .

[7]郭志敏, 蒋君侠, 柯映林.基于POGO柱三点支撑的飞机大部件调姿方法[J].航空学报2009 (30) :1319-1322.

[8]王云渤, 等.飞机装配工艺学[M].北京:国防工业出版社, 1984:74-78.

柔性光伏组件 篇2

一、网状隐裂 原因

1.电池片在焊接或搬运过程中受外力造成.2.电池片在低温下没有经过预热在短时间内突然受到高 温后出现膨胀造成隐裂现象

组件影响：

1.网状隐裂会影响组件功率衰减.2.网状隐裂长时间出现碎片，出现热斑等直接影响组件性能

预防措施：

1.在生产过程中避免电池片过于受到外力碰撞.2.在焊接过程中电池片要提前保温（手焊）烙铁温度要 符合要求.3.EL测试要严格要求检验.网状隐裂

二、EVA脱层 原因

1.交联度不合格.（如层压机温度低，层压时间短等）造成 2.EVA、玻璃、背板等原材料表面有异物造成.3.EVA原材料成分（例如乙烯和醋酸乙烯）不均导致不能在正常温度下溶解造成脱层

4.助焊剂用量过多，在外界长时间遇到高温出现延主栅线脱层

组件影响：

1.脱层面积较小时影响组件大功率失效。当脱层面积较大时直接导致组件失效报废

预防措施：

1.严格控制层压机温度、时间等重要参数 并定期按照要求做交联度实验,并将交联度控制在85%±5%内。

2.加强原材料供应商的改善及原材检验.3.加强制程过程中成品外观检验

4.严格控制助焊剂用量，尽量不超过主栅线两侧0.3mm

三、硅胶不良导致分层&电池片交叉隐裂纹 原因

1.交联度不合格.（如层压机温度低，层压时间短等）造成 2.EVA、玻璃、背板等原材料表面有异物造成.3.边框打胶有缝隙，雨水进入缝隙内后组件长时间工作中发热导致组件边缘脱层 4.电池片或组件受外力造成隐裂

组件影响：

1.分层会导致组件内部进水使组件内部短路造成组件报废

2.交叉隐裂会造成纹碎片使电池失效，组件功率衰减直接影响组件性能

预防措施： 1.严格控制层压机温度、时间等重要参数 并定期按照要求做交联度实验。2.加强原材料供应商的改善及原材检验.3.加强制程过程中成品外观检验

4.总装打胶严格要求操作手法，硅胶需要完全密封 5.抬放组件时避免受外力碰撞

硅胶不 电池交

良分层 叉隐裂纹

四、组件烧坏 原因

1.汇流条与焊带接触面积较小或虚焊出现电阻加大发热造成组件烧毁

组件影响：

1.短时间内对组件无影响，组件在外界发电系统上长时间工作会被烧坏最终导致报废

预防措施：

1.在汇流条焊接和组件修复工序需要严格按照作业指导书要求进行焊接，避免在焊接过程中出现焊接面积过小.2.焊接完成后需要目视一下是否焊接ok.3.严格控制焊接烙铁问题在管控范围内(375±15)和焊接时间2-3s

组件内部烧坏

五、组件接线盒起火 原因

1.引线在卡槽内没有被卡紧出现打火起火.2.引线和接线盒焊点焊接面积过小出现电阻过大造成着火.3.引线过长接触接线盒塑胶件长时间受热会造成起火

组件影响：

1.起火直接造成组件报废，严重可能一起火灾.预防措施：

1.严格按照sop作业将引出线完全插入卡槽内 2.引出线和接线盒焊点焊接面积至少大于20平方毫米.3.严格控制引出线长度符合图纸要求，按照sop作业.避免引出线接触接线盒塑胶件.六、电池裂片 原因

1.焊接过程中操作不当造成裂片

2.人员抬放时手法不正确造成组件裂片 3.层压机故障出现组件类片

组件影响：

1.裂片部分失效影响组件功率衰减, 2.单片电池片功率衰减或完全失效影响组件功率衰减

预防措施：

1.汇流条焊接和返工区域严格按照sop手法进行操作 2.人员抬放组件时严格按照工艺要求手法进行抬放组件.3.确保层压机定期的保养.每做过设备的配件更换都要严格做好首件确认ok后在生产.4.EL测试严格把关检验,禁止不良漏失.七、电池助焊剂用量过多 原因

1.焊接机调整助焊剂喷射量过大造成 2.人员在返修时涂抹助焊剂过多导致

组件影响：

1.影响组件主栅线位置EVA脱层, 2.组件在发电系统上长时间后出现闪电纹黑斑，影响组件功率衰减使组件寿命减少或造成报废

预防措施： 1.调整焊接机助焊剂喷射量.定时检查.2.返修区域在更换电池片时请使用指定的助焊笔,禁止用大头毛刷涂抹助焊剂

八、虚焊、过焊 原因

1.焊接温度过多或助焊剂涂抹过少或速度过快会导致虚焊 2.焊接温度过高或焊接时间过长会导致过焊现象.组件影响：

1.虚焊在短时间出现焊带与电池片脱层，影响组件功率衰减或失效, 2.过焊导致电池片内部电极被损坏，直接影响组件功率衰减降低组件寿命或造成报废

预防措施：

1.确保焊接机温度、助焊剂喷射量和焊接时间的参数设定.并要定期检查, 2.返修区域要确保烙铁的温度、焊接时间和使用正确的助焊笔涂抹助焊剂.3.加强EL检验力度，避免不良漏失下一工序.九、焊带偏移或焊接后翘曲破片 原因

1.焊接机定位出现异常会造成焊带偏移现象

2.电池片原材主栅线偏移会造成焊接后焊带与主栅线偏移 3.温度过高焊带弯曲硬度过大导致焊接完后电池片弯曲

组件影响：

1.偏移会导致焊带与电池面积接触减少，出现脱层或影响功率衰减 2.过焊导致电池片内部电极被损坏，直接影响组件功率衰减降低组件寿命或造成报废

3.焊接后弯曲造成电池片碎片

预防措施：

1.定期检查焊接机的定位系统.2.加强电池片和焊带原材料的来料检验，十、组件钢化玻璃爆和接线盒导线断裂 原因

1.组件在搬运过程中受到严重外力碰撞造成玻璃爆破 2.玻璃原材有杂质出现原材自爆.3.导线没有按照规定位置放置导致导线背压坏.组件影响：

1.玻璃爆破组件直接报废，2.导线损坏导致组件功率失效或出现漏电连电危险事故

预防措施：

1.组件在抬放过程中要轻拿轻放.避免受外力碰撞.2.加强玻璃原材检验测试, 3.导线一定要严格按照要求盘放.避免零散在组件上

十一、气泡 产生原因

1.层压机抽真空温度时间过短，温度设定过低或过高会出现气泡 2.内部不干净有异物会出现气泡.3.上手绝缘小条尺寸过大或过小会导致气泡.组件影响：

1.组件气泡会影响脱层.严重会导致报废

预防措施：

1.层压机抽真空时间温度参数设定要严格按照工艺要求设定.2.焊接和层叠工序要注意工序5s清洁, 3.绝缘小条裁切尺寸严格要求进行裁切和检查.十二、热斑和脱层 原因

1.组件修复时有异物在表面会造成热斑 2.焊接附着力不够会造成热斑点.3.脱层层压温度、时间等参数不符合标准造成

组件影响：

1.热斑导致组件功率衰减失效或者直接导致组件烧毁报废.2.脱层导致组件功率衰减或失效影响组件寿命使组件报废.预防措施：

1.严格按照返修SOP要求操作,并注意返修后检查注意5s.2.焊接处烙铁温度焊焊机时间的控制要符合标准, 3.定时检查层压机参数是否符合工艺要求.同时要按时做交联度实验确保交联度符合要求85%±5%.电池热 脱层

斑烧毁

十三、EVA脱层 原因

1.交联度不合格.（如层压机温度低，层压时间短等）造成 2.EVA、玻璃、背板等原材料表面有异物造成.3.EVA原材料成分（例如乙烯和醋酸乙烯）不均导致不能在正常温度下溶解造成脱层

组件影响：

1.脱层会导致组件内部进水使组件内部短路造成组件失效至报废

预防措施：

1.严格控制层压机温度、时间等重要参数 并定期按照要求做交联度实验。确保交联度符合要求85%±5%.2.加强原材料供应商的改善及原材检验.3.加强制程过程中成品外观检验

层压不合格脱层

十四、低效 原因

1.低档次电池片混放到高档次组件内，（原材混料/ 或制程中混料）

组件影响：

1.影响组件整体功率变低，组件功率在短时间内衰减幅度较大 2.低效片区域会产生热班会烧毁组件

预防措施：

1.产线在投放电池片时不同档次电池片做好区分，避免混用,返修区域的电池片档次也要做好标识，避免误用.2.EL测试人员要严格检验，避免低效片漏失.低效片、混档

十五、硅胶气泡和缝隙 原因

1.硅胶气泡和缝隙主要是硅胶原材内有气泡或气枪气压不稳造成, 2.缝隙主要原因是员工手法打胶不标准造成

组件影响：

1.有缝隙的地方会有雨水进入，雨水进入后组件工作时发热会造成分层现象.预防措施：

1.请原材料厂商改善,IQC检验加强检验.2.人员打胶手法要规范, 3.打完胶后人员做自己动作.清洗人员严格检验.十六、漏打胶 原因：

1.人员作业不认真,造成漏打胶, 2.产线组件放置不规范，人员拉错产品流入下一工序.组件影响：

1.未打胶会进入雨水或湿气造成连电组件起火现象.预防措施：

1.加强人员技能培训，增强自检意识.2.产线严格按照产品三定原则摆放,避免误用.3.清洗组件和包装处严格检验,避免不良漏失。

十七、引线虚焊 原因：

1.人员作业手法不规范或不认真,造成漏焊, 2.烙铁温度过低、过高或焊接时间过短造成虚焊,.组件影响：

1.组件功率过低.2.连接不良出现电阻加大，打火造成组件烧毁.预防措施：

1.严格要求操作人员执行SOP操作，规范作用手法.2.按时点检烙铁温度，规范焊接时间.接线盒引线虚焊

十八、接线盒硅胶不固化 原因：

1.硅胶配比不符合工艺要求造成硅胶不固化, 2.出胶孔A或B胶孔堵住未出胶造成不固化.组件影响：

1.硅胶不固化胶会从线盒缝隙边缘流出，盒内引线会暴露在空气中遇雨水或湿气会造成连电使组件起火现象.预防措施：

1.严格按照规定每小时确认硅胶表干动作.2.定时确认硅胶配比是否符合工艺要求。3.清洗工序要严格把关确保硅胶100%固化ok

接线盒硅胶不固化

十九、EVA小条变黄 原因：

1.EVA小条长时间暴露在空气中，变异造成, 2.EVA受助焊剂、酒精等污染造成变异.3.与不同厂商EVA搭配使用发生化学反应

组件影响：

1.外观不良客户不接受.2.可能会造成脱层现象

预防措施：

1.EVA开封后严格按照工艺要求在12h内用完,避免长时间暴露在空气中.2.注意料件放置区域的5s清洁，避免在加工过程中受污染.3.避免与非同厂家家的EVA搭配使用

EVA小条变黄

二十、异物和玻璃表面红笔印 原因：

1.层叠和玻璃上料处5S不清洁造成异物被压在组件内, 2.人员发现不良做好标记评审完后未及时清理直接包装.组件影响：

1.影响组件整体外观.造成投诉预防措施：

1.对层叠和玻璃上料工序做好5S清洁，避免异物出现.2.发现不良后禁止在组件上做标记，直接在流程卡上记录不良位置.3.产线产品摆放严格执行“三定”原则标识摆放

组件内有异物和玻璃表面有红笔印

二十一、组件色差

原因：

1.组件色差为原材料加工时镀膜不均匀造成, 2.焊接机在投放电池片未按照颜色区分投放造成 3.返修区域未做颜色区分确认造成混片色差

组件影响：

1.影响组件整体外观.造成投诉

预防措施：

飞机薄壁组件数字化柔性装配研究 篇3

1 飞机柔性化装配

1.1 飞机装配

当前,全世界飞机生产厂商数量仍十分有限,现仍在生产的飞机型号也较少,飞机制造从某种程度上说是一种垄断行业。各国飞机装配仍普遍采用专用装配型架装配飞机组件,即依据飞机的设计模型,结合CAD等手段,通过数字量协调传递线路,按照指定的路线、程序进行部件装配。在研发一种新的飞机后,需要新研发一套装配架,或对原有的装配架进行重大调整,这一过程十分漫长,直接影响新型飞机的研制。鉴于此,许多发达国家致力于研发一种柔性专配,多点阵成形真空吸附式万能柔性工装系统是当前一款比较成熟的系统,其主要通过模块化的阵列组成,通过数字化调整,以分布阵列上的吸附点,满足不同型号产品的钻孔、连接等装配工作。该系统并非飞机装用装配架,还被广泛用于汽车、轮船等工业品制造。X-35是洛克希德·马丁飞机制造公司研发创造的一种专用的龙门钻削系统,极大的节省了人力,缩短了装配之间。

1.2 飞机柔性化装配基础储备

目前尚无专门针对飞机薄壁组件装配的柔性装配系统,但从现有的其他领域柔性装配工艺来看,飞机数字化设计及制造、装配工装定位柔性化、装配工装装夹柔性化、适合装配工装尺寸调整的柔性化结构设计、复杂曲面数字识别、自动钻孔、多轴系统控制、自动铆接技术等技术已基本成熟,为飞机柔性装配系统的构建提供了可能。

1.3 飞机柔性化装配需解决的问题

1.3.1 数字量协调

前文提到,数字化设计与制造是飞机柔性化装配的基础,数模的构建是开展装配的依据,数据还是开展柔性化装配的标准,柔性化装配其本身便是依据数字量开展机械运动的过程。数字化统一了装配过程所需要的控制量,为实现系统构建提供了条件。飞机的柔性化装配不仅仅是原有的装配工艺与工装结合,而是对计算机、电子、制造等多个学科的综合化集成。

1.3.2 分离面划分

飞机的分离面分为设计与工艺分离面,前者是指可拆卸部件之间的分离面,是方便制造、装配的单元分离面。分离面的构建对于飞机柔性装配具有重要意义,理想的分离面构建应规范、便捷、通用,这一定程度上要求飞机设计者在飞机设计之处便充分考虑柔性配装问题,设计需要符合现有的分离面设计标准,以保证配装过程中的承重托点、定位销坐标可算。

1.3.3 柔性连接、定位于夹紧问题

飞机是一种复杂的高科技产品,且不同于汽车等工业产品,保密性非常严格,当并无飞机标准化、规范化配装与设计平台,一定程度上限制了配装工装通用化。但飞机场内部可设立复合自身设计特色的标准。当前飞机柔性连接、定位和夹紧标准目前还处于探索阶段。

2 数字化柔性装配在飞机薄壁组件装配中的应用

飞机薄壁组件几乎覆盖机体全身,样式繁多,且数量庞大,主要由铝制,质量轻且薄,装配难度相对较大。但不同于飞机内部组件,其曲面连续性好,装配工艺大同小异,数字量少,柔性化装配需重点应在于准确的定位曲面上的点。飞机薄层曲面多采用贝齐埃曲线拟合。誓将Ai,j作为空间定位点,则可表示为Ai,j(X,Y,Z,ny),X、Y、Z为点的空间坐标值,ny为点的空间法矢量,任意点的位置变量主要为曲面零件厚度、装配调节、装配工装,据此我们可以计算曲面上任意一点的数值。定位点越多,则装配越精确,但与此同时工作了越大,可供装配的空间也越小。零件的曲面形状是已知的,采用柔性装配即将曲面上的点输入至装配控制程序,后者定位装配机械,使其运动到想要的位置,进行操作。当装配的薄层变化时,只需要重新定位,便可以调整柔性架装配位置,满足装配需要。

3 展望

柔性化装配是解决当前飞机研制时间耗时长、资金耗费巨大的重要途径,其不仅可用于飞机研制,在其他复杂工业制成品制造领域也有巨大的发展潜力,可以说是未来机械产品制造的核心技术。当前,应以技术实现难度较小的薄层装配为突破口,集成现有的相关技术,构建成熟的柔性化装配工装体系。

摘要：现有的飞机装配工装仍沿用专用装配型架装配飞机组件,是制约飞机研发、制造,增加资源耗费,装配效用亟待提高。当前,飞机数字化设计及制造、装配工装定位柔性化、装配工装装夹柔性化等柔性装配基础技术已基本成熟,飞机柔性化装配系统构建正当其时。飞机薄壁组件样式繁多、数量庞大,装配难度相对较大,但曲面连续性好,装配工艺大同小异,数字量少,为柔性化装配创造了条件,是飞机柔性化装配重要突破口。

关键词：数字化柔性装配,飞机制造,薄壁组件

参考文献

[1]何春燕.制造业企业数字化管理平台是适于应用[J].数字军工,2008(07):44-47.

[2]曹增强.国外大型飞机装配型架设计的新方法[J].航空制造技术,2006(02):60-61.

光伏组件动态机械载荷测试研究 篇4

发展光伏产业对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。为规范和促进光伏产业健康发展,国务院于2013 年11 月发布《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,要求充分认识促进光伏产业健康发展的重要性,积极开拓光伏应用市场,加快产业结构调整和技术进步,规范产业发展秩序,推进光伏产业标准化体系和检测认证体系建设。2014 年,为支持分布式光伏,发改委、能源局、国家电网、税务总局等部门更是相继出台了多项法规和文件。另一方面,国内外光伏产业产能过剩局面仍没有得到根本改善,加上国际市场上削减光伏发电补贴、“双反”等负面影响还没有消除,光伏产业竞争异常激烈。

光伏组件使用寿命长(15 年左右),环境适应性要求高。在强风作用下,光伏组件承受正、反方向的交变压力,前后表面振荡、晃动,原有静态机械载荷试验方法无法评价动态机械载荷下光伏组件的可靠性[1],如果再附加高低温或湿度条件,光伏组件将面临更大的考验。所谓动态机械载荷,是指光伏组件在强风作用下,产生前后表面晃动,会使得组件承受正反方向交替加压,从而加速材料疲劳,进而可能引发电池片和汇流条等脆弱部分的失效现象。在荒漠气候或高原气候下这种现象比较常见。现有标准中机械载荷试验主要模拟组件承受静态载荷的情况,考核组件在静止不变的压力下是否可靠。动态机械载荷比静态机械载荷更加苛刻,更能够客观、全面的反映组件的真实可靠性。

1 机械载荷测试标准要求

1. 1 静态机械载荷试验

IEC 61215 / IEC 61646[2,3]标准中给出了光伏组件机械载荷试验测试方法,该标准为静态机械载荷测试。在光伏组件前表面和背表面上,逐步将负荷加到2400Pa,使其均匀分布。保持此负荷1h。测试完毕后,检查试验过程中有无间歇断路现象,是否有严重外观缺陷,对其进行标准测试条件下的最大输出功率试验和绝缘电阻试验。

1. 2 动态机械载荷试验

IEEE 1262 标准较早地给出了动态机械载荷试验的推荐测试方法:在1440Pa下进行10000 次循环,每个循环周期不小于3s。目前该标准已经过期。

正在起草中的IEC 62782 则对光伏组件的动态机械载荷试验给出了比较系统的测试方法:将光伏组件放置在动态载荷系统中,用直流源的正负极连接组件的正负极,并施加适当的电流。对光伏组件施加动态机械载荷,循环1000 次,每分钟完成1 ~ 3个循环,最大压力为 ± 1000Pa,在极限压力下保持的时间至少为7 ± 3s,测试过程中监测组件的电路连续性。在动态机械载荷施加前后,还应对组件进行一系列测试:如:IEC 61215 或IEC 61646 中的10. 1、10. 2、10. 3、10. 15 以及EL( 电致发光测试) 和IR红外成像测试等,来分析动态机械载荷对组件的影响。

为更好模拟实际测试条件,动态机械载荷测试势必是未来发展的方向。

2 动态机械载荷测试方法

目前国内外主要通过实地现场测试、吸盘、水压、沙袋、气囊等方式开展光伏组件机械载荷检测技术研究。

Fraunhofer ISE太阳能研究所在户外自然条件下对光伏组件的动态机械载荷试验进行了研究。所用的仪器设备主要有:超声测风仪和激光测距传感器。研究发现:动态机械载荷下组件的敏感频率在17Hz ~ 35Hz。与静态载荷比较,动态机械载荷下组件的形变量较小。户外动态机械载荷研究需要利用流体力学和数学建模等专业知识进行分析和处理,过程复杂,适用于动态机械载荷试验的初始性研究。

柏林AG光伏研究所、美国CFV、TUV莱茵、扬州光电等均采用多个吸盘在光伏组件表面进行动态机械载荷试验。组件固定不动,通过调节吸盘和组件表面中间的空气压力的正负实现对组件向下的压力或向上的吸力。每个吸盘通过电机单独控制,系统设计方案复杂,操作简单,但造价比较高,目前市场上一台动态机械载荷试验机大约需要40 万~60 万元。且不同吸盘组合间有可能存在压力不均的情况。

深圳SET、扬州光电等使用沙袋作为压力源。沙袋加压成本小,操作灵活,但由于是人工操作,试验过程中人的工作量较大,而且需要对沙袋的重量进行严格控制,无法实现频率较快,循环测试较多的动态机械载荷试验。

尚德、无锡太阳能国家中心采用水压作为压力源。水袋加压是利用水的重力向光伏组件施加均匀的压力。由于方式施压物水袋的重量大,水袋漏水后对试验样品、试验室环境等影响较大等原因,应用较少,而且因为重力垂直向下的特性,水压法也不适合实现动态机械载荷试验。

3 气囊法动态机械载荷测试设备

本小节将根据标准要求,使用气囊法,设计一套动态机械载荷测试装置,对动态机械载荷的速度、压力和时间等参数进行准确控制和操作。气囊法利用气压各向均匀的特性对组件施加压力。由于气压的各向同性,可以实现不同方向的加压,具有实现动态机械载荷试验的可能性。同时,由于气囊本身重量小、安全性高、成本低等优势,可大规模推广应用。

主要通过双向气囊交替加压自动向光伏组件正反表面施加动态机械载荷。通过电机和丝杆带动光伏组件上、下移动。系统施加到组件的压力大小和施压频率应能在一定范围内调节,并在试验过程中实时监测组件内部电路和边框的连续性。系统主要由机械部分和控制部分组成。

动态机械载结构示意图如图1 所示。

机械部分是设备的主体部分,主要用对光伏组件施加压力。整个机械部分由整体机架和光伏板安装辅助支架两部分组成。整体机架由伺服电机(提供上升及下降的动力)、联轴器、链轮、链条、丝杆、升降支架、光伏组件安装支架、及气囊等部件组成。

控制部分主要功能是向系统输入基本测试信息、控制光伏组件的移动速度和方向、监测组件所承受压力、控制动态机械载荷试验起止时间等。控制部分一般包括工控机、PLC、压力传感器、电流传感器、电流电压表、控制按钮、限位传感器与报警措施等组成。

控制部分的系统框图如图2 所示。

为了方便操作和了解试验进展情况,系统设置专门的显示部分。该部分是机械部分动作和控制部分数据信息的叠加结果,负责原始样品信息和测试要求的录入、测试过程进展情况的监控和图形信息的显示,主要功能是设置和显示。主要显示电参数和机械参数。

整个系统设计关键技术如下:

(1)双向气囊加压技术

气体加压各向同性,通过气囊可以实现对光伏组件表面的均匀施压。改变气囊内气压大小就可以实现样品表面不同压力的控制。样品由可调支架控制,在样品上方和下方各放置一个气囊。上方气囊负责向样品施加正向压力,下方气囊负责向样品施加反向压力。光伏组件具有不同的规格型号,不同型号尺寸差别较大,为了避免由于尺寸问题产生的样品表面受力不均,可配备多款气囊以适应目前市场上常见的54 片、60 片、72 片光伏组件的测试要求。

(2)机械传动和PLC控制技术

系统可配套两个电机,通过传动装置带动承压板控制上、下气囊内部压力,向样品施加正向压力时,下方电机首先带动承压板调整下方气囊适当下移,下方电机开始动作,使样品仅承受正向压力,并为形变预留空间。反向加压时则相反,上方电机带动承压板上移后,下方电机开始动作。整个过程中,电机的起、落、停、转、停,气囊的加压大小、动作方向和保持时间等最终由PLC实现程序控制。不仅如此,动态机械载荷试验装置还可以根据客户需要设置动态机械载荷试验的具体过程和循环次数,实现系统的PLC自动控制。

(3)传感器监控和传导技术

利用多种传感器技术实现信号的监控和传递。例如:利用压力传感器采集样品表面所受压力,为机械部件和电机的下一步动作提供控制依据。利用限位开关控制系统不超过设定的极限位置,实现对整个系统的安全保护。通过配套不同规格的气囊实现对不同尺寸样品的匹配。

4 结束语

本文主要研究了动态机械载荷对光伏组件可靠性的影响。探讨了光伏组件机械载荷测试相关标准和现状,针对即将发布的动态机械载荷标准,展开测试方法和测试设备研究。提出一种气囊法进行动态机械载荷测试的方法。

值得一提的是,现有标准或方法中不曾涉及气候和机械环境对组件的交互作用,这却是未来标准的一大趋势。因此,机械载荷测试设备和环境箱的共同结合测试将是未来发展的方向。

参考文献

[1]Simon Koch,Jan Kupke,Dirk Tornow,et al.Dynamic mechanical load tests on crystalline silicon modules[C].25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion,2010:3998-4001.

[2]IEC 61215-2005,Crystalline silicon terrestrial photovoltaic(PV)modules-Design qualification and type approval[Z].