1、烧结炉结构的研究及节能设计中图分类号：O432.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0046-01 进入 21 世纪以来，光伏发电作为理想的可再生能源发电技术，得到了迅猛发展，在太阳能电池片的整个生产工艺流程中，烧结是使硅片真正具有光电转换功能的至关重要的一步。因此烧结设备的性能好坏直接影响着电池片的质量，太阳能电池片在烧结后形成上下电极的欧姆接触。但烧结炉的耗电量极高，所以如何节能成为降低电池片成本的重点。如同光伏行业的很多环节一样，烧结炉本身很难有差异化，但要在竞争中取胜，烧结设备在加热元件、炉膛结构、控制原理、传动系统和冷却方式等方面就必须提供差异化，从细节
2、入手，以独特的设计达到节能的目的，才能在众多设备中具备竞争力。 一、加热元件的选择 目前太阳能电池片烧结炉基本都采用红外石英灯管作为主要加热元件。而烧结区的灯管温度达到 800以上，所以在炉腔与灯管两端加装保温罩能有效的减少热能的损耗，保持炉腔内部温度稳定。 二、炉膛结构设计 电池片的烧结工艺决定了相邻两个温区的温度会有 300以上的落差，虽然辐射加热具有很好的定向性，但是在灯管和电池片由于炉膛内部气流循环的影响，部分能量会跟随气流进入相邻温区，这种热扩散会太高相邻低温区的实际温度，阻碍温度峰值的出现。所以只要把各个温区气流独立循环，加热区、烘干区使用两条独立的传送带来传送硅片，这样有效地提高
3、了电池片在加热区的热效能，既是尽可能避免了长时间运转下，电池片的受热均匀性受到的影响，也同时提高电池片冷却效率。 从温区向外，采用三层不同的绝热设计，且每一层都具有出色性能。最内一层具有高温绝热特性，可以完全抵抗热冲击和热应力。中间一层提供出色的辐射反射功能，其热传导率最低。最外一层不仅具有出色的热效能，还用于提供超强的机械强度。该系统能够有效控制 995 摄氏度的内部高温，同时还能将外壳温度控制在 35 度以下，因此大大减少了能源消耗和对周围室温的影响。 三、高速烧结对传动系统的要求 目前太阳能电池片烧结工艺要求能达到 6000mm/min，高速烧结会使网带的运行平稳性变差，在电池片的背电极
4、面造成网纹，影响外观质量，甚至会造成碎片。此外，高速烧结如何在很短的时间内使网带迅速降温，以保证电池片出炉温度，主要从以下几方面入手： 1、采用弹性张紧 目前网带式烧结炉均采用摩擦传动方式，即用张紧轮将网带压紧在主传动轮上，跟随主传动轮一起运动。一般网带炉只在主传动轮处施加张紧，会造成网带松边、紧边之分，对低速运行不会造成影响，但高速运行就会在松边产生抖动。因此应采用全程弹性张紧的方式，这样施加在炉体不同部位的张紧轮上的弹簧，会根据网带拉力的不同而自动调整摩擦力的大小，使之与拉力相匹配，最大限度的减小抖动的产生。 2、网带本身的结构要求 由于电池片本身极薄，从烧结段带出的热量主要集中在金属网带
5、上，理论上迅速降温方式有两种，一是加快热交换，二是减少热源，当设备的冷却方式确定后，只能降低网带本身的蓄热，即减少单位面积上金属丝的用量。 四、实现电池片快速降温的结构， 降温的措施除减少网带蓄热外，还可采用高效的热交换器。单纯的轴流风机吹扫或者水冷钢套换热都无法满足在 1 分钟内迅速降温的要求。风冷式水冷换热器是成熟可靠的解决方案，在此基础上，开发了内部循环换热和外部对流换热两种结构。 1、内部循环换热式 冷却腔相对于外界环境是封闭的，水冷换热器安装在网带的上下，固定在换热器背部的轴流风机强制将网带和电池片带出的热量抽过换热片，降温冷却后的凉风再吹到网带上，这样空气不停的在冷却腔内循环降温，
6、从而降低了网带和电池片的温度。其优点是热量内部循环，外界散失少，能耗低，对工作间温度影响小，成本低，缺点是换热效率较外部对流式差。 2、外部对流换热式 冷却腔相对与外界环境是开放的，水冷换热器安装在网带上下，冷却腔顶部的风机将外部经过滤净化后的空气吸入，在上水冷换热器中冷却，吹到网带和电池片上；冷却腔底部的风机将热的空气抽出，经下水冷换热器降温后排到设备外。这样不断利用外部冷空气冷却，达到降温目的，其优点是使换热效率比内部循环式高；缺点是排出的气体对工作间温度有影响，外界散失大，能耗较高，成本高。因此，对于炉体较短，急速降温，或对出口温度有严格要求的，可采用外部对流换热；对于炉体较长，对出口温
7、度要求较宽泛的，可采用内部循环换热。 3、风量及流向对电池片的影响 当水冷温度和流量一定时，唯一影响降温速率的是风量大小。但过大的风量会对电池片产生很大的力，控制不好会造成碎片。此外，风的流向也很重要，如果垂直向下，当吹到电池片时，风会向两边扩散，靠近烧结段的会影响烧结温区的温度稳定，从而影响转换率，采用风机向出口倾斜的安装结构很好解决这一问题。 六、总结 太阳能电池片特殊的烧结工艺，决定了烧结设备不同于一般网带炉的设计结构，其中某些关键性能指标，直接影响着电池片的质量。第一代网带式红外加热快速烧结炉，存在灯管寿命短、温度峰值不够、出口温度过高等缺陷。 快速烧结系统的处理室在结构和操作上采用了精致的设计理念，例如陶瓷绝缘体的无金属多层结构，以及先进的气流分配系统。这种热交换理念能够在将周围气体（清洁干燥的空气）加热至处理温度的同时，借助气流冷却室内绝缘体温度。 之后出现的第二代烧结炉的特点是烧结段采用进口的红外短波灯管，其余采用国产灯管，控制采用计算机集散控制系统，它克服了第一代的缺点，最高带速达到了 6700mm/min，出口温度控制在 45以下。 在绿色环保的大趋势下，节能型烧结炉必定成为一种潮流，必定为降低光伏发电成本做出贡献。
