Application des robots servo à trois axes dans l'industrie photovoltaïque des énergies nouvelles

Application des robots servo à trois axes dans l'industrie photovoltaïque des énergies nouvelles

Dans un contexte d'accélération de la transition énergétique mondiale, l'industrie photovoltaïque connaît une croissance annuelle moyenne à deux chiffres. Selon les rapports sectoriels, le marché mondial de l'automatisation des centrales solaires a atteint 7,8 milliards de dollars en 2023 et devrait dépasser les 18 milliards de dollars d'ici 2030. Cette croissance fulgurante s'explique par la recherche constante de précision, d'efficacité et de stabilité menée par l'industrie de la fabrication photovoltaïque. Robots servo à trois axes, grâce à leurs avantages technologiques uniques, deviennent des équipements d'automatisation clés reliant toute la chaîne de valeur de l'industrie photovoltaïque.

Précision et efficacité : les exigences fondamentales de l'industrie photovoltaïque en matière de robots

Le processus de production des produits photovoltaïques s'étend du traitement du silicium à la fabrication des cellules, en passant par l'encapsulation des modules, jusqu'à l'exploitation et la maintenance des centrales. Chaque étape impose des exigences strictes aux équipements d'automatisation. L'épaisseur des plaquettes de silicium a diminué, passant des 160 µm traditionnels à moins de 100 µm ; ce matériau extrêmement fin est très sensible aux moindres chocs. Chaque gain de 0,1 % en rendement de conversion des cellules requiert un contrôle au micron près lors de la fabrication. La régularité de l'encapsulation des modules détermine directement la stabilité de la production d'électricité d'une centrale pendant sa durée de vie de 25 ans.

Les robots servo à trois axes, grâce à une coordination précise selon les dimensions X, Y et Z et à la commande en boucle fermée d'un système servo, répondent parfaitement à ces exigences. Comparées aux équipements pneumatiques ou à moteurs pas à pas traditionnels, leur répétabilité atteint ±0,02 mm, avec un temps de prise en charge minimal de seulement 1,4 seconde. Tout en assurant un fonctionnement à haute vitesse, ils limitent le taux de casse des plaquettes de silicium à moins de 0,03 %, bien inférieur aux 1,2 % observés en opération manuelle. Ce double avantage de « haute précision et haute vitesse » en fait un composant essentiel des lignes de production automatisées photovoltaïques.

Pénétration complète du processus : trois scénarios d’application principaux des robots servo à trois axes

1. Fabrication de plaquettes de silicium : Protection de précision, des tiges de silicium aux plaquettes

Dans le processus de production des plaquettes de silicium, depuis la découpe des lingots de silicium polycristallin jusqu'au tranchage des barres de silicium monocristallin, puis aux étapes de prétraitement telles que le nettoyage et la texturation, les robots servo à trois axes jouent un rôle crucial dans le transfert de matière. Utilisant un système d'entraînement par moteur pas à pas piloté par automate programmable, Robot peut Il s'adapte de manière adaptative dans l'espace tridimensionnel. Associé à un effecteur terminal à ventouse à vide personnalisé, il peut saisir en douceur des plaquettes de silicium de différentes spécifications.

Sur la ligne de production de plaquettes de silicium minces de First Solar aux États-Unis, un robot servo à trois axes, associé à un équipement de découpe laser, assure le transfert et le tri immédiats des plaquettes après la découpe. Ce procédé améliore l'efficacité de 40 % et réduit de 65 % le taux d'écaillage des bords. Cette collaboration hautement performante permet non seulement de réduire les étapes intermédiaires, mais aussi les risques de contamination grâce à un processus entièrement sans contact, jetant ainsi les bases d'une fabrication de cellules réussie.

2. Fabrication des cellules : Un fonctionnement à l'échelle du micron garantit une efficacité de conversion optimale

La fabrication des cellules est au cœur de la production photovoltaïque. Avec l'adoption généralisée des technologies de cellules à haut rendement telles que HJT et TOPCon, les exigences en matière d'automatisation des procédés comme l'impression des électrodes, le revêtement et le dopage laser sont accrues. L'application de robots servo à trois axes dans ce processus cela se reflète principalement dans l'amarrage précis et la coordination des paramètres entre les équipements de traitement.

Dans le procédé de revêtement PECVD sur plaque des cellules HJT, le robot doit transporter avec précision la plaquette de silicium dans la chambre de revêtement. Toute erreur de positionnement affecte directement l'uniformité de la couche de film. La solution proposée par un fabricant européen d'équipements utilise un robot servo à trois axes, communiquant en temps réel avec le système de contrôle principal de l'équipement, pour assurer une précision de placement de la plaquette de silicium de ±0,05 mm. Ceci permet à la production en série de cellules HJT d'atteindre un rendement de conversion moyen supérieur à 25 %. Lors de l'impression des électrodes, le robot, associé à un système de vision, permet un retournement et un positionnement rapides des cellules, augmentant ainsi la capacité d'impression de 30 %.

3. Conditionnement des modules et exploitation et maintenance des centrales électriques : autonomisation tout au long du cycle de vie

Lors du processus d'assemblage des modules, le robot servo à trois axes assure l'empilage automatisé des matériaux tels que le verre photovoltaïque, le film EVA, les chaînes de cellules et les feuilles arrière, ainsi que l'assemblage et le collage des cadres. Ses capacités de collaboration à plusieurs degrés de liberté lui permettent de s'adapter aux besoins de production de modules de différentes tailles, des modules standard de 166 mm aux modules ultra-larges de 210 mm, ne nécessitant que des ajustements de programme pour un changement rapide et réduisant ainsi considérablement les coûts de modification de la ligne de production.

Dans le domaine de l'exploitation et de la maintenance des centrales électriques, les robots de nettoyage et d'inspection équipés de systèmes servo à trois axes remplacent progressivement le travail manuel. Bras robotiqueCes bras robotisés peuvent se déplacer avec agilité sur les panneaux photovoltaïques, utilisant des nettoyeurs haute pression ou des brosses pour nettoyer les modules, tout en détectant simultanément les points chauds grâce à des modules de détection situés à leur extrémité. Les données montrent que les systèmes de nettoyage automatisés peuvent augmenter la production d'énergie des modules de 5 à 8 %, tout en réduisant les coûts de maintenance de 42 % par rapport au nettoyage manuel. Dans le cadre du déploiement entièrement automatisé de la centrale photovoltaïque de Sudair (600 MW) en Arabie saoudite, l'utilisation de ces bras robotisés a permis de réduire les pertes annuelles de production d'énergie de la centrale de 37 %.

Intégration technologique : les orientations futures du développement des bras robotiques photovoltaïques

Alors que l'industrie photovoltaïque évolue vers « une efficacité élevée, des plaquettes plus fines et l'intelligence », les bras robotisés servo à trois axes évoluent dans trois directions : premièrement, l'intégration de la technologie du jumeau numérique pour optimiser les trajectoires de mouvement grâce à la simulation virtuelle, réduisant ainsi le temps de mise au point des équipements de 50 % ; deuxièmement, l'intégration de systèmes de vision par IA pour assurer la détection et la classification en temps réel des défauts de surface des plaquettes de silicium, améliorant ainsi le rendement du processus ; et troisièmement, le développement de modèles plus résistants aux intempéries pour s'adapter aux besoins de maintenance des centrales électriques dans des environnements extrêmes tels que les déserts et les plateaux, avec des plages de températures de fonctionnement étendues de -40 °C à 85 °C.

La Commission électrotechnique internationale (CEI) développe un protocole de communication pour l'automatisation photovoltaïque, qui favorisera l'interconnexion entre les robots servo à trois axes et les systèmes de production photovoltaïque. À terme, ces équipements automatisés ne seront plus de simples unités d'exécution, mais deviendront des éléments clés de la transformation numérique de l'industrie photovoltaïque, contribuant ainsi à la réalisation des objectifs mondiaux en matière d'énergie propre.

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