太阳能电池

电子工业专用设备

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰｒｏｄｕｃｔｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

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太阳能电池用高温烧结炉传动

系统的设计计算

陈特超

（中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南长沙４１０１１１）

摘

要：介绍了太阳能电池生产线用高温烧结的特点、传动原理，提出了网带驱动力及其传递功率

的理论计算方法，利用该方法进行设计计算，可在保证传动可靠的前提下，选择最合适的电机、减速机，减少安装位置，节约设备制造成本。作者根据计算结果应用到实际的生产中，较好的指导了生产。

关键词：太阳能；电池；带传动；驱动；特点；计算应用中图分类号：ＴＫ５７３，ＴＮ８０６．９

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４－４５０７（２００８）０４－００１０－０４

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｆＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｉｎｔｅｒｉｎｇＦｕｒｎａｃｅｆｏｒＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ

ＣｈｅｎＴｅ－ｃｈａｏ

（Ｔｈｅ４８ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣＨｕＮａｎＣｈａｎｇＳｈａ４１０１１１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｓｉｎｔｅｒｉｎｇｆｏｒｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ．Ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｂｅｌｔａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｇｕａｒａｎｔｅｅｒｅｌｉａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｃｈｏｉｃｉｎｇｔｈｅｍｏｓｔｓｕｉｔａｂｌｅｍｏｔｏｒｓ，ｒｅｄｕｃｅｒ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎ，ｓａｖｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｏｓｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｍａｙｂｅａｂｅｔｔｅｒｇｕｉｄｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｏｌａｒ；Ｃｅｌｌｓ；Ｂｅｌｔｄｒｉｖｅ；Ｄｒｉｖｅｒ；Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

１引言

当前，作为常规能源的化石燃料储量正在一天

天减少的同时，空气污染、全球变暖、臭氧空洞等环境问题也在一天天严重。为了人类社会的可持续发展，人类的出路，就是探索能替代煤和石油的高效、

收稿日期：２００８－０３－２６

作者简介：陈特超（１９６２－），男，高级工程师。主要从事半导体及太阳能电池生产装备的开发，获国家科技进步奖２项，实用新

型专利４项。

（总第１５９期

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太阳能电池

太阳电池生产线用高温烧结炉传动的特点

太阳能用高温烧结炉主要是采用金属网带作

洁净的可再生能源。太阳能是资源最丰富的可再生能源，以其独特的优势和巨大的开发利用潜力成为发达国家和发展中国家的重要替代能源之一，目前太阳能的利用方式，主要是太阳能的热利用和光伏利用。作为光伏利用我国正在蓬勃发展晶体硅太阳能电池的生产［１］。

高温烧结炉在太阳能电池制造工艺中主要是用于硅片丝网印刷后的桨料烧结，形成电极。它是连续式的烧结设备，硅片放在网带上随网带一起运动，网带通过高温加热区，工件被加热到给定的温度完成烧结工序。通过设定加热温度和网带速度，来控制工件的烧结曲线。

太阳能电池用高温烧结炉的传动是采用金属网带传动，它类似于摩擦带传动。带传动是应用很广的机械传动方式，带传动一般是依靠挠性的传动带和带轮之间的摩擦力来传递动力的。带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的挠性传动带组成。由于处于张紧状态，在静止时带已受到预紧力，带和带轮的接触面间便产生一定的正压力。当主动轮回转时，带和主动轮接触面间便产生摩擦力使带运动；同时带又靠与从动轮接触面间的摩擦力驱使从动轮回转，从而传递运动和动力。

３

为传动和承载物品用。典型的传动系统原理图如图１所示。图中主动轮与其它从动轮及网带构成传动系统，可近似看成一个带传动系统。采用摩擦传动，用挤压轮将网带压在主动滚子上，增加其摩擦和包角。

其传动系统特点为：

（１）采用金属网带传动，网带既是传动件又是物品承载平台；

（２）承载的物品质量小，其重量可忽略不计；（３）由于网带经过高温区，网带变形大；（４）带速快，一般是４～６ｍ／ｍｉｎ；（５）网带具有急冷急热冲击；（６）运动平稳，不允许窜动。

上端滚子

承载托滚

压紧轮

主动轮配重轮回程托滚

图１传动系统原理图

２带传动的特点

摩擦型带传动一般有以下特点：

（１）有良好的弹性和挠性，能吸收震动，缓和冲

４网带传动的设计计算

带速和带宽是高温烧结炉传动系统的重要设

计参数，而产能（片／ｈ）是太阳能电池生产用高温烧结炉的最重要性能指标，该指标与带宽、带速参数密切相关。４．１产能

为了保证正常输送条件下网带上的硅片数量最多、考虑与前道工序的衔接，合理选择网带宽度非常重要。一般网带宽度有２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、５５０ｍｍ等几档。宽度方向可并排摆放硅片数量为１，２，３，４片等。以满足不同产能要求。４．２圆周驱动力计算［３］

高温网带式烧结炉正常运转时，网带沿输送线

（总第１５９期）１１

击，传动平稳，噪声小；

（２）当带传动过载时，带在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用；

（３）结构简单，制造、安装和维护方便；（４）带与大轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比。传动精度和传动效率较低；

（５）由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力；

（６）带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑；（７）带的寿命短，需经常更换；

（８）带传动通常用于中心距较大的两轴之间的传动，传递功率一般不超过５０ｋＷ［２］。

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路运行的总阻力等于主动滚筒的牵引力，即圆周驱

ＦＵ＝Ｃ ＦＨ＋ＦＳｔ＋ＦＳ１＋ＦＳ２

式中：ＦＨ为主要阻力；

ＦＳｔ为摩擦阻力；ＦＳ１为特种主要阻力；ＦＳ２为特种附加阻力；Ｃ为与烧结炉长度有关的系数。

４．２．１主要阻力ＦＨ

网带炉的主要阻力ＦＨ是硅产生的阻力总和：

ＦＨ＝ｆＬｇ［ｑＲＯ＋ｑＲＵ＋（２ｑＢ＋ｑＧ）］式中：ｆ为模拟摩擦系数，ｆ取值见表１；

Ｌｇ为传动系统的头尾中心距，即两上端滚子的中心距；

ｑＲＯ为承载分支托滚组每米长度旋转质量；ｑＲＵ为回程分支托滚组每米长度旋转质量；ｑＢ为每米长度输送带质量；

ｑＧ为每米长度输送带物料质量，可忽略。

表１模拟摩擦系数ｆ

系数Ｃ

动力，即：

６

５４３２１０

０

图２表２

１０００

２０００Ｌ／ｍ

３０００４０００

系数Ｃ随长度Ｌ变化的曲线系数Ｃ

Ｌ／ｍｍ８０Ｃ

１００１５０２００３００４００５００６００７００８００９００１０００１５００２０００

１．９２１．７８１．５８１．４５１．３１１．２５１．２１．１７１．１４１．１２１．１１．０９１．０６１．０５

片及网带移动和承载分支及回程分支托滚旋转所

４．２．３主要特种阻力ＦＳ１

主要特种阻力ＦＳ１包括托滚前倾（托滚前倾主要是防止网带跑偏）的摩擦阻力和网带与导向条间的摩擦阻力两部分［５］，即：

ＦＳ１＝Ｆｇ＋ＦＧ１

式中：Ｆｇ为前倾上托滚与前倾下托滚摩擦阻力之和；

ＦＧ１为网带与导向条间的摩擦阻力；４．２．４托滚摩擦阻力之和Ｆｇ

三滚式前倾上托滚：

Ｆε＝Ｃεμ０Ｌε（ｑＢ＋ｑＧ）ｇｃｏｓδ１ｓｉｎε二滚式前倾下托滚：

Ｆε＝μｃｏｓδ０ＬεｑＢｇｃｏｓλ１ｓｉｎε

式中：Ｃε为槽形系数，３０°＝０．４，３５°＝０．４３，４０°＝０．５；

μ０为托滚与输送带间的摩擦系数；δ１为输送机最小倾角；ε为托滚的前倾角；

λ为下托滚槽角，为侧托滚滚轴线与水平线间的夹角。

４．２．５网带与导向条间的摩擦阻力Ｆｇ１

２

ＩＰｇｌＦｇｌ＝２１２

安装情况工作条件工作环境良好工作环境中等工作环境恶劣

［４］

ｆ

０．０２００．０２２

０．０２３～０．０３

水平、向上倾斜

４．２．２Ｃ的取值

图２表示系数Ｃ与输送机长度Ｌ的函数关系。该图表明当输送机长度小于８０ｍ的情况下，才能取的系数Ｃ的可靠值，并基本满足一次线性关系，系数Ｃ可以使用简化公式计算，输送机长度Ｌ与Ｃ值的关系如表２；根据表中的数值，采用二次插值的方法对Ｃ值进行处理：

已知输送机长度Ｌ，在表中查到Ｌ１，Ｌ２对应的数值Ｃ１，Ｃ２，并且满足Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２，则对应的Ｃ值为：

Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２－Ｃ１（Ｌ－Ｌ１）

２１

或Ｃ＝Ｃ２－Ｃ２－Ｃ１（Ｌ２－

Ｌ）

２１

（总第１５９期式中，μ２为网带与导向条间的摩擦系数；ｌ为导向条长度；Ｐ为硅片密度；ｇ为重力加速度；ＩＶ为网带长度；Ｖ为带速；ｂ１为导向条宽度。

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太阳能电池

Ⅰ

η为电压降系数。

４．２．６附加特种阻力ＦＳ２

附加特种阻力ＦＳ２包括网带清扫器摩擦阻力Ｆｓ

和犁式限位器摩擦阻力Ｆａ

ＦＳ２＝ｎ３Ｆｒ＋ＦａＦｒ＝Ａｐμ３Ｆａ＝ＢＫ２

式中：ｎ３为清扫器个数，包括空段清扫器和头部清扫器；

Ｐ为清扫器和网带间的压力；Ａ为清扫器和网带接触面积；μ３为清扫器和网带间的摩擦系数；ｋ２为刮板系数。４．３驱动功率的计算［６］

理论上的传动滚筒轴功率ＰＡ（ｋＷ）可用下式表示：

ＰＡ＝ＦＵＶ／１０００

式中：ＦＵ为圆周驱动力；

Ｖ为带速。

由于驱动装置效率的原因，实际中需要的功率比理论功率要大，电动机发出的功率需要经过高速联轴器、减速机、低速联轴器等一系列的连接部件才能传递到主动滚筒上，传递功率的大小取决于部件传递效率的高低。因此实际需要的电机功率经过修正应为：

Ⅰ

ＰＭ＝ＰＡ／（ηη）

５结论

参照带式输送机的设计条件，根据太阳能电池

生产设备的特点，总结出了适合太阳能电池生产用高温烧结炉中传动系统传动力及电机功率等参数的计算方法，作者将已知参数代入公式中进行计算，根据计算结果选择电机及减速机，其参数可比按经验确定的小一半，体积减小了将近１倍，较好地指导了设备的生产，满足了太阳能电池生产用高温烧结炉的传动要求。

参考文献：

［１］［２］［３］［４］［５］

郝晓光王安亭．太阳能电池及金属化材料的现状及发展趋势［Ｊ］．化工新型材料２００６，３４（９）：３７－３９．

张尊敬．ＤＴⅡ型固定式带式输送机设计选用手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００３．１７－３２．

成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２．６５－８５．

宋伟刚．散状物料带式输送机设计［Ｍ］．．沈阳：东北大学出版社，２０００．２１－２６．

庄杰．ＧＢ／Ｔ１７１１９－１９９７ＩＳＯ５０４８：１９８９连续搬运设备带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计算［Ｍ］．北京：起重运输机械研究所，１９８９．３３－３６．［６］

齐威然．火力发电厂带式输送机运煤部件典型设计选用手册［Ｍ］．沈阳：东北电力设计院，１９９７．８９－９２．

式中：η＝ηη１η２（η１为联轴器的效率，２为减速机传动效率，取０．９４）；

上接第４页

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５设备

据ＬＵＸＲｅｓｅａｒｃｈ报道，２００５～２００７年全球４６

决了我国千吨级多晶硅产业化的核心问题。

由此可见，以太阳能电池为代表的光伏产业是朝阳产业，其前景光明。愿我国光伏产业蒸蒸日上，加速追赶国际先进水平。

参政文献：

［１］［２］

ｋａｔｈｅｒｉｎｅＤｅｒｈｙｓｈｉｒｅ．薄膜太阳能电池前途光明［Ｊ］．ＳｉＣｈｉｎａ，２００７，３（５）：３０．

ＫａｏｎＳｎｏｅｃｋｘ薄膜晶体硅太阳能电池的潜力［Ｊ］．ＳｉＣｈｉｎａ，２００７．３（１０）：４５－４８．

家太阳能电池公司上市，融资７３．２亿美元。国外太阳能电池设备较成熟，而国内刚起步不久，如北京七星华创电子公司微电子设备公司总经理唐亚非最近表示：目前我厂半导体设备有两大热点，一是太阳能电池设备，促进以生产太阳能电池设备为主的半导体设备的增长，二是ＩＣ设备。２００７年４月洛阳中硅高科技完成“２４对棒节能型多晶硅还原炉成套装置”的技术研究，通过科技部现场测试和验收，它解

（总第１５９期）１３