[發明專利]一種柔性薄膜太陽能電池在線卷對卷張力控制系統

在審

• 申請號: 201410131291.8
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103935811A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李學耕;張心會;張曉勇
• 申請（專利權）人: 普尼太陽能(杭州)有限公司
• 主分類號: B65H26/04
• 分類號: B65H26/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體涉及一種柔性薄膜太陽能電池在線卷對卷張力控制系統。

背景技術

近年來，隨著便攜式用品需求增加，對柔性輕質薄膜太陽能電池的需求與日俱增。柔性薄膜太陽能電池通常采用收放卷工藝生產，在生產過程中需要對成卷的柔性薄膜太陽能電池進行清洗、鍍膜、縱向分切等過程，張力控制是其關鍵的控制技術之一，特別是柔性薄膜太陽能電池的功能膜層脆弱又非常薄，厚度僅幾微米，張力控制顯得尤為重要。過大的張力會造成柔性薄膜太陽能電池拉伸，使功能膜層斷裂，過小的張力會造成柔性薄膜太陽能電池收卷松弛，引起收卷層擠壓，使功能膜層碎裂脫落。因此，卷對卷的柔性薄膜太陽能電池在線張力控制對保護功能膜層質量是極其重要的。

收放卷張力控制方法通常分為間接張力控制和直接張力控制。對于間接張力控制，主要是采用計算卷徑的變化，通過控制電機的輸出轉矩，間接控制卷料的張力。直接張力控制視傳感器結構不同，可分為位置式張力控制和反饋式張力控制。位置式張力控制采用浮輥作為張力傳感器，利用機械式電位器檢測調節輥位置，并與給定位置比較，其偏差送入位置調節器，從而構成位置-速度-電流三環系統閉環控制。反饋式張力控制采用微處理器為控制核心，實現復雜的控制算法，硬件采用張力傳感器實時檢測張力，構成張力的反饋以實現閉環控制。現有的張力控制方式，無論是間接張力控制還是直接張力控制，均需要使用過渡輥與卷料接觸以改變卷料行走方向，形成檢測輥對張力的承受并對張力進行檢測，這樣，過渡輥和檢測輥都將直接接觸太陽能電池功能膜層材料，會造成柔性薄膜太陽能電池功能膜層的損壞，降低良品率。目前尚無可靠的柔性薄膜太陽能電池卷單面接觸張力控制系統。

CN?102024563提供了一種薄膜張力調整方法，這種方法采用噴氣單元，經氣孔對帶狀薄膜噴射空氣，使帶狀薄膜推擠到另一部件上形成適當張力，但是這會引起功能膜層與該部件表面發生摩擦，損壞功能膜層。CN?102583086提供一種對薄膜涂敷加工中的薄膜張力控制的方法，采用負壓吸附薄膜無涂敷層一側，對薄膜產生吸附力，從而使牽引輥與負壓吸附板之間的薄膜形成張力，涂敷牽引張力與薄膜放卷張力控制相配合，由涂敷輥和底輥將涂敷材料涂敷到薄膜與涂敷輥接觸的一側，從使用上來看，這種張力控制方法不適用于柔性薄膜太陽能電池卷對卷設備。

發明內容

針對現有技術中張力控制系統與太陽電池功能膜層直接接觸，造成電池功能膜層損壞的問題，本發明提供一種柔性薄膜太陽能電池卷對卷的單面接觸張力控制系統，可以避免柔性薄膜太陽能電池卷料功能膜層與過渡輥和檢測輥直接接觸，保護功能膜層不受損傷，并具有控制精度高、易于實現的特點。

一種柔性薄膜太陽能電池在線卷對卷張力控制系統，包括可編程邏輯控制器(PLC)、變頻器、旋轉編碼器(PG)、張力傳感器、張力調節器、電機和一組左右對稱布局的滾軸結構，如圖1所示。其中，滾軸結構包括用于薄膜電池放卷和收卷的輥輪裝置、用于保護膜收卷和放卷的輥輪裝置、安裝于薄膜電池幅上的兩個從動輥、安裝于保護膜幅上的兩個從動輥及安裝于薄膜電池幅上的兩個彎輥。

所述的薄膜電池放卷裝置和薄膜電池收卷裝置輥軸規格相同，軸心在同一個平面內，左右對稱布局；所述的保護膜收卷裝置和保護膜放卷裝置輥軸規格相同，軸心在同一個平面內，左右對稱布局；所述的安裝于薄膜電池幅上的從動輥其中一個安裝了旋轉編碼器，另一個安裝了張力傳感器，輥軸規格相同，軸心處在同一個平面內，左右對稱布局。以上所述的薄膜電池放卷裝置和收卷裝置軸心平面、保護膜收卷裝置和放卷裝置軸心平面、安裝于薄膜電池幅上的從動輥軸心平面彼此平行，之間有一定間距。

所述的安裝于薄膜電池幅上的兩個彎輥對薄膜電池幅起展平和引導作用。

工作時，所述保護膜放卷裝置輥軸的驅動電機工作在速度控制模式下，所述保護膜收卷裝置輥軸的驅動電機工作在轉矩控制模式下。

所述的薄膜電池幅在安裝了旋轉編碼器從動輥軸上的包角與在安裝了張力傳感器從動輥軸上的包角相同，包角范圍在5°-180°之間。

本發明在線卷對卷張力控制系統的理論依據和工作過程如下：

放卷輥正常工作時，控制放卷的電動機通常處于發電制動狀態，其運動方程是：

????????????????????(?1?)

其中，?M_T是柔性薄膜電池幅張力產生的轉矩，M_e是電動機的電磁轉矩，M₀是電動機與傳動裝置的空載轉矩之和，是電機的動態轉矩。