隨著自動化與智能化技術(shù)的發(fā)展，如何將這些環(huán)節(jié)從人力的制約中解放出來，使其不受外界干擾，始終平穩(wěn)運行?
智能制造是未來發(fā)展方向，在自動化、信息化、數(shù)字化基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)智能制造。智能制造的基礎(chǔ)是自動化、數(shù)字化、信息化，把自動化作為實現(xiàn)智能化的抓手。在充分自動化前提下，運用物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，讓工廠內(nèi)所有資源相互連接，通過云計算/大數(shù)據(jù)實現(xiàn)動態(tài)調(diào)配，高質(zhì)、高效地滿足不同客戶大規(guī)模定制生產(chǎn)的需求。
同時隨著光伏組件越來越大，電站應(yīng)用條件更加復(fù)雜，人工成本逐年增加，光伏全產(chǎn)業(yè)的自動化提升對這些環(huán)節(jié)也有非常積極的意義。
筆者特綜合整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，盤點光伏自動化與智能化的發(fā)展。
智能制造
離無人工廠只剩一步
經(jīng)過十余年的發(fā)展。光伏組件全產(chǎn)業(yè)鏈的自動化生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟。
光伏制造的精密性和自動化程度在整個工業(yè)領(lǐng)域排名都比較靠前。去年在科創(chuàng)板上市的AI技術(shù)公司，從事高精度機(jī)器視覺的天準(zhǔn)科技由于其設(shè)備的特殊性覆蓋多個產(chǎn)業(yè)，其董事長徐一華指出，目前光伏與手機(jī)、汽車、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)并列，是為數(shù)不多將機(jī)器視覺用于生產(chǎn)線而非只停留在實驗室的行業(yè)。
愛旭、通威兩大電池巨頭建立了自動化程度非常高的電池生產(chǎn)線，在保證高品質(zhì)的同時，也提升良率，降低成本，助力兩家樹立了業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。
組件廠家中最早提出“黑燈工廠”概念的是協(xié)鑫集成，2017年在張家港建成了業(yè)內(nèi)第一個全自動生產(chǎn)線，只需要兩名工程師在廠區(qū)外監(jiān)控設(shè)備運行情況。但組件環(huán)節(jié)需要經(jīng)常調(diào)整產(chǎn)品，同時進(jìn)行技術(shù)改造，所以企業(yè)常選擇“自動化+人工”的模式。
而隨著光伏電池效率越來越高，產(chǎn)業(yè)向著半導(dǎo)體化邁進(jìn)，自動化程度隨之提升。以中環(huán)股份內(nèi)蒙生產(chǎn)210大硅片的工廠就采用了相關(guān)工藝。
在逆變器制造環(huán)節(jié)中，還需要人工裝配，目前無法做到完全的自動化安裝，但自動化程度尤其是各家組串式逆變器的自動化程度相對更高，其中華為在智能制造方面，堪稱業(yè)內(nèi)表率。
智能社會萬物感知、萬物智能和萬物互聯(lián)，機(jī)器人也可以像真人一樣溝通。自動化解放了人手，智能化會解放人腦，工業(yè)4.0和數(shù)字化/智能制造可能會深刻改變未來的商業(yè)模式、供應(yīng)模式、制造模式和生產(chǎn)方式。自動化/數(shù)字化/智能工廠內(nèi)，關(guān)鍵資源都相互連接，可以動態(tài)靈活調(diào)配，通過“人與物”的相互協(xié)同、“物與物”的相互通訊，達(dá)到“人與物”的最佳配置和最優(yōu)配合。
華為的生產(chǎn)工藝過程是多級物聯(lián)的，高度自動化、部分智能化。生產(chǎn)工藝流要實現(xiàn)精益一個流/有綜合成本競爭力的高度自動化生產(chǎn)，關(guān)鍵資源盡可能100%互聯(lián)，生產(chǎn)設(shè)備智能診斷和預(yù)防性維護(hù)，資源動態(tài)調(diào)配。結(jié)合德國“高質(zhì)量/高性能/高度自動化”和日本“小型/低成本/一個流自動化”之長，把這些都融入到華為的大生產(chǎn)體系架構(gòu)中，以有綜合競爭力的成本實現(xiàn)高質(zhì)量、高度自動化和部分智能化生產(chǎn)。
在華為的生產(chǎn)車間，原材料都是自動分揀、自動配送，然后自動檢測、自動組裝、自動測試和自動包裝，一個流自動化不間斷生產(chǎn)。人的工作就是設(shè)計機(jī)器、管理機(jī)器、維護(hù)機(jī)器，鍵盤敲一下就可以集中調(diào)用機(jī)器人、控制機(jī)械手工作。這樣，生產(chǎn)線/生產(chǎn)系統(tǒng)的研發(fā)、維護(hù)和生命周期管理將成為越來越重要的工作，要不斷將人的經(jīng)驗變成數(shù)字化的管理平臺和工業(yè)控制軟件，不斷迭代優(yōu)化和刷新，機(jī)器人出問題了、系統(tǒng)出問題了，馬上能夠恢復(fù)，零部件的壽命到來之前也能夠智能預(yù)防性維護(hù)。
智能逆變器使用高度的自動化測試和生產(chǎn)，依托華為強大的制造平臺，快速滿足客戶的發(fā)貨需求，產(chǎn)能柔性擴(kuò)充，單板制造環(huán)節(jié)，每條SMT生產(chǎn)線可在5分鐘之內(nèi)完成產(chǎn)品生產(chǎn)切換。華為制造嚴(yán)格的質(zhì)量管控，貫穿整個逆變器的生產(chǎn)全流程。在西門子顧問的指導(dǎo)下建立的6希格瑪質(zhì)量管理體系，不良率小于百萬分之四。在華為的自動測試平臺上，每一臺逆變器都經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗，確保每臺逆變器都是精品。
華為松山湖自動物流中心于2012年10月建成并投入使用，是一個集原材料的接收、存儲、揀選、齊套、配送功能于一體的現(xiàn)代化物流中心,已實現(xiàn)無人化，全自動化。
從目前光伏產(chǎn)業(yè)自動化發(fā)展以及未來進(jìn)一步提升的方向來看，光伏制造的自動化技術(shù)目前處于一個很好的平衡點：可以實現(xiàn)完全的自動化生產(chǎn)，但出于成本和技術(shù)變革的考慮，并不急于求成。
自動化安裝
組件尺寸增大推動多項技術(shù)發(fā)展
2019年8月初，隆基在業(yè)內(nèi)率先推出166mm硅片，拉開了硅片尺寸進(jìn)一步升級的序幕。8月16日中環(huán)股份宣布210mm硅片研發(fā)成功，東方日升與天合光能等組件巨頭紛紛響應(yīng)。而在2020年5月上旬，晶澳、晶科、隆基三家企業(yè)宣布推出“18x”組件，72片功率最高達(dá)535W，78片組件功率高達(dá)580W。可以說，大尺寸組件已是大勢所趨。
大組件可以節(jié)約土地，減少人工，但過大的組件尺寸也會對下游安裝帶來影響，尤其是雙面發(fā)電組件日漸成為主流，進(jìn)一步加大組件重量。
目前大尺寸組件解決重量問題主要從三個方面：
目前快遞行業(yè)已經(jīng)開始用機(jī)械骨骼，可以很輕松的搬起超過50kg的物體上樓。早在三年前，京東就已經(jīng)開始嘗試在一線物流車間配置外骨骼系統(tǒng)。以大同三峽領(lǐng)跑者項目為例，由于地處山坡，條件惡劣，須先用汽車把組件運輸?shù)缴巾敽螅?再由工人背到場地。未來外骨骼技術(shù)可以很好的適應(yīng)這種復(fù)雜地形項目的需求。
另外一種是適合于平地作業(yè)的自動化安裝機(jī)器，目前FirstSolar已經(jīng)測試了的自動化安裝設(shè)備，替代人力搬運安裝光伏自建，技術(shù)與汽車裝備線類似，可以在光伏安裝現(xiàn)場沿支架移動完成安裝，并可以裝上汽車轉(zhuǎn)移施工場地。
智能運維
無人值守是必然趨勢
智能運維可以分為智能管理系統(tǒng)與自動化工具。
其中自動化系統(tǒng)，在華為、丹佛斯等企業(yè)率先在業(yè)內(nèi)使用組串式逆變器后，光伏電站有了智能化基礎(chǔ)。為什么是組串逆變器，才能實現(xiàn)智能化?因為組串逆變器，才能實現(xiàn)數(shù)字化的精細(xì)化管理，精細(xì)到每個組串。數(shù)字化程度越高，智能化就更容易實現(xiàn)。
目前智能管理系統(tǒng)由“智能化設(shè)備+智能云平臺+決策與運維系統(tǒng)”組成。以華為智能光伏為例，以智能組串逆變器、無線專網(wǎng)通信、FusionSolar智能云平臺為基礎(chǔ)，搭載IV曲線檢測、智能并網(wǎng)算法等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于光伏電站狀態(tài)的全面掌握，最大程度節(jié)約人手，提高運維效率50%以上。同時IV曲線等智能檢測工具結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，對于光伏電站零部件質(zhì)量提升也有指導(dǎo)意義，在未來，多種智能手段并舉將讓光伏場站可做到“長期近零值守，中短期無人值守”的程度。疫情是一面鏡子，照出了數(shù)字世界的優(yōu)勢和強勢發(fā)展?jié)摿?。受益于人工智能及物?lián)網(wǎng)技術(shù)，智能世界將給人類帶來更便捷的體驗。通過集成海量的專家經(jīng)驗和不斷的自學(xué)習(xí)，AI將很大程度上代替運維專家進(jìn)行診斷決策;無人機(jī)巡檢，機(jī)器人自動操作維護(hù)，將處理高危險、高重復(fù)性和高精度的海量運維工作，不用休息，也不會犯錯，極大提高電站生產(chǎn)力和安全性，光伏電站將全面實現(xiàn)無人化。
自動化工具主要是自動化清洗和自動化巡檢。早期清洗脫離不了人工，即使后面采用的清洗車或者分體式清洗機(jī)器人，也仍然需要人工輔助，目前業(yè)內(nèi)越來越傾向于使用清掃機(jī)器人來進(jìn)行更高效和智能化的清掃。尤其是在屋頂這樣難以攀爬的項目，以及灰塵較大的項目，效益提升尤為明顯。
而無人機(jī)自動巡檢都在紅外熱成像設(shè)備檢測光伏電站熱斑等故障已經(jīng)得到了業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可，下一階段則可以考慮如何用“光伏+無線充電”裝置，實現(xiàn)無人機(jī)的自主充電。
智能化運維的終極目標(biāo)，就是將運維人員從繁瑣的工作中解放出來，提高整體運維效率，降低運維成本，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性。未來運維領(lǐng)域需要突破的防線，“無人化”讓夢想照進(jìn)現(xiàn)實。現(xiàn)在運維這個領(lǐng)域中最大的挑戰(zhàn)仍然是，能不能真正的走向無人化，整個過程中是完全沒有人的。從目前來看，要做到無人化最重要的是質(zhì)量問題，質(zhì)量做得不夠好是沒有辦法無人化的。因此，不管逆變器還是組件，實現(xiàn)無人化，質(zhì)量是第一，要有免維護(hù)、高可靠特性。
