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目前備受關注的太陽能電池是在什么樣的地方制造出來的呢?在記者采訪了位于日本宮崎縣東諸縣郡國富町的日本SolarFrontier公司國富工廠(宮崎第3工廠)內部的情形。
該工廠面積約為擁有東京巨蛋體育場的8.6倍。我們一邊低頭看著整齊排列的精密機械,一邊沿著金屬材料鋪成的通道向前走。相當于生產工序后半部分的“模塊化工序”生產現場,與前半部分“電路制造工序”的景象基本上沒有變化。這里是開始參觀國富工廠(宮崎第3工廠)之后最初允許“攝影”的地方。
在通常保用10年的光伏組件中,目前,SolarFrontier的CIS薄膜光伏電池是‘保證20年’。這種電池實現了模塊化,其外側是防護玻璃,內側是背板,像三明治一樣將光伏組件夾在中間,在長達20年的時間里,刮風下雨自不必說,哪怕下冰雹也沒有問題。簡單來說就是‘進行了真空包裝’。
CIS薄膜類光伏電池與硅晶類不同,因為是化合物薄膜類,所以單個單元(電池)可以制成纖細的線狀。這樣形成的結構不易因局部陰影遮蓋而受到影響,這也是CIS太陽能電池的優點之一。
把單元切開。也就是說,切割后的每一條細長的薄膜都是電池的電極。鉬是非常堅硬的金屬,切割要使用激光。因為光線射入眼睛非常危險,所以采取了遮光措施。切割的對象只是涂布的鉬薄膜,如果切到玻璃就會碎了。而切割的寬度越窄,制造的單元數量越多,發電量也就越多。但寬度如果太窄,就會有相互接觸,產生漏電的風險。
第三道工序是“CIS薄膜太陽能電池”的核心部分,這道工序的裝置和在玻璃板上涂布鉬的裝置一樣,但涂布的材料不一樣。該公司太陽能電池的特點CIS中的銅(Copper)和銦(Indium),以及鎵(Gallium)在這里涂布。硒(Selenium)在后面的工序中涂布。整個CIS層的涂層厚度是2~3微米。
“這一次面板從生產線上出來的時候,剛才在鏡面上加工了條紋的薄膜上附著了銅、鎵、銦。因為涂布多層之后的最后一層是銦,所以面板呈現的是銦的顏色‘乳白色’。
第五道工序是進行化學處理。
在前面,切割鉬這種堅硬的金屬使用的是激光,但CIS合金非常柔軟,所以是使用針進行物理切割。機器人做完緩沖層制膜前的準備后,在溶液中面板表面將形成稱為‘緩沖層’的薄膜。‘緩沖層’的作用是防止正負極之間短路,是不導電的絕緣體。
然后,機器人取出附著了緩沖層的面板,并將面板放回傳送帶。在這個階段,表面完全沒有色彩,呈現灰蒙蒙的色調,已經接近了CIS的顏色。基本上是深灰。
負責給記者介紹的吉田廠長走到流水線跟前。
“現在,正好傳送過來了。這是內側的背板。雖然CIS太陽能光伏電池的外側是烏黑的,但內側的背板卻是白色。”
“在這里將防護玻璃與背板稍微進行粘接之后,在前面那個裝置內用稍長的時間進行加熱,使其逐漸粘牢。”
在此之后,“10框架安裝”“11端子箱安裝”工序由于時間的關系而割愛,最后的“12質量檢查”工序推后參觀,先去參觀產品完成后在倉庫里的管理及供貨系統。
“至此為止,除了工序‘5’的‘緩沖層制膜’以外,面板一直是在密閉于玻璃箱中的狀態下在流水線上流動,這有什么理由嗎?”
“玻璃上面層疊了2~3微米的薄膜。在燒結之前,作為主角的是粉末狀金屬,所以既不能觸碰它們,也不能讓它們附著一絲灰塵。”
“如果是‘3:4(90cm×120cm)’尺寸的電池板,重量是20公斤左右。”
“雖然作為光伏組件是越薄越好,但為了提高強度,我們確定了最佳的厚度。我以前看過第一工廠、第二工廠的生產一線,最初的時候,光伏電池板從裝置里一出來就會斷裂。有時候干燥處理做得不好,也會發生彎曲。”
巨大的倉庫中是一座未來都市?
無人的臺車悄無聲息地出現在我們的視野中,卸下裝載的電池板,將它們存放到倉庫中。或者,從倉庫中取出電池板,如同滑行一樣地搬運到某個地方。雖然臺車的移動速度相當快,但其動作無論到何處都十分順暢。
參觀者一行人離開了自動倉庫,向生產線的最后工序“12質量檢查”走去。
這座工廠原來是一家大型家電企業的工廠。在同樣制造“電氣產品”這個意義上來說,是將工廠完全清空后才把裝置放進來,所以裝置本身完全不同。
不過,對于那些同樣一直憑技術干活的員工,這家工廠也聘用了他們。這種“人力資源”方面的好處很大。然后,有廣闊的倉儲空間對我們也有非常大的幫助。正因為有了這些好條件,生產體制才得以很快建立起來。工廠全部加起來有800人。盡管是世界最大規模的太陽能電池制造工廠,運轉所需的人員卻少得出乎意料,這是將自動化推行到了極致的結果。
美麗的工廠
在最終工序的旁邊,幾個人正在進行產品個別檢查。
至此,所有的工序都實現了自動化,一直是使用機械完成制造。然而,最后的“最終檢查”的確還是要由人來進行。
通過質量最終檢查的產品,進行包裝,然后出廠。以前第一工廠、第二工廠都是使用瓦楞紙殼箱,但產品到達交貨地之后,紙殼箱作為資源垃圾被丟棄。
雖說是“資源垃圾”,但要進行回收利用也是需要能源。
在這里,考慮的不是回收利用,而是在能夠再利用方面下了功夫。機器人在電池板的四角裝上彎角,將25塊扎成一包,放到貨板上,自動搬運到剛才參觀的倉庫中。產品到達后,再將彎角和托盤送回來,這樣就構筑起了一個完全再利用的運送系統。
至此,對“SolarFrontier國富工廠(宮崎第3工廠)”的參觀便結束了。
在以前的采訪中,該公司技術本部部長栗谷川悟這樣闡述了只有該公司才能大量生產CIS薄膜太陽能電池的理由。
“穩定、大量地制造大面積的CIS太陽能電池,在技術上非常困難。怎樣才能穩定地量產呢,在這方面我們用了20年時間專心致志地進行研究和開發,磨練了相關技術。我們的優勢在于同時進行工藝開發和裝置開發。我覺得這一點起到了很大作用。”
誠如其言,擁有歷經20年打造而成裝置的國富工廠(宮崎第3工廠)生產線,正如行云流水一般順暢地運轉著。
這里的生產一線可以用“美麗”這個詞來形容。
從這座美麗的工廠中,光伏組件源源不斷地生產出來,在日本乃至全世界廣為使用。