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轴承知识
轴承与光伏发电
(来源:铁姆肯公司Timken)
  作为清洁能源的代表之一,光伏发电为人类的绿色生活提供了无尽的畅想——每天伴随着太阳升起,太阳能转换的电流可直接驱动洗衣机、冰箱、收音机、计算机等进行工作;由太阳能烧开的热水源源不断供应浴室、厨房;若在阴雨天,人们则可使用蓄能器中储存的太阳能。
  而这一切正在德国弗莱堡得以实现。弗莱堡是德国日照最充足的城市,年平均日照时间超过1800个小时,年平均太阳辐射量为1115千瓦每平方米。得天独厚的优势使这里的每个角落都有光伏发电的应用。
  在这里,每个房屋就是一个集热器。通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起,使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能为人们所用。
  这里不再依靠集中化、高能耗、高污染的传统化石能源,取而代之的是一块块投映蓝天的分布式光伏电站与郁郁葱葱的植被融为一体。
弗莱堡的屋顶光伏发电
  硅晶片,光伏发电的关键
  光伏发电是利用太阳能电池吸收0.4μm~1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光,将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。太阳能电池一般由能量转换效率较高的硅材料制成。
光伏硅晶片
   硅材料的性能虽然好,但它的硬度可达摩氏7度,比钢的硬度(5.5~6度)还高,因此难加工成为了硅晶片生产的重要标签。
 
太阳能电池的制造流程
  上图展示了从硅粒子原材料硅锭,到硅晶片,然后组装成太阳能电池板的全过程。关键部分的硅晶片则是经过切断、切方、磨削和切片几个工艺环节才能得到,这其中以切片工艺要求最高。
  目前硅切片普遍采用线切割方法。它山之石,可以攻玉。线切割用的金刚线上粘附有硬度更高的金刚砂。切片机的电机通过联轴器驱动主轴旋转,切割辊上均布有上千根金刚线,两端与两套配置相同的主轴相连。主轴转速高达2000到3000转每分钟,并且每分钟正反转一次,金刚线犹如一把锯子快速的来回移动切割坚硬的硅棒。
单晶硅切片机原理及构造
  将比钢还硬的硅棒同时切割成上千片厚度约0.2mm厚的硅晶片,切片机主轴在高速、频繁正反运转的过程中伴随着巨大的径向载荷。在这种情况下,要让主轴稳定可靠地精密运转以保证硅片的厚度均匀和表面质量,精密可靠的轴承配置则显得格外重要。
硅切片机主轴构造
  精密轴承,硅切片机的“硬核”
  常见的硅切片机主轴轴承配置有两种方案。一种是采用精密角接触球轴承,即四列较大尺寸的精密角接触球轴承作为固定端,两列较小尺寸的精密角接触球轴承背对背配置作为浮动端。因为球轴承具有优异的转速性能,在脂润滑配合下即可达到较高的转速。
  另一种采用两个背对背配置的单列圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承可以实现纯滚动,避免了过多滑动摩擦生热。配以铁姆肯公司优秀的油润滑及密封方案,一根主轴只需要两个轴承即能满足高承载高转速的要求。
  无论是精密角接触球轴承还是精密圆锥滚子轴承,铁姆肯公司都能提供高品质的产品,满足单晶硅切片的高标准严要求,并且可以提供包括切断、切方、磨削和切片在内的硅片制造的全流程解决方案。目前,国内领先的硅晶片切割设备已采用Timken精密轴承,并实现了优异的性能。
  随着环境问题日趋严峻,传统能源的使用逐渐受到限制,对新能源的开发利用日趋紧迫。轴承作为基础而关键的零部件不但在传统行业中发挥中坚作用,亦可在光伏发电等新兴行业中助其一臂之力。
2019-09-12