晶体硅太阳能电池生产厂房设计施工要点

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1、晶体硅太阳能电池生产厂房设计/施工要点摘要： 晶体硅太阳能电池生产工艺有其自身的特点，本文据其生产工艺特点，就生产厂房的设计布局、施工技 术及施工管理等方面的工程实践做了总结。提供了晶体硅太阳能电池厂房施工中的一些经验与教训，以 供同类厂房的建设安装参考。关键词：晶体硅太阳能电池工艺流程 综合支架 施工管理 施工技术The Design/Construction Outlines for Factory of Crystalline Silicon Solar CellsXu Xian ghuaChe Jun Liu Pen gtao Tian Meng（The Eleventh Design

2、 & Research Institute of IT Co. Ltd）Abstract: The working principle of crystalline silicon solar cells has its own features. Based on the characteristics of the production process, this article summarizes the engineering practice on the design layout of facility, construction techniques and manageme

3、nt. It also makes a summary of our experience and lesson learned on the crystalline silicon solar cells , which provides a reference to the installation of same facilities.Keywords: crystalline silicon solar cells, process flow, integrated wiring, construction management, construction technology1 概述

4、太阳能电池生产厂房建设和普通的电子类厂房建设既有相同点又因为工艺的不同有其独特性。信息 产业电子第十一设计研究院有限公司作为国内最早从事太阳能电池厂房设计与总承包的大型设计院及 硅太阳能工厂设计规范的主编单位，在太阳能电池厂房的设计和施工方面积累了大量的经验。近年 来随着我院太阳能电池EPC（设计、采购和施工一体化管理）项目的增多，对太阳能电池生产厂房设 计与建设有了更加深入的认识。本文以晶硅厂房为例，总结了晶体硅太阳能电池生产厂房设计和施工的一些基本特点，以及在建造 厂房过程中的经验和教训，为类似的太阳能电池生产厂房的建设和施工提供参考。（考虑到即将发行的设 计规范已经有详细的叙述,故设计要

5、点就简要谈些经验）2 晶体硅太阳能电池生产厂房的设计要点2.1厂房设计布局及配套设施2.1.1 工艺平面布局要顺畅.晶体硅太阳能电池厂房的生产工艺的工序多,设备占地面积大。所以尤其需要注意的是设备布局要紧 凑合理。工艺布置除满足生产要求外，还应满足生产工艺设备的安装、维修的要求，且设置必要的运输 通道、安装口、检修口及净化设施，做到布置合理、紧凑、有利于生产操作，这样工艺流程更加顺畅， 结构也更加紧凑，有效的节省了厂房的面积，提高了建筑的使用系数。可大大节省初期投资。此外，由 于太阳能电池的收益情况，根据实际的需要，还要考虑预留出扩产和扩线所需要的空间。2.1.2 空调、电力和动力管道要接近负

6、荷中心.由于太阳能电池生产厂房占地面积大，就使得空调、电力和动力系统的布置比较空难。通常如果我 们把空调系统集中布置于一个位置，会使得送风管道、动力管道等的输送管路过长，这样既浪费了初期 投资成本，又加大了传输损失。故此，厂房的设计中要综合比较，统筹兼顾。2.1.3 有机废气、碱性废气及有害气体排风要布置在厂房主要风向的下风侧.在生产太阳能电池的过程中，产生大量的有毒、有害的气体，故此应当考虑当地的季风风向及其他气象条件，避免新风口和排风口距离过近，避免排风口位于送风口的上风侧。2.1.4爆炸性气体或有害气体的房间的设置.硅烷间、氨气间、三氯氧磷间等可能突然放散大量爆炸性气体或有害气体的房间应

7、设置事故通风系 统。事故通风的换气次数每小时不应小于12次。事故通风系统应有自动、手动控制开关，手动开关应设 置在室内外便于操作的地方。2.1.5换鞋间的气流组织设计.换举间气to示髀后期改造只能在车间临时增加隔墙围护，形成目前很多电池厂房的换鞋室有大量的臭味，严重的 话，臭味会漂进生产车间内部，很难去除。因些在设计 时可考虑采用带抽风系统的鞋柜，使鞋柜内保持负压； 在换鞋室还应考虑机械通风措施，并加大换气次数。曾 经有某太阳能企业生产厂房的更衣室、换鞋间等未考虑 到大规模生产时人员的需要，设置过于狭小，非常拥挤, 且换气量不够，也未设置单独排风，异味浓重。在投产 后，只好又改造更衣室和卫生间

8、，浪费了不必要的人力 物力。2.1.6配套用房的要齐备某厂房建设初期没有设置紧邻车间的办公室和库房， 现场办公室和库房，浪费了宝贵的生产车间的空间。理想的做法是把办公区域和生产区域分开，单独设计综合办公楼。这样就会使得厂区的功能得到强 化。并且在以后厂房改造时，不会影响的办公。有利于企业的长期发展。2.1.7人流、物流及设备搬入口设置晶体硅太阳电池厂房的生产车间为净化车间，人流、物流宜分开设置，避免人流、物流线路的交叉 干扰。洁净室宜设计用于搬运设备的可拆卸金属壁板和预留设备搬运时便于搭设的临时缓冲间，设置位 置应保证洁净室不受污染和设备运输线路的方便。2.1.8生产废水排水管沟的设置.有洁净

9、要求的生产区域内管沟宜设计成暗沟，沟内宜做防腐处理。明沟易积尘，且易造成一般生产 区域对洁净生产区域的空气污染；另外明沟盖板的设置易影响地坪的平整度，不利于室内运输；考虑管 道可能发生泄漏，地沟内宜做防腐处理。2.2空调系统及动力设计2.2.1空调系统及空气处理方式生产厂房的空调系统是产品质量的重要保障，也是厂房的耗能大项。合理的选择空调处理方式既能 满足生产的实际需求，又能有效的节省能源，为企业创造利润。空调系统的空气处理方式一般视厂房的 具体位置和总图布局情况而言，可以采取组合式空气处理机组集中处理，也可以采用干盘管进行分散处 理。生产车间内，温湿度均只要满足人体舒适性即可，建议冬夏能有一

10、定变化，这样既可节能，又让人 能适应室内外温度变化，不易感冒。2.2.2 Cure Furnaces （烧结炉）的排风Cure Furnaces （烧结炉）的工作温度很高（400C左右）由于对洁净度要求较高，需要设计独立的排 风系统，而且其风管的材质支管（即和设备相连接部分建议采用sus304）外加保温层、主管部分采用镀 锌钢板（这样既可以满足生产要求又可以节省投资）。热风直排是最节省初期投资的方法，也最简便易行。 如果从长远来看，此设备的散热量较大，条件允许的情况下，建议采用热回收机组，冬季用于预热新风, 可以节省运行费用；缺点是初期投资较高。2.2.3纯水（PW）系统太阳能电池的工艺流程中

11、纯水主要应用在几组设备中的cleaner环节。为避免管路中出现死水，从而 影响的纯水品质，设计中通常设计一定量的回水，保持水的流动性。这样和生产设备相连接处，设置三通。（附图）卩进忖纯水接5息图生产设备实际在设备试运行期间，经常出现“设备进口水量和水压下降过快的情况发生”这就造成设备供水 不足，不利于电池基板的清洗。故此，在设计的时候建议适当增大和设备接管的管径（建议是设备入口 预留管径的1.5倍），并在设备入口的进回管段都加装调节阀门。3晶体硅太阳能电池生产厂房的施工要点3.1太阳能电池生产厂房施工的空间管理：主厂房多为钢结构，所以我们进行通风、管道、电气、动力、设备的吊架结构（也就是吊架如

12、何在 钢构梁上生根）是第一个难题。考虑到厂房内是一个综合性的施工，专业众多（制冷、供热、纯水、压 空、真空、空调、工艺冷却水、氮气、氧气、消防、变配电、自控、通讯、净化装修等）各个专业不能 各自为政，必须统一协调支架方案，由总承包方（或建设方）技术总负责制订综合支架方案，合理布置。 此外，因管线众多，层高不宜少于7米，以8 10米为宜。我院承建的多家厂房均为轻钢结构或者大跨 度井字梁结构，为此特别设计合理经济的综合支架方案。某厂房综合支架节点图某厂房综合支架实施后效果图空间管理的实施步骤审阅團址k各妾业 管墟综合k空间管理和 些架综合k共架预制*英架安装刷油防取综合布置节点图3.2生产厂房的顶

13、板、壁板施工要点：3.2.1彩钢板吊顶孔洞的预留及加固聽聊划场开涓后.第姬前护口在般抑上斜就斟活遅干净为了保证净化车间的整体美观，必须对金属彩钢吊顶板进行详细的二次排版，风口、灯具、喷淋头 等二次排版顺序是：风口排版、灯具排版、喷淋头排版。在二次排版时尽量将所有的风口开孔位置都放 到板内，避免将开孔位置放在顶板的长向或短向筋条上，所以排版时均需保证柱边的风口距离柱边的距 离大于100m m。而金属墙板在进行排版时需结合强电及弱电的开关插座位置进行内部预埋线管；如果动 力配电柜集中放置，而又没有隐藏到回风夹道 内，则需采用金属壁板将其集中封闭起来；消 火栓箱如是沿柱固定敷设的，则在包柱的同时 将

14、消火栓箱也包装隐蔽起来；这样做的好处是 即美观又有利于洁净度的保证。顶板加强筋示意图由于空调风口、电气桥架、灯具，工艺管 道等各种二次配管线均在顶板上现场开孔，如 果不进行加固，导致开孔较多的一排顶板整体 向下变形。甚至彩钢分离脱皮。建议在在彩钢 板生产的过程中预留洞口，并在孔口设置局部 加强筋，这样可以大大增强彩钢板强度，有效 的避免彩钢板吊顶在施工及使用中掉皮、脱落 等现象发生。3.2.2彩钢板吊顶的龙骨水平度控制对吊顶的平整度就提出了更高的要求。而吊顶板龙骨的水平度直接决定了顶板的安装效果。金属顶板在安装时，需保证每条吊筋都是垂直均匀受力，如 吊筋遇风管等障碍物阻挡无法安装的话，则需采用

15、C型钢做龙门架，在非受力边两块顶板的板缝中间需 加装中字铝插条以增加顶板的整体强度和平整度，顶板板缝大小需一致且保证在一条直线上，四块顶板 的交点必须平整，不允许出现高低差。某大面积厂房的顶板龙骨安装后采用光学水准仪进行调平，导致 安装完成的顶板呈波浪形，最后返工才达到平整度要求。所以建议大开间厂房的调平应当采用激光水准 仪进行调平，激光水准仪的控制精度可以到达mm级。3.2.3高效过滤器（或FFU）的安装jtJI茗效辿滤器（或FFLO安装示意图顶板上高效过滤器（或FFU）及风口较多，在开孔安装之前 需要根据排版图进行重新确认，高效过滤器及风口的安装位置需 注意避开下方的工艺设备，以便于工艺设

16、备的二次配管和高效过 滤器滤芯的更换。顶接式高效过滤器箱体的高度为250mm,侧接 式高效过滤器箱体高度为450mm,蝶阀的高度为300mm,金属壁板厚度为50mm,为了保证一次配管，高效箱体风口的上方700mm内不宜有管线穿越，如实在无法避 免，可采用侧接式高效过滤器箱体，但也需保证高效过滤器箱体上方500mm内不能有管线穿越。3.3施工的洁净控制措施3.3.1洁净施工管理制度太阳能电池生产车间的洁净度，也是制约产品质量的一个大问题，在厂房的施工建设中也要有足够 的重视，我院通过多年的设计和施工经验，总结了一些措施：建立单一的人流通道和物流通道。所有 的人流通道、和物流通道在入口处设安保人员

17、进行值班，实行进出登记制度；物流通道借助设备搬入口, 搭建临时钢平台作为净化间施工物资的转运平台。所有人流通道、和物流通道在入口处设置缓冲间； 洁净室施工前首先采取措施对洁净室进行封闭，减少灰尘进入；洁净室施工先进行地面的环氧底涂， 避免后续施工中地面产尘；洁净室内的所有打孔作业要灌注密封胶，再塞入膨胀螺栓，以免产尘。采 用塑料薄膜包裹洁净室内施工的管线，减少后续清洁工作量。对穿过洁净室的管线采取适当的密封措施; 现场保护材料采用不产尘的洁净材料。如高架地板应先满铺塑料薄膜，再满铺地板革保护，墙板应采 用PVC板保护；洁净室管道支管尽可能在洁净区外预制，减少电弧焊对洁净室的污染。3.3.2正压

18、送风措施优先进行临时新风管道的施工，尽早实现正压送风，既便于尽早树立洁净意识，有利于保持洁净室 的清洁，又利于排出洁净室内的水气及其它有毒有害物质。3.4动力设施和管道施工要点3.4.1工艺废气排放管道材质选择由于生产设备的特殊性，需要用到酸性气体、碱性气体及有机废气的排放。对配管材料材质的选择： 一般酸性、碱性气体用UPVC材质，特别值得注意的是室外排放的管道如果尺寸较大，在太阳暴晒下用 UPVC容易变形扭曲，建议采用玻璃钢风管；但玻璃钢的阀门损坏或老化后，难以更换，室外阀门采用 UPVC材质会更好一点。室内的管路最好全部用不锈钢，不然，时间稍长，管道材质颜色会特别灰暗，与 明亮的车间格格不

19、入，影响整体装修效果。这一点在厂房二次配管中要特别注意。某工程室内普通排风 和电线导管采用镀锌材质，时间稍长镀锌层局部脱落生锈，与明亮整洁的洁净室环境极不协调。3.4.2动力气体管道的安装以50MW的单晶硅生产线为例，压缩空气用量在400 NM3/H左右，如果空气品质要求较高，如需要 达到压缩空气质量等级的1级甚至更高要求，建议使用无油空压机。如果露点温度要求苛刻，干燥机建 议使用组合式干燥机。特别注意的是压缩空气系统的过滤器是最容易出问题的地方，有三方面的原因： 一是过滤器本身的质量不过关，过滤效率差；二是安装施工的时候，没有把管道冲洗干净，碎渣堵塞过 滤孔，油过滤器过滤不干净的话还会影响到

20、产品的成品率，且污染干燥机；三是过滤器和干燥机都是有 方向的，进出气口容易装反。3.4.3加压给水水泵和消防水泵的控制柜处于地下室时应当适当提高基础支架的高度。.为节省地面以上的空间，通常情况下生产加压给水水泵和消防水泵的控制柜，都布置在水泵附近， 以便于就近控制。但是要充分考虑当地的气候条件，比如无锡夏季多阴雨，空气湿度较大。布置于地下 室的电气元件极易受潮，造成短路，从而影响到设备的正常使用，甚至会发生事故。故此，建议在地下 室设计夹层，水泵放置在下层，而电气动力柜和控制柜放置在上层。这样既便于运行管理，又有效的避 免了电气元件受潮。如果空间有限，不能避免放置在下层，那么在安装时候，一定要

21、注意将配电柜等电 器元件的支架加高处理。如果局部湿度仍然过大，可以考虑设计增加通风换气扇，换气次数可以适当考 虑大一点（换气次数5-15 n/h为宜）。3.4.4多台冷却塔并联时，注意安装的溢流管及平衡管安装高度.多台冷却塔并联安装时，由于基础高度或冷却塔型号不一等原因，造成溢流管及平衡管接口的安装 高度不一。如此产生的后果是很严重的，在调试运行的过程中，因为水平面的高度有落差，致使部分冷却塔缺水而部分冷却塔却大量水外流，造成系统缺水。所以在安装前，要对设备的参数做详细的了解， 适当的调整安装高度，保证系统的可靠运行。3.5机电专业与土建专业施工配合要点3.5.1机电专业设备订货要与土建基础施

22、工的配合.机电的设备安装需要土建专业的紧密配合，例如，一般设计图的设备基础，是根据某一特定产品样 本，做的参考图。在机电设备确定品牌和厂家后，要对照厂家产品的参数，对设备基础图进行修正，以 免发生设备基础过大或过小的情况发生。3.5.2室外风口及设备安装建筑外立面的所有风口及百叶的安装形式、颜色、高度等必须进行整合，统一规划，以保持建筑的 整体外观协调一致。室外设备的安装需安全和美观，必须考虑电机的防雨措施，由于室外设备容易积灰 影响美观，所以有条件的话，宜在设备的附近做一路自来水系统进行设备的外表面清洗。3.6机电安装调试阶段要点3.6.1管道严密性试验及吹扫施工完成后的调试过程中，特别要注

23、意的是水，气通入设备之前必需做好管道强度严密性试验，确 保无渗漏外泄尤其是一些易燃、易爆等危险气体；特别注意的是，在氮气吹扫或调试的工程中要注意安 全，因为吊顶内空气不流通，当氮气泄露时可能造成局部含氧量过低，使得调试人员窒息而出现意外伤 亡。3.6.2管道保温风管和水管如果保温措施不好，容易产生结露，产生的水滴滴落到工 艺设备或者配电设备后会产生严重后果，所以在进行保温时，需先将风管 或管道表面的灰尘清洗干净再涂胶，胶水涂抹要均匀适量，防止保温板材 脱胶，保温板材放样下料要准确，保温板材之间的拼缝处需密闭死。水管 在进行保温时，保温板材的施工要求与风管保温相同，采用保温管材进行 保温时，保温

24、管材与管道的型号规格必须匹配，防止中间有空隙，造成冷 凝水的产生。3.6.3自控系统的安装和调试自控原件的安装位置直接影响厂房的运行和设计意图的实现。现在工程设计和施工中比较普遍的现 象是暖通专业提出自控要求，由电气专业设计自控施工图。这样的缺点是自控设计和施工人员对暖通专 业的原理掌握的不够深入，不能够很好的理解暖通专业的控制意图，造成自控原件的安装似是而非，大 大影响了空调系统的运行质量和节能。比如，房间温、湿度探头的安装位置，有的安装在吊顶、有的安 装在墙壁、有的安装在门口、有的安装在设备区、有的安装在回风口处等等。实际上要真确安装温湿度 探头就必须理解检测数据在空调系统中的用途：如果房

25、间的控温是为了生产工艺要求，就必须安装在该 设备附近；如果是为满足操作人员的舒适性要求就必须安装在人员操作面高度；如果是为了控制房间的 整体状态，就必须安装在紧靠该房间的回风主干管处等等。这些细节必须要清楚明白，因为他直接影响 厂房动力设施的运行，也间接的影响着产品的质量。3.7工艺设备二次配管施工要点3.7.1二次配管之基本原则工艺设备二次配管必须以满足工艺设备的生产为前提，在此基础之上力求实用、简介、美观。在进 行二次配管之前必须先要将相关的工艺设备的动力参数重新核实一遍，再进行材料的采购和预制。二次 配的末端均需要增加一只阀门进行调节，在二次配管安装完毕后工艺设备调试之前，需要进行二次吹

26、扫, 务必保证清洗、吹扫试验要干净彻底，否则，制成设备一旦被污染，再次清洗不但代价昂贵，甚至会造 成重大损失。3.7.2二次配管之扩散炉扩散炉的排风分为热排风和酸排风两个系统，酸排风温度高、腐蚀性强，所以二次配管采用内衬特 氟龙的不锈钢风管，且二次配管吊顶上方的长度要足够长，避免烫坏一次酸碱排风的UPVC主支管。有 的进口扩散炉对酸排风有严格的真空度要求，所以需要在此二次配管上再单独加一台管道稳压风机。 3.7.3二次配管之真空泵排风等离子刻蚀机的排风中含有臭氧成分，臭氧具有强氧化性，故等离子刻蚀机的臭氧排风管不宜采用 镀锌或不锈钢材质的风管，而宜采用 UPVC 风管，等离子刻蚀机的真空泵如采

27、用油泵，则油泵的排风为 有机排风，在做二次配管时需增加一个缓冲集油箱，如采用干泵，则干泵的排风为一般热排风。在对 PECVD 的真空泵进行二次配管的时候，需要考虑真空泵在运行过程中的震动对二次配管道的影 响，所以真空泵的排气口需要增加一只金属软接，还需考虑真空泵的维修更换，所以在真空泵排气口的 上部二次配管上合适的位置做一对法兰连接。此外，真空泵的噪声非常高，对车间生产工人的健康有害，故此，建议为真空泵建隔声泵房，将真 空泵放置其中，能大大降低车间噪声，提高车间的作业环境质量。3.7.4 二次配管之有机排风 丝网印刷机及烧结炉的有机排风温度高，有机物质多，丝网印刷机三道印刷段的排风可接入有机排

28、 风也可接入热排风，因为此处的有机物挥发甚微，第一道烘干段尤其是第二道烘干段的有机物挥发量很 大，在做二次配管时需在设备的出风口处安装一套易拆洗的集油装置。此集油装置可以是成套的旋风集 油器也可以是 h 弯。为了防止有机排风中的有机物质遇冷凝结在管道内壁并滴落下来，有机排风的二次 配管道宜进行保温并加保护层。酸排风二次配管、有机排风二次配管在与一次风管对接时必须采用侧接 的方式，严禁采用底接。4 施工管理及运行维护4.1 工程总承包管理 考虑到厂房内是一个综合性的施工，专业众多（制冷、供热、纯水、压空、真空、空调、工艺冷却 水、氮气、氧气、消防、变配电、自控、通讯、净化装修等），各个专业不能各

29、自为政，必须统一协调， 建议采用EPC总承包方式进行施工。因为太阳能项目的施工工期都比较短，且工艺复杂，靠建设单位的 单方面管理，费时费力，且由于专业建筑或机电安装经验的欠缺导致施工专业安排顺序冲突或交叉，导 致工程返工和工期拖延的现象时有发生。而总承包为专业公司，熟悉工艺流程和施工流程，具有丰富同 类工程建设经验，故此推荐采用 EPC 总承包方式进行施工。某工程建设单位平行发包，多家承包商各自 为政，施工过程中无总协调人，承包商抢工和成品破坏非常严重，动力站冷热水管道对接时错误，质量 处于失控状态，工程进度严重滞后于建设单位的计划工期，因此导致建设单位投产时间推迟2 个月。拖 延了生产企业抢

30、占市场的先机。太阳能电池车间在施工过程中及施工完毕后务必做好成品保护，防止壁板划伤、擦伤，如已形成伤 害，需要对划伤、擦伤部位进行修理，修理的喷漆品质、颜色等需与原漆一致，避免产生色差。物流通 道两边的金属壁板在1.2m以下的位置需做保护处理，防止物流过程中划伤金属壁板。4.2 建设单位的指令统一 晶硅太阳能电池厂房建设工艺性强、专业繁琐，使用的设备多为进口设备，施工单位可能对设备的 参数和性能了解不是特别深刻，这就有赖于和建设单位工艺工程师之间的沟通。所以建设单位的指令对 工程的施工影响很大，要特别慎重。建议建设单位应当设统一有效指令发出方式，避免多头或矛盾指令 出现。某建设单位工艺工程师在

31、未经总工程师审核的情况下将过期版本的设备动力参数提供给施工单位， 导致 10 万余元的进口管材无法使用，且延误工期。4.3动力维护人员全程参与厂房建设 建设单位动力维护人员，应当全程参与厂房机电安装。因为厂房动力系统是非常复杂的。在工程建 设中，维护人员参与进来，能够增强其对整个系统的直观认识和深入了解，这样才能更好的服务于生产。 某工程建设单位动力维护人员经常更换，没有一个人全程参与，竣工一年后仍然没有熟悉整个厂房的动 力系统，连阀门的位置都找不到。工厂建成以后，最重要的就是运行维护。太阳能电池厂房动力保障是一个复杂的系统，各专业都需 要数名理论功底扎实，动手能力强、富有高度责任感的工程师核

32、心队伍，经常对各动力系统进行巡察， 及时分析和解决出现的问题，甚至适时提出改造方案；否则不能及时发现隐患，很可能等问题出现时导 致停产，给生产企业造成重大经济损失。5 结束语随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，科学家正在开发光电转换率更高、成本更低的太阳能电 池，可以预见太阳能电池很有可能成为替代煤和石油的重要能源之一，在人们的生产、生活中占有越来 越重要的位置。同时，随着太阳能电池的生产工艺的不断创新与进步，生产厂房的设计与施工建设也需 要总结经验和提升施工水平，更好的服务于生产，服务于工艺要求，要跟随生产工艺的调整而相应的调 整。要特别指出是，在厂房的设计与施工中要运用技术措施实现节能减排，建设更绿色的工厂，我们在 实践中也已经做了专项的研究，今后将会有专项的论述。