图1  GK4620数控多线硅片切割机

进口硅片加工设备价格昂贵，使硅片的加工成本居高不下，然而金融危机未过，欧债危机紧跟而来，国际硅片价格一降再降，国内硅片加工企业面临严峻考验。如何帮助光伏企业走出困境，迎来发展的春天，研发具有自主知识产权的硅片加工关键设备是必经之路。

我国太阳能光伏产业大约在2002年左右开始起步发展，初始阶段是典型的“两头在外”，即95﹪以上的原材料依赖进口，95﹪以上的产品出口。自2004年以来，作为清洁能源和可持续能源，全球太阳能光伏市场呈现增长态势，中国的太阳能电池产业更是异军突起，现已发展成为全球第一大太阳能电池生产国，国内的许多地方和企业纷纷将太阳能光伏产业作为发展重点和投资热点，因此在很短的时间就有大量企业介入该行业，也带动了相关装备产业的发展。目前，国内使用的硅片加工设备全部依赖进口，每年需要进口约200台以上，国外主要的生产厂商有瑞士的MeyerBurger（梅耶博格）、HCT公司，日本的NTC（日平富山）、安永、TAKATORI（高鸟）公司等。

虽然太阳能行业被长期看好，但是在短期内却出现了危机。2008年的国际金融危机，给国内太阳能行业带来了巨大的冲击。在国内方面，虽然国家有一些强制政策出台，但并未对行业产生实际意义，部分国内客户暂停合同，持观望的态度，甚至出现了压货、减产乃至停产的状况。在国际市场方面，中国光伏企业98%的订单都依赖国际市场，其中欧洲市场占了近2/3，欧元的大幅度贬值，欧洲市场呈现低迷状态。据了解，金融危机发生后，而西班牙政府宣布降低对太阳能行业的补贴，西班牙市场目前占据了全球光伏安装总量的15%～20%，这一政策无疑又阻碍了太阳能行业的发展。由此可见，欧洲市场的低迷，给国内光伏企业带来沉重的打击。

图2  MK8940数控线锯导轮开槽磨床

但是，国际金融危机所带来的系统性风险，同时也为硅片加工设备制造行业提供了很好的发展机遇。首先，与光伏产品有关的原料产品价格尤其是硅料价格的下降，促进了光伏产品的成本下降，快速挤掉了行业之前的泡沫。由于原料成本的快速下降，使得光伏电池制造成本的下降速度超过了原有的预期，之前专家预期的2015年才能达到的光伏发电1元/kWh的成本目标可能会提前两三年实现。其次，成本下降促进光伏产品的应用。一方面光伏产品的成本在不断下降，另一方面电价上涨的趋势不改，这种局面及其趋势将加快光伏产品的普及，欧洲一些国家的电价，如意大利、丹麦的电价分别为0.234欧元和0.245欧元，折合人民币超过两元。因此，当光伏发电成本降到1元/kWh，加上环保和电价不断上涨等因素，就可以与常规能源竞争。同时，美国总统奥巴马称，到2025年美国将建立25%的联邦可再生能源配额，电力消耗的25%将来自清洁能源或可再生能源。因此，我们既要做好“过冬”的准备，同时也要积极做好迎接行业新的发展春天到来的准备。

国内硅片加工设备行业现状

国内硅片加工设备起步较晚，技术水平不高，硅片生产商目前使用的设备主要依靠进口，但有远见和技术实力的厂家如陕西汉江机床、无锡开源、上海日进、北京四十五所、兰州瑞德等公司纷纷投入巨资进行研发，经过几年的研制，已有少量产品投放市场，并打破垄断，替代进口已成现实。其中陕西汉江机床凭借40余年高精螺纹磨床设计制造基础优势，大胆开拓，超前定位，一举成功研发GK4620数控多线硅片切割机（图1），在国内引起极大反响。但该公司并未急于将一代产品推向市场，而是通过让硅片加工厂家前期试用，将问题逐步改进，完善后的二代产品即将正式投放市场。

国产硅片加工设备

GK4620数控多线硅片切割机是由陕西汉江机床有限公司经过几年的市场调研，反复论证及突破，并掌握关键技术而开发成功的大规格高效、高精多线硅片切割设备，加工最大工件横截面可达10"，最大工件长度可达820mm，最大存线量为850km,主驱动功率为2×67kW。

该机床采用工件垂直向下进给，钢线水平移动切割的形式。主要有工件进给机构、切割机构、收放丝机构、排丝机构、张力检测和调节系统、磨料浆液系统、冷却系统、气动系统和电气控制系统组成。其主体全部采用铸铁件，提高了加工稳定性和切割精度；主轴轴承采用水冷气密封的结构形式，运行精度高，使用寿命长。

该机床主要技术规格指标为：最大加工截面220×220mm；最大加工长度820mm；最小切割厚度0.1mm；切割线直径0.1～0.16mm；最大切割线速度15m/s；硅片厚度偏差0.02mm。

GK4620数控多线硅片切割机通过SIEMENS SIMOSION控制，共有九个轴，其中有数控轴五个；采用多辊同步驱动及恒张力控制技术，张力控制精度±1N；磨料浆液温度通过热交换器控制，温度控制精度±1℃；具有断线检测报警、断电延时保护功能；带触摸屏键盘的10.4"超大彩色平板监视器，开发友好人机界面，操作简便。

在样机试用过程中，汉江机床派专业技术人员到硅片加工厂家对其进行指导，对每一刀的各项参数都进行了详细记录，对设备出现的问题进行及时改进完善，为二代产品的研发提高积累了宝贵的第一手资料。目前，汉江机床生产的GK4620数控多线硅片切割机切出的硅片经专业厂家检测，各项精度达到国际先进水平，处于国内领先地位。

另外，汉江机床还成功研制出MK8940数控线锯导轮开槽磨床（图2），该机床是数控多线切割机的配套设备，用于磨削数控多线切割机的关键零件导丝辊。导丝辊外圆上需加工1000～3000多条形状相同、间距相等、齿形为三角形且齿深0.18～0.2mm的环形齿槽。加工时，各齿槽并列安装金属切割线，旋转的导丝辊带动切割线高速运动，将晶硅方料一次切割成1000～3000多片厚度在0.1～0.2mm的硅片。因此，导丝辊的外圆和齿槽的尺寸精度、位置精度、形状精度和表面质量决定着硅片加工的成败，决定着硅片加工的质量和成本。

图3  硅片是晶体硅光伏电池技术中成本最昂贵的部分之一

由于金属切割线上浇有碳化硅砂浆（或切割线上涂有碳化硅），故在使用过程中导丝辊上的齿槽会很快磨损，平均每三四周就需要对其修磨一次。目前，国内市场拥有进口的数控多线切割机约2000台，需开槽磨床约350～400台，且太阳能光伏行业还在不断发展中，所以其市场前景广阔。

该机床主要技术规格指标为：最大可磨直径350mm；最大磨削长度1020mm；最大顶尖距1200mm；相邻齿距误差0.005mm；全长齿距累积误差0.025mm。

该机床样机在北京国际机床展览会上引起业界广泛的关注，机床交付用户用户试用，各项精度满足技术指标要求，加工质量经用户确认，优于使用要求，后续更加优化完善的定型产品正在制造中。

硅片加工关键设备国产化解决方案

1.提升国产设备的技术水平，强化已有产品的性价比优势，提供更快捷更优质的技术服务，加快研发国产空白产品，尽早提供国产装备的整套解决方案是国内太阳能装备厂家的努力方向。

2.发挥国产光伏设备成本优势，大力发展民族品牌。面对国际金融危机，各设备制造企业要利用市场淡季加紧修炼内功，进行产品技术升级和换代，提高设备技术附加值，积极开发新品应对市场调整的需求。

3.国内硅片生产企业要支持国产光伏设备的广泛应用，既能使硅片生产企业的建厂成本比国际同行要低一半以上，增强我国企业的成本优势，又能提高了我国光伏产品的国际竞争力，促进产业的高速发展。

图4  降低硅片切割生产成本是新一代多线切割机追求的目标

光伏设备未来技术发展方向

太阳能光伏制造设备的发展目的是为了提高整线生产效率，同时降低生产成本，因此，未来设备的技术发展将始终围绕以下几方面进行：

1.提高单机自动化水平，提高单机生产效率。

2.加强生产线自动传送，在线检测功能，提高整线生产效率。

3.进一步发展适合大尺寸、薄硅片的加工设备。如从最初的硅片截面100×100mm、125×125mm发展到目前主流的156×156mm以及未来的220×220mm甚至312×312mm尺寸等，从最初的硅片厚度320μm、270μm、240μm、220μm发展到目前主流的200μm、180μm以及未来的160μm、140μm甚至100μm的极限尺寸，以节约硅材料，降低生产成本。

4.只有掌握多线切割的一些关键技术，并深入研究并且创新，提高设备品质，才是国产硅片加工设备的最终出路。

硅片是晶体硅光伏电池技术中成本最昂贵的部分之一（图3）。因此，减少硅料消耗、提高切割效率，提高切片质量和机床的可靠性，降低硅片切割生产成本是新一代多线切割机追求的目标（图4）。通过关键技术研究，掌握具有自主知识产权的太阳能光伏产业硅片加工设备制造技术，打破国外技术封锁、设备垄断, 发展自创民族品牌，实现硅片加工关键设备国产化生产，满足光伏产业对设备高性能、高精度、高效率、低价位的要求。解决晶体硅光伏电池加工中高端配套设备依赖进口的问题，达到替代进口、降低硅片加工均摊成本，进而降低太阳能电池的造价，推进新能源应用，促进光伏产业快速发展的目的。