專(zhuān)利名稱(chēng)：光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏多晶硅鑄錠爐的溫度自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及光伏多晶硅鑄錠 爐控溫?zé)犭娕际r(shí)的控溫裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等 都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的一 種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于 太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱(chēng)為太陽(yáng)能熱發(fā)電；通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng) 輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件 (太陽(yáng)能電池)的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱(chēng)太陽(yáng)能光伏技術(shù)。聯(lián)合國(guó)召開(kāi)了一系列有各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略 規(guī)劃、國(guó)際太陽(yáng)能公約，設(shè)立國(guó)際太陽(yáng)能基金等，推動(dòng)全球太陽(yáng)能和可再生能源的開(kāi)發(fā)利 用。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源成為國(guó)際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國(guó)制定可 持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。中國(guó)政府一直把研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)列入國(guó)家科 技攻關(guān)計(jì)劃，大大推動(dòng)了太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究 開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。由于硅材料占太陽(yáng)能電池成本中的絕大部分，降低硅材料的成本是光伏應(yīng)用的關(guān) 鍵。多晶硅鑄錠技術(shù)是降低太陽(yáng)能電池成本的重要途徑之一，該技術(shù)省去了昂貴的單晶拉 制過(guò)程，也能用較低純度的硅作投爐料，材料及電能消耗方面都較省。鑄錠工藝主要有定向 凝固法和澆鑄法兩種。定向凝固法是將硅料放在坩堝中加以熔融，然后控制保溫罩的提升 速度從坩堝底部形成冷源以造成一定的溫度梯度，使固液界面從坩堝底部向上移動(dòng)而形成 晶,定。光伏多晶硅鑄錠爐的控溫?zé)犭娕际呛诵臏囟葯z測(cè)部件，由于多晶硅鑄錠爐工作溫 度最高達(dá)1550°C，工作周期60個(gè)小時(shí)左右，對(duì)控溫?zé)犭娕家罂量?，?jīng)常發(fā)生控溫?zé)犭娕?失效，導(dǎo)致整爐的多晶硅錠報(bào)廢的問(wèn)題。一種名為“一種多晶硅鑄錠爐控溫?zé)犭娕脊收咸幚矸椒ā?，?zhuān)利號(hào)為 200810030830. 3的專(zhuān)利公開(kāi)了一種多晶硅鑄錠爐控溫?zé)犭娕脊收咸幚矸椒?，?dāng)控溫?zé)犭娕?出現(xiàn)故障后，將控溫?zé)犭娕奸]環(huán)溫度控制加熱功率轉(zhuǎn)換成開(kāi)環(huán)功率控制加熱功率。其實(shí)現(xiàn) 方法為當(dāng)控溫?zé)犭娕颊＿\(yùn)行時(shí)，每隔一段時(shí)間存儲(chǔ)加熱器的溫度特征數(shù)據(jù)，當(dāng)控溫?zé)犭?偶出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)用上一爐存儲(chǔ)的溫度特征數(shù)據(jù)，跟蹤其中的加熱功率設(shè)定值的軌跡，直接 控制加熱器的加熱功率，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控溫。該專(zhuān)利沒(méi)有辦法考慮多晶硅鑄錠爐每爐運(yùn)行時(shí)間 的差異性，兩爐的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行工藝完全相同很困難，開(kāi)環(huán)溫度控制的控溫效果也不理
術(shù)g
；ο光學(xué)高溫計(jì)是現(xiàn)有的光伏多晶硅鑄錠爐上的一種標(biāo)準(zhǔn)配置，是一種輔助溫度測(cè)量 傳感器，用來(lái)測(cè)量硅液表面溫度，協(xié)助判斷多晶硅硅料在熔化階段是否徹底融化。不參與對(duì)爐的加熱器的功率控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種光伏多晶硅鑄錠爐的控溫 裝置，同時(shí)采用光學(xué)高溫計(jì)和熱電偶進(jìn)行溫度控制。本發(fā)明具有操作方便，控溫可靠、精度 高等特點(diǎn)，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。本發(fā)明的裝置包括安裝在光伏多晶硅鑄錠爐上的控溫?zé)犭娕迹涮卣髟谟?，還包 括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學(xué)高溫計(jì)、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電 源；其中，所述控溫?zé)犭娕己凸鈱W(xué)高溫計(jì)的溫度輸出端分別與主控制器的輸入端相連，主 控制器的輸出端通過(guò)模擬量輸出模塊與功率控制器的輸入端相連，功率控制器的輸出端與 光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器相連，所述交流電源的輸入端也與功率控制器的另一輸入端相 連。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明同時(shí)采用多晶硅鑄錠爐的光學(xué)高溫計(jì)和熱電偶進(jìn)行溫度控制，當(dāng)控溫?zé)犭?偶出現(xiàn)故障后，將控溫?zé)犭娕奸]環(huán)溫度控制轉(zhuǎn)換成光學(xué)高溫計(jì)閉環(huán)溫度控制。本發(fā)明具有 操作簡(jiǎn)單，控溫可靠、精度高，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。本發(fā)明的光學(xué)高溫計(jì)采用非接觸測(cè)量溫度，測(cè)量性能穩(wěn)定，使用光學(xué)高溫計(jì)在控 溫時(shí)具有不易失效，溫度控制精度滿(mǎn)足要求、調(diào)試、整定方便，提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的光伏多晶硅鑄錠爐控溫裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的光伏多晶硅鑄錠爐控溫裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明的光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置包括安裝在光伏多晶硅鑄錠爐上的控溫?zé)犭娕?，其特征在于，還包括光伏 多晶硅鑄錠爐上的光學(xué)高溫計(jì)、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電源；其中， 所述控溫?zé)犭娕己凸鈱W(xué)高溫計(jì)的溫度輸出端分別與主控制器的輸入端相連，主控制器的輸 出端通過(guò)模擬量輸出模塊與功率控制器的輸入端相連，功率控制器的輸出端與光伏多晶硅 鑄錠爐的加熱器相連，所述交流電源的輸入端也與功率控制器的另一輸入端相連。本發(fā)明的工作原理首先記錄控溫?zé)犭娕?測(cè)量之溫度Tl與光學(xué)高溫計(jì)2測(cè)量之溫度T2的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 并記錄熱點(diǎn)偶1測(cè)量溫度Tl與加熱器的加熱功率P (通過(guò)功率控制器得到)之關(guān)系。在控溫?zé)犭娕?正常工作時(shí)主控制器采用控溫?zé)犭娕?作為溫度閉環(huán)控制，即將 控溫?zé)犭娕?的輸出數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率控制器對(duì)光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器的功率進(jìn)行調(diào) 控；若主控制器判斷控溫?zé)犭娕?出現(xiàn)故障(即控溫?zé)犭娕?讀數(shù)出現(xiàn)異常)，主控制器則 將光學(xué)高溫計(jì)2測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)T2-T1-P之關(guān)系實(shí)現(xiàn)功率控制器對(duì)光伏多晶硅鑄錠 爐的加熱器的閉環(huán)溫度控制。上述工作過(guò)程通過(guò)預(yù)先安裝在主控制器中的溫度控制程序?qū)崿F(xiàn)，該控制程序?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員采用常規(guī)編程工具及技術(shù)編得。本發(fā)明裝置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括控溫?zé)犭娕?，光學(xué)高溫計(jì)2，L形固 定體4，觀測(cè)管5，密封圈9 ；還包括主控制器、模擬輸出模塊、功率控制器及交流電源(圖中 未示出)；其中，控溫?zé)犭娕?和光學(xué)高溫計(jì)2分別安裝在多晶硅鑄錠爐爐體8上，控溫?zé)?電偶1穿過(guò)爐體8上的孔及頂保溫板6的孔，插入爐腔內(nèi)，作為正常控溫使用；L形固定體 4固定在爐頂3上，光學(xué)高溫計(jì)2固定在L形固定體4上，觀測(cè)管5設(shè)置在光學(xué)高溫計(jì)2垂 直下方的爐體內(nèi)，觀測(cè)管5的上端通過(guò)密封圈9與爐體8鏈接，觀測(cè)管5的下端穿過(guò)頂保溫 板6的孔，直至延伸到坩堝蓋板7的上沿。控溫?zé)犭娕己凸鈱W(xué)高溫計(jì)的溫度輸出端分別與 主控制器的輸入端相連，主控制器的輸出端通過(guò)模擬量輸出模塊與功率控制器的輸入端相 連，功率控制器的輸出端與光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器相連，所述交流電源的輸入端也與 功率控制器的另一輸入端相連。本實(shí)施裝置各部件的具體實(shí)施例分別說(shuō)明如下本發(fā)明的控溫?zé)犭娕?為多晶硅鑄錠爐的標(biāo)準(zhǔn)配置；本發(fā)明的光學(xué)高溫計(jì)2為多晶硅鑄錠爐的標(biāo)準(zhǔn)配置，一般采用福祿克公司的 MarathonMM系列光學(xué)高溫計(jì)，具有瞄準(zhǔn)功能和數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，性能穩(wěn)定可靠。本發(fā)明的主控制器采用0PT022公司的PAC LCM4控制器，主控制器內(nèi)預(yù)先安裝有 溫度控制程序；模擬輸出模塊模擬量輸出模塊型號(hào)為A0V25，A0V25接收主控制器發(fā)出的控制功 率控制器的數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)輸出給功率控制器，實(shí)現(xiàn)功率控 制。本發(fā)明的功率控制器采用METEK公司的PF3系列三相功率控制器。本發(fā)明的其它部件為本領(lǐng)域的公知器件或采用公知技術(shù)手段制作而成。
權(quán)利要求
一種光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置，該裝置包括安裝在光伏多晶硅鑄錠爐上的控溫?zé)犭娕?，其特征在于，還包括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學(xué)高溫計(jì)、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電源；其中，所述控溫?zé)犭娕己凸鈱W(xué)高溫計(jì)的溫度輸出端分別與主控制器的輸入端相連，主控制器的輸出端通過(guò)模擬量輸出模塊與功率控制器的輸入端相連，功率控制器的輸出端與光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器相連，所述交流電源的輸入端也與功率控制器的另一輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，還包括觀測(cè)管，所述光學(xué)高溫計(jì)固定在光伏多 晶硅鑄錠爐頂上，觀測(cè)管置于光學(xué)高溫計(jì)垂直下方的爐頂內(nèi)，觀測(cè)管的上端通過(guò)密封圈與 爐體鏈接，觀測(cè)管的下端穿過(guò)爐頂保溫板的孔，直至延伸到爐內(nèi)坩堝蓋板的上沿，所述控溫 熱電偶穿過(guò)爐頂上的孔及頂保溫板的孔，插入爐腔內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置，屬于光伏多晶硅鑄錠爐的溫度自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域；本裝置包括安裝在光伏多晶硅鑄錠爐上的控溫?zé)犭娕迹€包括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學(xué)高溫計(jì)、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電源；其中，所述控溫?zé)犭娕己凸鈱W(xué)高溫計(jì)的溫度輸出端分別與主控制器的輸入端相連，主控制器的輸出端通過(guò)模擬量輸出模塊與功率控制器的輸入端相連，功率控制器的輸出端與光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器相連，所述交流電源的輸入端也與功率控制器的另一輸入端相連。同時(shí)采用光學(xué)高溫計(jì)和熱電偶進(jìn)行溫度控制。本發(fā)明具有操作方便，控溫可靠、精度高等特點(diǎn)，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05D23/22GK101968666SQ20101026028
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者于慶廣, 馮龑, 翟志華 申請(qǐng)人:清華大學(xué);江西旭陽(yáng)雷迪高科技股份有限公司;江蘇華盛天龍光電設(shè)備股份有限公司