專利名稱：光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光伏多晶硅鑄錠爐的溫度自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及光伏多晶 硅鑄錠爐控溫熱電偶失效時的控溫裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風能、海洋能、水 能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能 源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利 用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電；通過光電轉(zhuǎn)換 裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用 半導(dǎo)體器件(太陽能電池)的光伏效應(yīng)原理進行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。 聯(lián)合國召開了一系列有各國領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn) 略規(guī)劃、國際太陽能公約，設(shè)立國際太陽能基金等，推動全球太陽能和可再生能源的開 發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會的一大主題和共同行動，成為各國 制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。中國政府一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術(shù)列 入國家科技攻關(guān)計劃，大大推動了太陽能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。太陽能利用 技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(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 上移動而形成晶錠。光伏多晶硅鑄錠爐的控溫熱電偶是核心溫度檢測部件，由于多晶硅鑄錠爐工作 溫度最高達1550°C，工作周期60個小時左右，對控溫熱電偶要求苛刻，經(jīng)常發(fā)生控溫熱 電偶失效，導(dǎo)致整爐的多晶硅錠報廢的問題。一種名為“一種多晶硅鑄錠爐控溫熱電偶故障處理方法”，專利號為 200810030830.3的專利公開了一種多晶硅鑄錠爐控溫熱電偶故障處理方法，當控溫熱電 偶出現(xiàn)故障后，將控溫熱電偶閉環(huán)溫度控制加熱功率轉(zhuǎn)換成開環(huán)功率控制加熱功率。其 實現(xiàn)方法為當控溫熱電偶正常運行時，每隔一段時間存儲加熱器的溫度特征數(shù)據(jù)，當 控溫熱電偶出現(xiàn)故障時，調(diào)用上一爐存儲的溫度特征數(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，實現(xiàn)開環(huán)控溫。該專利沒有辦法考慮多晶硅鑄錠 爐每爐運行時間的差異性，兩爐的運行時間和運行工藝完全相同很困難，開環(huán)溫度控制 的控溫效果也不理想。光學高溫計是現(xiàn)有的光伏多晶硅鑄錠爐上的一種標準配置，是一種輔助溫度測量傳感器，用來測量硅液表面溫度，協(xié)助判斷多晶硅硅料在熔化階段是否徹底融化。不 參與對爐的加熱器的功率控制。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型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，同時采用光學高溫計和熱電偶進行溫度控制。本實用新型具有操作方便， 控溫可靠、精度高等特點，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。本實用新型的裝置包括安裝在光伏多晶硅鑄錠爐上的控溫熱電偶，其特征在 于，還包括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學高溫計、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制 器和交流電源；其中，所述控溫熱電偶和光學高溫計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。本實用新型的特點及有益效果本實用新型同時采用多晶硅鑄錠爐的光學高溫計和熱電偶進行溫度控制，當控 溫熱電偶出現(xiàn)故障后，將控溫熱電偶閉環(huán)溫度控制轉(zhuǎn)換成光學高溫計閉環(huán)溫度控制。本 實用新型具有操作簡單，控溫可靠、精度高，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。本實用新型的光學高溫計采用非接觸測量溫度，測量性能穩(wěn)定，使用光學高溫 計在控溫時具有不易失效，溫度控制精度滿足要求、調(diào)試、整定方便，提高多晶硅鑄錠 質(zhì)量。

圖1為本實用新型的光伏多晶硅鑄錠爐控溫裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的光伏多晶硅鑄錠爐控溫裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型提出的光伏多晶硅鑄錠爐的控溫裝置結(jié)合附圖及實施例詳細說明如 下本實用新型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熱電偶，其特征在于，還包括光 伏多晶硅鑄錠爐上的光學高溫計、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電 源；其中，所述控溫熱電偶和光學高溫計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。本實用新型的工作原理首先記錄控溫熱電偶1測量之溫度Tl與光學高溫計2測量之溫度T2的對應(yīng)關(guān) 系，并記錄熱點偶1測量溫度Tl與加熱器的加熱功率P(通過功率控制器得到)之關(guān)系。在控溫熱電偶1正常工作時主控制器采用控溫熱電偶1作為溫度閉環(huán)控制，即將控溫熱電偶1的輸出數(shù)據(jù)來實現(xiàn)功率控制器對光伏多晶硅鑄錠爐的加熱器的功率進行調(diào) 控；若主控制器判斷控溫熱電偶1出現(xiàn)故障(即控溫熱電偶1讀數(shù)出現(xiàn)異常)，主控制器 則將光學高溫計2測量的溫度數(shù)據(jù)，通過T2-T1-P之關(guān)系實現(xiàn)功率控制器對光伏多晶硅 鑄錠爐的加熱器的閉環(huán)溫度控制。上述工作過程通過預(yù)先安裝在主控制器中的溫度控制 程序?qū)崿F(xiàn)，該控制程序為本領(lǐng)域技術(shù)人員采用常規(guī)編程工具及技術(shù)編得。本實用新型裝置的實施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括控溫熱電偶1，光學高溫計 2，L形固定體4，觀測管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，控溫熱電偶1和光學高溫計2分別安裝在多晶硅鑄錠爐 爐體8上，控溫熱電偶1穿過爐體8上的孔及頂保溫板6的孔，插入爐腔內(nèi)，作為正?？?溫使用；L形固定體4固定在爐頂3上，光學高溫計2固定在L形固定體4上，觀測管5 設(shè)置在光學高溫計2垂直下方的爐體內(nèi)，觀測管5的上端通過密封圈9與爐體8鏈接，觀 測管5的下端穿過頂保溫板6的孔，直至延伸到坩堝蓋板7的上沿。控溫熱電偶和光學 高溫計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。本實施裝置各部件的具體實施例分別說明如下本實用新型的控溫熱電偶1為多晶硅鑄錠爐的標準配置；本實用新型的光學高溫計2為多晶硅鑄錠爐的標準配置，一般采用福祿克公司 的MamthonMM系列光學高溫計，具有瞄準功能和數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，性能穩(wěn)定可靠。本實用新型的主控制器采用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為AOV25，AOV25接收主控制器發(fā)出的控 制功率控制器的數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號輸出給功率控制器，實現(xiàn) 功率控制。本實用新型的功率控制器采用METEK公司的PF3系列三相功率控制器。本實用新型的其它部件為本領(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1.一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 溫熱電偶，其特征在于，還包括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學高溫計、主控制器、模擬量 輸出模塊、功率控制器和交流電源；其中，所述控溫熱電偶和光學高溫計的溫度輸出端 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，還包括觀測管，所述光學高溫計固定在光伏 多晶硅鑄錠爐頂上，觀測管置于光學高溫計垂直下方的爐頂內(nèi)，觀測管的上端通過密封 圈與爐體鏈接，觀測管的下端穿過爐頂保溫板的孔，直至延伸到爐內(nèi)坩堝蓋板的上沿， 所述控溫熱電偶穿過爐頂上的孔及頂保溫板的孔，插入爐腔內(nèi)。
專利摘要本實用新型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熱電偶，還包括光伏多晶硅鑄錠爐上的光學高溫計、主控制器、模擬量輸出模塊、功率控制器和交流電源；其中，所述控溫熱電偶和光學高溫計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。同時采用光學高溫計和熱電偶進行溫度控制。本實用新型具有操作方便，控溫可靠、精度高等特點，極大提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。
文檔編號C30B28/06GK201793803SQ20102050215
公開日2011年4月13日 申請日期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 申請人:江蘇華盛天龍光電設(shè)備股份有限公司, 江西旭陽雷迪高科技股份有限公司, 清華大學