隨著全球氣候變化的加劇，碳減排成了全球關(guān)注的焦點。對此，中國政府提出“3060碳達(dá)峰、碳中和”的重要目標(biāo)，計劃在2030年之前實現(xiàn)二氧化碳排放的峰值，在這之后碳排放將逐漸下降，另一方面中國承諾2060年實現(xiàn)凈零排放，中國將在生產(chǎn)和能源消耗方面采取措施，不對全球氣候產(chǎn)生額外的影響。

　　確立目標(biāo)后，中國加快推動“碳達(dá)峰、碳中和”，致力于實施可再生能源替代，加快推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型，因此大家把目光鎖定到了光伏、鋰電等新能源行業(yè)。

　　2018年之前受補(bǔ)貼政策驅(qū)動，中國光伏裝機(jī)量大幅增長，引領(lǐng)全球裝機(jī)進(jìn)入100GW量級，MIR預(yù)計，至2025年全球光伏新增裝機(jī)量將超300GW(圖1)。

圖1 2015-2025年全球新增及累計光伏裝機(jī)量統(tǒng)計及預(yù)測情況/GW

圖2 2017-2025年全球動力電池新增裝機(jī)量/GWh

　　據(jù)韓國研究機(jī)構(gòu)SNE Research統(tǒng)計：2022年全球動力電池裝機(jī)量約為518GWh，同比上漲72.1%，2017-2022復(fù)合年增長率為54%，此外SNE Research還進(jìn)一步預(yù)測了2023年全球動力電池裝機(jī)量預(yù)計將達(dá)到749GWh(圖2)。

　　光伏、鋰電新增裝機(jī)量的迅速增長主要部分還要歸功于成本的大幅下降。

　　根據(jù)公開信息整理，近10年間，全球公用事業(yè)級光伏電站的加權(quán)平均平準(zhǔn)化發(fā)電成本(LCOE)下降了89%，從0.445美元/kWh下降到0.049美元/kWh，2022年，同比下降3%，而這場變革的核心正是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)滲透，推動產(chǎn)業(yè)智能化、數(shù)字化，走向了“降本增效、提升光電轉(zhuǎn)換效率”的主干道。

　　1 “布局光伏產(chǎn)業(yè)數(shù)字化“以機(jī)器人為核心 ，打造光伏產(chǎn)業(yè)智能工廠

　　2020-2023年，光伏市場進(jìn)入擴(kuò)張期。在“雙碳”政策驅(qū)動下迎來了發(fā)展高峰，技術(shù)的成熟以及新技術(shù)的發(fā)展給機(jī)器人帶來了更多的應(yīng)用機(jī)會(圖3)。

　　在光伏電池、組件制造環(huán)節(jié)中， PECVD鍍膜、串焊作為整個生產(chǎn)線的核心工藝，會直接影響太陽能電池的性能、效率及可靠性，對環(huán)節(jié)技術(shù)、精度要求非常高，無論是對產(chǎn)品的高質(zhì)量、高速度、高精度、均勻性、創(chuàng)新性、環(huán)保性，都存在著難以跨越的以下幾個難點。

圖3 2017年~2023E中國光伏行業(yè)機(jī)器人銷量推移(單位：臺;%)

　　(注：機(jī)器人市場規(guī)模包含光伏硅片、逆變器、玻璃、電池片、組件、支架使用的機(jī)器人)

　　(1)電池端

　　PERC電池效率已經(jīng)接近理論極限，N型電池片TOPCon因與PERC產(chǎn)線具有兼容性，作為PERC的有效替代，2022年以后加快產(chǎn)能擴(kuò)張，給機(jī)器人應(yīng)用帶來了更多機(jī)會，插片應(yīng)用機(jī)器人需求隨之大幅增長(圖4)。

圖4 2022年中國光伏插片機(jī)器人市場格局(單位：臺)

　　目前插片應(yīng)用機(jī)器人市場相對集中，特別是PECVD插片，因?qū)C(jī)器人性能要求較高，目前主要被外資品牌主導(dǎo)，內(nèi)資廠商也在積極布局。外資廠商以史陶比爾TX2-90系列機(jī)器人最受好評，憑借產(chǎn)品的高精度、高速度、高穩(wěn)定性和低維修保養(yǎng)需求，獲得終端客戶的普遍認(rèn)可。

　　(2)組件端

　　2019年以來，隨著半片、三分之一片等多分片電池逐步成為市場主流，串焊加工的生產(chǎn)負(fù)荷翻倍提升，高速多分片串焊機(jī)逐漸開始替代傳統(tǒng)的整片串焊機(jī)，高速SCARA機(jī)器人的需求大幅增加(圖5)。

圖5 2022年中國光伏串焊市場格局(單位：臺)

　　史陶比爾憑借TS2-60和TS2-40高速SCARA機(jī)器人，在串焊機(jī)上下料的應(yīng)用上，以最高的產(chǎn)能、擺片精度與高耐久性，獲得了終端客戶的廣泛好評。

　　不論是在PECVD還是串焊的工藝中，看似簡單的 “插片”和“電池搬運(yùn)”動作，對于機(jī)器人來說，其實面臨著諸多挑戰(zhàn)：

　　l 硅片尺寸越來越大，越來越薄，更易碎裂與劃傷，為了提升良率，需要更精準(zhǔn)的定位精度和長期穩(wěn)定性;

　　l 單位時間產(chǎn)能要求越來越高，需要更高的生產(chǎn)效率能夠有效地降低成本;

　　l 產(chǎn)線布局緊湊、設(shè)備內(nèi)部運(yùn)動空間受限，需要小巧的底座與靈活的姿態(tài);

　　l 需要長期可靠的剛性與耐久度，以減少停機(jī)維修保養(yǎng)的損失。

　　以史陶比爾用于插片應(yīng)用的TX2-90L 六軸機(jī)器人和用于串焊應(yīng)用的TS2-40/60 SCARA機(jī)器人為例， 這些產(chǎn)品均采用了史陶比爾專利的高性能JCS減速器，六軸機(jī)器人還采用了JCM集成馬達(dá)技術(shù)，給客戶帶來了多方面的收益：

　　l 高產(chǎn)能：用于PECVD工藝石墨舟高速插片單機(jī)產(chǎn)能可超過單機(jī)9000片/小時;用于串焊單抓搬片雙機(jī)產(chǎn)能可達(dá)9000片/小時;

　　l 高精度：大幅減少碎片、劃傷與露白的概率;

　　l 高穩(wěn)定性：長期使用精度穩(wěn)定，點位不偏移，可大幅減少設(shè)備校準(zhǔn)與維護(hù)的工作量。

　　2 數(shù)字化鋰電池 智能化鋰電

　　除了光伏行業(yè)之外，鋰電池作為一種儲能技術(shù)，可以幫助平穩(wěn)供應(yīng)電力，降低能源波動對電網(wǎng)的影響，從而促進(jìn)可再生能源更廣泛的應(yīng)用，因而也是雙碳目標(biāo)下另一主要目標(biāo)領(lǐng)域。

　　近幾年，動力電池頭部企業(yè)紛紛加速大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，鋰電池行業(yè)正在向“TWh”邁進(jìn)。高性能、高質(zhì)量、高效率是支撐鋰電池行業(yè)向高端產(chǎn)業(yè)邁進(jìn)的核心動力。如何解決行業(yè)供應(yīng)鏈高端可控的“痛點”呢?那就是——實施數(shù)字化戰(zhàn)略，建立智能鋰電池工廠。

　　2022年，鋰電池機(jī)器人呈高速增長趨勢，雖然消費(fèi)電池市場疲軟，但由于動力電池和儲能電池加速擴(kuò)產(chǎn)，因而拉動機(jī)器人市場需求增長。大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)即對生產(chǎn)線的效率和質(zhì)量有著更高效率的要求，MIR預(yù)計2023-2024年鋰電池行業(yè)將以動力電池和儲能電池行業(yè)的機(jī)器人導(dǎo)入為主，帶動鋰電池市場的機(jī)器人使用量長期增長(圖6)。

　　機(jī)器人技術(shù)迭代非常快，這些機(jī)器人在生產(chǎn)工藝中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，特別是在鋰電池電芯制造核心工藝的疊片工藝方面。

圖6 中國鋰電池行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用情況推移及預(yù)測(單位：臺)

　　在電池生產(chǎn)工序中，疊片是一個非常重要的步驟。疊片即將正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)等層疊在一起，以構(gòu)成電池的電化學(xué)結(jié)構(gòu)，疊片過程需要確保各個層之間的均勻性和緊密性，以保證電池的性能穩(wěn)定，不良的疊片可能會導(dǎo)致電池內(nèi)部的不均勻分布，增加內(nèi)阻，降低能量密度，甚至引發(fā)安全問題，這一步驟的質(zhì)量和精確性對電池性能和壽命都有重大影響。

　　制芯工藝中，卷繞工藝更成熟、生產(chǎn)效率更高，為當(dāng)前動力電池主流制芯工藝，疊片工藝受制于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量控制等因素，目前主要在方型和軟包電池領(lǐng)域小規(guī)模應(yīng)用。

　　卷繞工藝及疊片工藝兩種疊片方式均采用“Z”字形式疊片，但卷繞工藝比機(jī)器人式疊片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多糾偏、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手等組件，且占地面積也較大，卷繞工藝疊臺固定，隔膜擺動，機(jī)器人式疊片則相反。雖然直卷繞工藝發(fā)展時間更長，更成熟，但隨著新能源行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人疊片工藝憑借穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、小體積、結(jié)構(gòu)布局簡單緊湊、調(diào)試簡單等優(yōu)勢獲得更大的競爭力而成為后起之秀。長期來看，在電池高安全性能、高能量密度的趨勢下，疊片工藝是大勢所趨，蜂巢能源、BYD、LG化學(xué)、三星SDI、松下等電池巨頭都將疊片技術(shù)納入下一階段布局目標(biāo)。

圖7 2022年疊片機(jī)器人應(yīng)用情況

　　2022年疊片市場機(jī)器人出貨量超過1000臺，其中史陶比爾占據(jù)市場超95%的占比(圖7)，牢牢抓住市場機(jī)遇。史陶比爾首創(chuàng)全封閉式TS2系列SCARA機(jī)器人，用于切疊一體機(jī)方案中電池片搬運(yùn)場景，與業(yè)內(nèi)頭部客戶深入綁定。TS2系列SCARA機(jī)器人配備專利JCS驅(qū)動技術(shù)，擁有超快速度以及高重復(fù)定位精度，開放的uniVAL Drive 同步運(yùn)動控制技術(shù)，可實現(xiàn)疊片臺上的機(jī)器人、夾具及外部設(shè)備的一體化運(yùn)動，顯著提高疊片效率，且機(jī)器人兼容性高，穩(wěn)定性好，調(diào)試簡單，節(jié)拍可滿足市面上絕大部分客戶的需求。

　　設(shè)取極片位置到疊臺距離600mm為例，對比分析，相同傳輸距離條件下，機(jī)器人疊片方案效率更高，用時更少。從機(jī)器人的穩(wěn)定性方面，空間布局方面，優(yōu)點都尤為突出。

　　此外，史陶比爾機(jī)器人事業(yè)部執(zhí)行總裁Christophe Coulongeat還表示，史陶比爾非常重視中國市場發(fā)展機(jī)遇，在與中方合作伙伴深入合作的同時，將持續(xù)加大在華投資，推進(jìn)本地化進(jìn)程與創(chuàng)新能力，在食品、制藥、醫(yī)療、光伏和半導(dǎo)體、汽車、金屬、激光等領(lǐng)域為客戶提供卓越的產(chǎn)品和解決方案，為每一個應(yīng)用提供最佳選擇。

　　3 結(jié)語

　　總的來說，機(jī)器人技術(shù)已成為新能源行業(yè)智能化與數(shù)字化進(jìn)程的核心路線，早期布局新能源，更有利于與新能源公司建立緊密的聯(lián)系，也可以在市場上占據(jù)一席之地，建立品牌聲譽(yù)和市場份額，隨著行業(yè)的成熟，獲得更多的競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)長期的商業(yè)成功。