专利名称：光伏多晶硅铸锭炉的控温装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光伏多晶硅铸锭炉的温度自动化控制技术领域，涉及光伏多晶硅铸锭 炉控温热电偶失效时的控温装置。
背景技术：
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等 都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一 种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于 太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电；通过光电转换装置把太阳 辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件 (太阳能电池)的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略 规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利 用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可 持续发展战略的重要内容。中国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科 技攻关计划，大大推动了太阳能和可再生能源技术和产业的发展。太阳能利用技术在研究 开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。由于硅材料占太阳能电池成本中的绝大部分，降低硅材料的成本是光伏应用的关 键。多晶硅铸锭技术是降低太阳能电池成本的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉 制过程，也能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。铸锭工艺主要有定向 凝固法和浇铸法两种。定向凝固法是将硅料放在坩埚中加以熔融，然后控制保温罩的提升 速度从坩埚底部形成冷源以造成一定的温度梯度，使固液界面从坩埚底部向上移动而形成 晶,定。光伏多晶硅铸锭炉的控温热电偶是核心温度检测部件，由于多晶硅铸锭炉工作温 度最高达1550°C，工作周期60个小时左右，对控温热电偶要求苛刻，经常发生控温热电偶 失效，导致整炉的多晶硅锭报废的问题。一种名为“一种多晶硅铸锭炉控温热电偶故障处理方法”，专利号为 200810030830. 3的专利公开了一种多晶硅铸锭炉控温热电偶故障处理方法，当控温热电偶 出现故障后，将控温热电偶闭环温度控制加热功率转换成开环功率控制加热功率。其实现 方法为当控温热电偶正常运行时，每隔一段时间存储加热器的温度特征数据，当控温热电 偶出现故障时，调用上一炉存储的温度特征数据，跟踪其中的加热功率设定值的轨迹，直接 控制加热器的加热功率，实现开环控温。该专利没有办法考虑多晶硅铸锭炉每炉运行时间 的差异性，两炉的运行时间和运行工艺完全相同很困难，开环温度控制的控温效果也不理
术g
；ο光学高温计是现有的光伏多晶硅铸锭炉上的一种标准配置，是一种辅助温度测量 传感器，用来测量硅液表面温度，协助判断多晶硅硅料在熔化阶段是否彻底融化。不参与对炉的加热器的功率控制。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种光伏多晶硅铸锭炉的控温 装置，同时采用光学高温计和热电偶进行温度控制。本发明具有操作方便，控温可靠、精度 高等特点，极大提高多晶硅铸锭质量。本发明的装置包括安装在光伏多晶硅铸锭炉上的控温热电偶，其特征在于，还包 括光伏多晶硅铸锭炉上的光学高温计、主控制器、模拟量输出模块、功率控制器和交流电 源；其中，所述控温热电偶和光学高温计的温度输出端分别与主控制器的输入端相连，主 控制器的输出端通过模拟量输出模块与功率控制器的输入端相连，功率控制器的输出端与 光伏多晶硅铸锭炉的加热器相连，所述交流电源的输入端也与功率控制器的另一输入端相 连。本发明的特点及有益效果本发明同时采用多晶硅铸锭炉的光学高温计和热电偶进行温度控制，当控温热电 偶出现故障后，将控温热电偶闭环温度控制转换成光学高温计闭环温度控制。本发明具有 操作简单，控温可靠、精度高，极大提高多晶硅铸锭质量。本发明的光学高温计采用非接触测量温度，测量性能稳定，使用光学高温计在控 温时具有不易失效，温度控制精度满足要求、调试、整定方便，提高多晶硅铸锭质量。
图1为本发明的光伏多晶硅铸锭炉控温装置结构框图；图2为本发明的光伏多晶硅铸锭炉控温装置实施例结构示意图。
具体实施例方式本发明提出的光伏多晶硅铸锭炉的控温装置结合附图及实施例详细说明如下本发明的光伏多晶硅铸锭炉的控温装置结构如图1所示。该装置包括安装在光伏多晶硅铸锭炉上的控温热电偶，其特征在于，还包括光伏 多晶硅铸锭炉上的光学高温计、主控制器、模拟量输出模块、功率控制器和交流电源；其中， 所述控温热电偶和光学高温计的温度输出端分别与主控制器的输入端相连，主控制器的输 出端通过模拟量输出模块与功率控制器的输入端相连，功率控制器的输出端与光伏多晶硅 铸锭炉的加热器相连，所述交流电源的输入端也与功率控制器的另一输入端相连。本发明的工作原理首先记录控温热电偶1测量之温度Tl与光学高温计2测量之温度T2的对应关系， 并记录热点偶1测量温度Tl与加热器的加热功率P (通过功率控制器得到)之关系。在控温热电偶1正常工作时主控制器采用控温热电偶1作为温度闭环控制，即将 控温热电偶1的输出数据来实现功率控制器对光伏多晶硅铸锭炉的加热器的功率进行调 控；若主控制器判断控温热电偶1出现故障(即控温热电偶1读数出现异常)，主控制器则 将光学高温计2测量的温度数据，通过T2-T1-P之关系实现功率控制器对光伏多晶硅铸锭 炉的加热器的闭环温度控制。上述工作过程通过预先安装在主控制器中的温度控制程序实现，该控制程序为本领域技术人员采用常规编程工具及技术编得。本发明装置的实施例结构如图2所示，包括控温热电偶1，光学高温计2，L形固 定体4，观测管5，密封圈9 ；还包括主控制器、模拟输出模块、功率控制器及交流电源(图中 未示出)；其中，控温热电偶1和光学高温计2分别安装在多晶硅铸锭炉炉体8上，控温热 电偶1穿过炉体8上的孔及顶保温板6的孔，插入炉腔内，作为正常控温使用；L形固定体 4固定在炉顶3上，光学高温计2固定在L形固定体4上，观测管5设置在光学高温计2垂 直下方的炉体内，观测管5的上端通过密封圈9与炉体8链接，观测管5的下端穿过顶保温 板6的孔，直至延伸到坩埚盖板7的上沿。控温热电偶和光学高温计的温度输出端分别与 主控制器的输入端相连，主控制器的输出端通过模拟量输出模块与功率控制器的输入端相 连，功率控制器的输出端与光伏多晶硅铸锭炉的加热器相连，所述交流电源的输入端也与 功率控制器的另一输入端相连。本实施装置各部件的具体实施例分别说明如下本发明的控温热电偶1为多晶硅铸锭炉的标准配置；本发明的光学高温计2为多晶硅铸锭炉的标准配置，一般采用福禄克公司的 MarathonMM系列光学高温计，具有瞄准功能和数据预处理功能，性能稳定可靠。本发明的主控制器采用0PT022公司的PAC LCM4控制器，主控制器内预先安装有 温度控制程序；模拟输出模块模拟量输出模块型号为A0V25，A0V25接收主控制器发出的控制功 率控制器的数字信号，并将该数字信号转换成模拟量信号输出给功率控制器，实现功率控 制。本发明的功率控制器采用METEK公司的PF3系列三相功率控制器。本发明的其它部件为本领域的公知器件或采用公知技术手段制作而成。
权利要求
一种光伏多晶硅铸锭炉的控温装置，该装置包括安装在光伏多晶硅铸锭炉上的控温热电偶，其特征在于，还包括光伏多晶硅铸锭炉上的光学高温计、主控制器、模拟量输出模块、功率控制器和交流电源；其中，所述控温热电偶和光学高温计的温度输出端分别与主控制器的输入端相连，主控制器的输出端通过模拟量输出模块与功率控制器的输入端相连，功率控制器的输出端与光伏多晶硅铸锭炉的加热器相连，所述交流电源的输入端也与功率控制器的另一输入端相连。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，还包括观测管，所述光学高温计固定在光伏多 晶硅铸锭炉顶上，观测管置于光学高温计垂直下方的炉顶内，观测管的上端通过密封圈与 炉体链接，观测管的下端穿过炉顶保温板的孔，直至延伸到炉内坩埚盖板的上沿，所述控温 热电偶穿过炉顶上的孔及顶保温板的孔，插入炉腔内。
全文摘要
本发明涉及光伏多晶硅铸锭炉的控温装置，属于光伏多晶硅铸锭炉的温度自动化控制技术领域；本装置包括安装在光伏多晶硅铸锭炉上的控温热电偶，还包括光伏多晶硅铸锭炉上的光学高温计、主控制器、模拟量输出模块、功率控制器和交流电源；其中，所述控温热电偶和光学高温计的温度输出端分别与主控制器的输入端相连，主控制器的输出端通过模拟量输出模块与功率控制器的输入端相连，功率控制器的输出端与光伏多晶硅铸锭炉的加热器相连，所述交流电源的输入端也与功率控制器的另一输入端相连。同时采用光学高温计和热电偶进行温度控制。本发明具有操作方便，控温可靠、精度高等特点，极大提高多晶硅铸锭质量。
文档编号G05D23/22GK101968666SQ20101026028
公开日2011年2月9日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者于庆广, 冯龑, 翟志华 申请人:清华大学;江西旭阳雷迪高科技股份有限公司;江苏华盛天龙光电设备股份有限公司