摘  要：多晶硅是生產環保新能源——太陽能光伏電池的zui基礎的材料。本文首先概述了多晶硅生產工藝及其實現方法，然后著重描述了多晶硅還原爐電源系統的一體化解決方案以及針對用戶的配套方案。
關鍵詞：多晶硅還原爐；電源系統；多晶硅生產工藝；太陽能光伏電池；一體化解決方案
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1 引言

    *，硅材料是半導體工業，電子信息產業，太陽能光伏電池產業的zui重要、zui基礎的功能性材料。而在整個硅材料產業鏈中，多晶硅是zui重要的一環，也是制約我國硅產業發展的主要瓶頸之一。多晶硅作為制備單晶硅的*原料和生產太陽能電池的材料，隨著近些年來單晶硅生產迅速增長和光伏發電的環保能源的旺盛需求，使得多晶硅市場異?；鸨?。
    目前多晶硅生產技術主要有：改良西門子法、硅烷法和流化床法，從多晶硅生產的主要工藝技術的現狀和發展趨勢來看，改良西門子工藝能夠兼容電子級和太陽能級多晶硅的生產，以其技術成熟、適合產業化生產等特點，仍是目前多晶硅生產普遍采用的工藝。但該技術主要被美、日、德等國壟斷，直到2000年左右才尋到機會，從俄羅斯引入，然后在有關研究院的努力下，形成了國內自有技術，攻克了多晶硅制造及產業化的基礎性關鍵性問題，使得大規模生產成為可能。隨著多晶硅項目紅紅火火地展開，也就將配套設備的相關問題暴露了出來。據有關專家分析，我國多晶硅在工業生產方面與*水平的差距主要表現在四個方面：一是工藝、設備落后，導致物料與電力消耗過大；二是生產規模?。蝗浅呒儺a品難以獲得；四是成本沒有競爭力。
    這樣一來大家都不得不注意到：方案及其設備的性能好壞直接影響著多晶硅生產的品質和成本，同時對于設備能否長期穩定、可靠運行以及設備后期維護的難度和效率也對生產影響深遠。所以選擇一個好的方案，選擇一套性價比高的設備，選擇一個專業的、綜合實力雄厚的、擁有自主知識產權的、能長期穩定運作的、服務響應快捷的、不受關系劇烈動蕩影響的、可靠的公司成為了當前國內眾多企業的。
    在以下的章節中，將著重對多晶硅還原爐電氣系統的一體化解決方案及其設備性能進行介紹，拋磚引玉以便有關企業共同探究。

2 各種解決方法
2.1  多晶硅生產工藝簡述
    改良西門子法采用氫還原三氯氫硅的方式生產多晶硅。三氯氫硅還原在超低碳的不銹鋼或鎳基合金制成的水冷爐壁還原爐內，用氫將三氯氫硅還原成硅。爐內有不透明的石英鐘罩和用細硅芯或鉭管制成的發熱體。細硅芯是用超純硅在特制的硅芯爐內制成。在進行化學氣相沉積之前，由于硅在常溫時電阻率很高，因此硅芯必須在石英罩外用電阻加熱至300℃或用幾千伏的高壓電啟動。經過提純的氫氣在揮發器將三氯氫硅自爐底帶入爐內，于1100℃左右進行還原反應，使硅沉積在發熱體上。由于諸多原因使硅的沉積速度較慢，一般不超過0.5mm/h，生產直徑為150～200mm的多晶硅棒需要一周乃至更多時間。

2.2  工藝實現的方法
    基于上述工藝可知，多晶硅生產首先需要啟動，然后再進行還原生長。目前從行業實際應用情況來看，還原生長方法的差異主要在于電氣技術上（見第3.3.2節），而還原啟動方法的差異較大：
    ◆外加熱方法
    由于硅在常溫時電阻率很高，不易導通，業內多晶硅生產廠家常采用 ①石墨加熱、②等離子加熱、③鹵素燈加熱等外加熱方式，將還原爐爐溫加熱至300℃左右，還原電源輸出中壓，使硅芯導通，完成啟動過程，然后繼續加熱進行化學氣相沉積，完成還原生長。但以上啟動方案或多或少存在：操作麻煩、起動時間長、效率低、啟動成功率低、影響硅純度、還原設備復雜等弊端。
    ◆電啟動方法
    因此也有部分多晶硅生產廠家采用幾千伏的高壓電啟動方式，由于是讓硅棒自身發熱，從而使其發熱內外上下均勻、快速，同時可有效解決或緩解上述弊端：縮短啟動時間、提高啟動效率和成功率、減小還原電氣設備復雜程度。因此，高壓啟動方式具有先天優勢，對于高品質的多晶生產是目前的一種*選擇。
    ■一體化方案
    廣大的多晶制造企業對各種啟動方式的電氣設備和還原設備，并不十分熟悉，而且繁雜的方法和設備也給大家帶來了不少困惑：不知道各種設備的可靠性、*性、成熟性、各子系統的相互匹配性以及如何搭配等等。這樣一來，對于能提供一體化解決方案的需求變得愈發重要，畢竟多晶項目的設備是相當重要而且投入也是非常巨大的。

3 一體化解決方案
3.1 概述
    英杰電氣公司在成功開發出單晶硅電源、多晶硅鑄錠電源的同時，積極探索多晶硅還原爐電源系統的關鍵技術，于2007年底成功推出多晶硅還原爐電源系統的一體化解決方案。該方案的核心部份由高壓啟動電源和還原電源組成，輔以切換柜、隔離柜、接地柜及上位DCS系統組成了整個電源系統，能夠成功完成多晶硅從啟動到還原生長的所有工藝控制過程。多晶還原在生產方式上分為9對棒、12對棒、18對棒、24對棒，這里主要介紹基于 12 對棒的多晶硅還原爐
 ▲系統原理說明
    如圖2所示：還原爐電源系統首先啟動高壓擊穿電源，提供0～12kV高壓擊穿硅芯；待硅芯擊穿恒流加熱數秒后，切換到維持電源，提供0～4kV中壓加熱硅芯，繼續提高爐溫；維持電源加熱數分鐘后，切換到還原電源，提供0～1.6kV對硅芯加熱，此時完成啟動過程；接下來*由還原電源加熱進行化學氣相沉積，在長達一周多的時間里完成還原生長，形成多晶硅棒。
還原電源接受本地或遠程給定，采集硅棒電流電壓信號，根據硅棒電流電壓，自動調整4對硅棒工作于并聯或串連模式（如圖5所示）。
3.3.2 疊層控制
    為調整輸出電壓滿足整個還原周期內的功率需求，解決早期的多抽頭單層調整方式、切換硅棒連接的多抽頭單層調整方式等控制方案存在的操作麻煩、電源諧波成分高、功率因數低、變壓器效率低、設備浪費嚴重、調整時間長、生產成本高等弊端，我們采用了多層電源疊層控制技術，使每組功率回路接受4種電壓等級的電源，疊層輸出功率電源。多層電源疊層控制方式，能有效提高還原電源效率、減小諧波，節能降耗顯著，優勢明顯（見圖6、7）。

還原電源系統除采用了串并聯控制與疊層控制技術外，其控制核心采用了英杰公司自主研發的具有水平的KTY1S全數字功率控制器，同時系統配置了快速信號采集裝置、西門子PLC（SIMATIC S7-400）及高品質的功率器件。在設計施工中充分考慮到了各子系統的相互匹配性，考證了各種設備的可靠性、*性和成熟性，從而保障了整機系統的可靠、匹配與兼容。
    系統觸發控制使用光纖觸發，提高了觸發精度和抗*力，減少了柜內連線，降低了維護難度；輸入、輸出接口隔離，通過電磁兼容試驗，抗*力強；相對現有的國內常規還原電源系統，本系統具有自動化程度高，功率因數高及諧波低等優點。

4 配套方案
    對于用戶而言，整套系統從設計、制造到拉到現場僅僅完成了一半，要想將其安裝、調試、穩定運行起來還有很長一段過程。在此期間，必然會有大量事務需要解決，主要包括：安裝施工、調試驗收、操作保養維修培訓、生產技術護航、故障快速服務等方面。此外，由于設備一旦投入，將運行許多年，設備的備件保障也是一個重要問題。
    因此，在技術方案一體化的基礎上，我們通過進一步分析用戶需求，想用戶之所想，急用戶之所急，將售前、售中、售后乃至若干年后的重要需求全部融合在一起，推出了的一體化解決方案。主要包括三大部分：①設備保證和性能保證；②設備調試、驗收和現場培訓；③質量保證及售后服務承諾。配套方案的具體條款在具體項目中有詳盡的描述，通過方案的實施，可以讓用戶更放心整個電氣工程項目。

5 結束語
    英杰電氣自成立之初，便致力于工業電源產品的研發與生產，在10多年的探索之路上，不斷推出適合工業各行業需要的各種規格的電源產品。為打破國外產品在硅晶體生產電氣電源控制設備上的壟斷，于2002年開始了對該領域的關注和研究。目前，英杰電氣開發的多晶硅還原爐電源系統已經為國內一些大型多晶硅項目配套，與國外同類產品相比：技術性能處于同一水平，成本更低，為用戶創造價值（品質優良、節能降耗、省時省力），達成雙贏，這是我們一貫的宗旨。在廣大晶體制造企業的支持下，英杰將在高品質晶體電源上持續進步，可以為用戶提供的不僅僅只有“交鑰匙工程”，更可以提供“放心工程”。以“為民族工業自動化添磚加瓦”為使命的英杰人，用行動捍衛著自己的信念，英杰會做得更好，為社會創造更多的價值。