CN104025316B - 用于光伏聚光模块的工业制造的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于光伏聚光模块的工业制造的装置，该光伏聚光模块包括模块框架、透镜盘、传感器载具盘以及电气线路布线布置，该装置包括以下特征：a)底座(30)，用于借助于位于两个纵向侧的夹持元件(31)和位于两个横向侧的止动元件(37)来无压力地安装模块框架(1)，其中夹持元件(31)的设置借助于切换杆(32)的移位和转动来实现；b)装置(47)，用于在模块框架(1)的承载表面上的丙烯酸的点状涂敷以及硅酮(48)的线性涂敷；c)相应的用于放置传感器载具盘(3)或透镜盘(2)的装置，其中这些盘借助于特殊的抽吸装置(39)以无压力的方式被运输，并且以预定接触压力居中地开始被安放；d)用于测量相应的盘位置和用于定位传感器载具盘(3)或透镜盘(2)的装置；e)用于借助于照相机(49)来相对于传感器载具盘(3)的CPV传感器(4)对透镜盘(2)进行精细调节的装置，其中照相机(49)被调节成使得其光轴的位置照射在CPV传感器的地理中点上；f)用于借助于多个UV光发射器(40)来固化模块框架(1)与相应的盘之间的硅酮涂敷的装置；g)用于运输要处理的工件的装置。

Description

用于光伏聚光模块的工业制造的装置
在光伏领域，多年来已存在利用经聚集的太阳辐射工作的手段。在此情况下，来自太阳的辐射通过反射镜和/或透镜被聚集，并被引导到特定的聚光太阳能电池上。相应的聚光光伏(CPV)系统现在正在位于普埃托利亚诺市的卡斯提尔的西班牙太阳能研究所聚光光伏系统研究所(ISFOC)中进行测试。他们利用透镜或反射镜，在日光照射在小的太阳能电池之前将日光聚集成四百倍至一千倍的强度，这样比传统的硅太阳能电池显著更高效。来自世界上许多地方的制造商已经在该处的测试场所上安装了CPV模块。目前大约有一千个模块安装在该场所。除了别的以外，研究人员正在开发回报预测并测试长期稳定性，以促进该技术从开发到市场的转换。
迄今为止，在全球范围内仅少量的CPV设施已投入运行。他们的总功率约为30兆瓦，大约相当于三座核电站的功率。不过，美国市场研究机构Greentechmedia Research最近的研究预测该技术将快速推进。相应地，早在2015年，每年安装的CPV功率可能会是1000兆瓦。在理想情况下，根据来自弗莱堡的Fraunhofer太阳能系统研究所(ISE)的研究，CPV设施的一千瓦时电能的价格在每千瓦时18和21美分之间。通过更高效的组件和成熟的工业制造实现的进一步成本降低将有可靠的预期。
这些设施的核心是高功率太阳能电池，这些高功率太阳能电池目前主要在太空中使用，在太空中它们一直在为卫星和机器人提供电能。作为硅的替代，这些电池包含由镓、铟、砷或磷组成的所谓的化合物半导体。它们由多种不同的半导体层组成，每一层处理不同范围的日光光谱，而传统的硅电池仅能将日光光谱的较少部分转换成电能。以下现有技术是从专利文献中引用的。
US4834805A公开了包括以下特征的光伏功率模块。
一种分布在分层衬底中的各个电池位置中的光伏半导体晶体电池的布置，其中它们被两个导电层包围并借助绝缘层而隔离。此外，该模块包括由透镜组成的光传送层，该光传送层设置在离分层衬底的一距离处，其中入射辐射借助于透镜被聚焦到光传送层中的衬底中，并且其中透镜层、衬底层以及它们之间的空间的厚度小于2英寸。
DE102006007472A1公开了包括透镜板、基板和框架的光伏聚光模块，太阳能电池被容纳在基板之上，其中连接透镜板和基板的该框架沿着透镜板和基板的边缘环绕地设置。
该已知的聚光模块旨在被改进以获得如下效果：该模块能成本高效地制造，具有长寿命，并且允许简单和灵活地集成附加的组件，这些附加的组件不能被容纳或很难被容纳在透镜板或基板之上。此外，其目的是开发能够制造这样的聚光模块的方法。
此处提出的问题借助于如下事实得以解决：沿着透镜板与框架之间和/或基板与框架之间的框架，首先至少一种第一密封化合物和/或粘合剂化合物以及其次至少一种第二密封化合物至少环绕地设置在框架的长度的部分上，其中两种密封和/或粘合剂化合物在固化时间和/或透气性方面有区别。
权利要求57要求保护一种用于制造根据先前权利要求中的任一项所述的光伏聚光模块的方法，其特征在于以下特征。
即，连接透镜板和基板的框架沿着透镜板和基板的边缘设置，并且在框架与透镜板之间和/或框架与基板之间，首先至少一种第一密封化合物和/或粘合剂化合物其次至少一种第二密封化合物沿着框架在其长度的至少部分上环绕地引入，其中两种密封和/或粘合剂化合物在它们的固化时间和/或透气性方面有区别。虽然在此提及第一密封化合物和/或粘合剂化合物以及第二密封化合物，但并不意味着如下事实：粘合剂化合物中的一种仅用于在制造过程期间借助于UV光来固定板，而具有长寿命的另一粘合剂化合物用于主要密封。
根据本发明的装置和相应的方法解决了提供能在工业上便宜并可靠地制造聚光模块的装置和方法的问题。
该问题借助于根据权利要求1的装置来解决。
以下更详细地描述根据本发明的装置。在该情况下，具体而言：
图1以平面图示出模块框架1。
图2以横截面示出聚光模块。
图3示出具有菲涅耳透镜5的透镜盘。
图4示出根据本发明的制造设施的概览。
图5示出底座30的平面图。
图6示出放置装置的视图。
图7示出吸盘载具39的横截面。
图8示出吸盘41的横截面。
图9示出粘合－接合过程的说明图示。
图10示出传感器载具盘的固定的说明图示。
图1以平面图示出模块框架(1)。截面A-A示出了能在图2中看到的侧视图的观看方向。该模块框架被划分成借助于横网示出的区域。
图2示出聚光模块，其承载模块框架(1)以放大的横截面图示出。在此图中，可分别辨别出位于顶侧的透镜盘2，以及位于下侧的作为基盘的相应的传感器载具盘3。在此情况下，模块框架1按照在每一侧的横向宽度处中断的方式示出，这是为了能够示出按照真实大小关系示出的细节。在透镜盘2中，所使用的菲涅耳透镜5的指示在右手侧，并且在传感器载具盘中存在相应的CPV传感器4。在图2中，还在左手侧清楚地标出了硅酮密封剂6的涂敷区域。
图3示出了透镜盘，其中所有的菲涅耳透镜5被包含在模块框架1的该尺寸中。在右手侧上单独地标注了所述菲涅耳透镜5中的3个。在左手侧的描绘出的圆圈中，该示图示出了带状电缆的连接，带状电缆的连接将所示区域中的每个区域的各个CPV传感器4的全部电流进行组合，并且在沿着模块框架1的中心进行中继。
图4提供了用于光伏聚光模块的工业制造的制造设施的概览。
可在图4的左上角分辨出用于模块框架1的材料库24。与之毗邻的是用于模块框架1的吊架重定位装置，进一步通过25来标注。吊架重定位装置25接受来自材料库24的模块框架1，并将它们传递到放置装置9上。在该情况下使用了具有5个平台的升降台8。该放置装置9然后将相应的模块框架1放置在底座30上，模块框架1与底座30一起在横向传送装置14上被移动至用于涂敷丙烯酸46和硅酮6的装置15。在此，丙烯酸点和相应的硅酮珠被涂敷到模块框架1的相应的顶侧。
作为基板的传感器载具盘3被放置在其上。用于传感器载具盘3的材料库18、用于传感器载具盘3的传输机器人19以及用于传感器载具盘3的放置装置16参与该过程。借助于装置16利用预定的接触压力来按压传感器载具盘3(在相应的盘上居中地开始)，然后通过借助于UV光使丙烯酸点固化来将传感器载具盘3固定至模块框架1。这样的固定无法从现有技术中得出。将在稍后更详细地说明相应的制造过程。
具有如此装备的模块载具1的底座30被移动至一位置以进行机械的或别的——这取决于开发阶段——自动建立接触13，在该操作中，将模块框架从底座30去除，从水平位置旋转至垂直位置并被传送以在站点12进行相互建立接触。基本上，用于电气连接线路的分配盒在此被引入。接下来的CPV传感器到分配盒的电气连接可手动或自动地实现。之后，再将模块框架1旋转至水平位置，使得传感器载具盘3位于底部，并且被固定在底座30上。
然后将具有以此方式装备的模块载具1的底座30移动至用于涂敷丙烯酸46和硅酮6的装置15。在此涂敷丙烯酸点和相应的硅酮珠。
透镜盘2被放置在其上。用于透镜盘的材料库22、用于透镜盘的传输机器人20以及用于透镜盘的放置装置17参与该过程。将在稍后更详细地说明相应的制造过程。各个处理站点装备有升降台11。所述升降台11用于在操作过程期间无摩擦地运输底座30和模块载具1，并使得组件能临时地移动至中间的层。
为了聚光模块的完全令人满意的功能，具有相应的CPV传感器4的菲涅耳透镜5的准确对准是必须的。借助于照相机(49)来调节透镜盘2。将在稍后说明此方面的技术过程。
在透镜盘2的精细调节之后，通过使用UV光发射器40(参考图6)放射借助于丙烯酸点的固化，透镜盘2被固定。
然后将底座30移动至站点10，在站点10处，使底座30成为垂直位置。然后从垂直定向的底座30手动或自动地去除过量的硅酮。
借助于横向传送装置14，将以此方式处理的底座30从站点10移动至质量检测。
在质量检测之后，将相应的底座30移动至储存站点26中，该储存站点26具有位于多个平面的位置，还设置有用于空托盘的平面。在此，硅酮具有必要的时间以能够固化。
在固化时间之后，为每个聚光模块设置条形码，并借助于升降台27和吊架重定位装置28将每个聚光模块移动至堆放站点29，这允许根据质量等级来分类。
图5示出底座30的平面图。虚线在此表示安放的模块框架1。在此情况下，借助于与纵向下侧详细标注的夹持元件相同的夹持元件31将模块框架1固定在纵向上侧。夹杆37设置在左舷侧的中央，位于模块框架1的加强中网的位置，所述夹杆对应于在右舷侧上标注的两个夹杆37。这些夹杆具有锥形的斜面滑动表面，从而实现借助于夹持器从上方对模块框架1的准确的配合插入和容易移除。通过圆圈中的放大图中描绘的详细示图中的示例，可辨别夹持装置的工作原理。所述圆圈的上半部以放大图示出了模块框架1的右下角。同样在放大图中并且具有大约正方形设计的夹持元件31揭示了位于该侧的所有四个夹持元件31所共用的切换杆32。将在下文中更详细地说明此处实现的工作原理。
偏心盘35位于所述切换杆32上并且与斜面齿条33啮合，斜面齿条33又通过两个压缩弹簧34连接至止动元件37，止动元件37压在模块框架1上。如果切换杆32移位，在向左移位的情况下，偏心盘35也向左移位，并且按照沿齿条33滑动的方式对压缩弹簧34进行压缩，压缩弹簧34将该压力弹性地传输至模块框架1。例如，两个永磁体36接合在一起，从而固定该基本设置。
该基本设置可手动或按照自动方式实现。
为了切换杆32的自动移位，许多可能方式是本领域普通技术人员已知的，并因此将不详细描述这些可能方式。
用于大体上示出的该布置的其他调节可能性包括借助于偏心盘35的转动来使切换杆32转动，由此执行附加的设置，具体而言是精细设置。
这也可手动或按照自动方式实现。
为了实现自动设置，借助于所示的伺服电机50，在夹持元件31的右手侧，除了所描述的移位之外，可使切换杆32在标注位置处转动。在夹持元件31的另一侧示出的套筒用于切换杆32的制造工程组装。在此情况下，这样的伺服电机50位于每个夹持元件31上。该调节选项使得，除了特定基本设置之外(无论然后它是手动执行还是以自动方式执行)，能够以自动方式来分别设置每个夹持元件31的接触压力。借助于相应的距离传感器和相应的压力传感器(在此出于说明清楚的目的未示出和标注)，因此可借助所述夹持元件31在模块框架1的纵向侧的每个位置处设置相同的各个接触压力。具有所描述的装置的相同的夹持元件31被包含在另一纵向侧。该手段具有如下效果：在夹持期间，即便模块框架1的侧壁的非常轻微的变形也能被自动考虑，因此确保模块框架1的完全无压力的安装，因此在每一情况下，透镜盘2和传感器载具盘3可按照完全无压力的方式与模块框架1组合。该手段确保在大温差的情况下作用在这些盘的粘合接合上的力可以最小。这导致聚光模块的粘合接合上的载荷非常小，以及服务寿命提高(即便在困难的气候要求下)。
图6示出放置装置的示图，该放置装置在每一情况下具有5个吸盘载具39，作为借助于用于传感器载具盘3的传输机器人19或借助于用于透镜盘2的传输机器人20的传输过程的一部分。在该情况下，传输机器人一般在一侧具有4个吸盘载具，借助于这些吸盘载具，传输机器人在一侧拾取相应的盘，并将其传输至放置装置。放置装置一般具有5个吸盘载具39。借助于传输机器人对盘的传输通过一过程实现，在该过程中：盘借助于4个吸盘载具被保持在一侧，并且通过传输机器人被插入具有5个吸盘载具39的传输单元的吸盘载具的4个空隙中，然后它通过传输单元被在两侧吸起。在每一情况下，所述吸盘载具39在其两端携带吸盘41和UV光发射器40，其中在每一情况下，UV光发射器40也被装配在吸盘载具39的中央。
图7示出吸盘载具39的横截面。除了图6中的示图之外，在此示出了已被拾取的传感器载具盘2。在此可从横截面中分辨位于左和右的两个UV光发射器40。中央的UV光发射器40被隐藏。
图8示出吸盘41的横截面。在此示图中可辨别该吸盘的特定动作。在将要拾取盘的情况下，尤其是在传感器载具盘3的情况下，由于使传感器载具盘3在绝对平坦位置上被运输和应用是重要的，所以在每个吸盘头的情况下，各个盘被相应的吸盘头触碰的区域也必须绝对平坦。这借助于如下事实来实现：在所示示图中，密封环44在由固体材料组成的吸盘头45中。在该情况下，吸盘头45与保持板42中的橡胶波纹管43一起滑动。被拾取的盘在相应的吸盘的接合点位置处的起伏翘曲(在现有技术的具有柔性密封唇的其他实施例中应当担心)在此情况下不用考虑。例如，在此情况下，吸盘头45也可以是大约正方形的，或具有在相应拾取的盘中产生尽可能小的机械应力的任何其他表面形状。因此，例如，在该情境下，椭圆形的表面可有助于在拾取和运输期间减小相应盘中的应力。
图9提供粘合剂接合过程的说明图示。在图9a中，在此可看到模块框架1的圆周边缘的详图，它是一个位置处的圆形详图。在此，可具体辨别出模块框架1的边缘和毗邻的硅酮珠6的涂敷。可以看到紧邻所述硅酮密封剂6的丙烯酸点46。
图9b以侧视图附加地示出了丙烯酸涂敷装置47和硅酮涂敷装置48。
图10提供了传感器载具盘3的固定的说明图示。除了模块框架1、传感器载具盘3和透镜盘2的横截面的部分之外，在此还示出了丙烯酸点46和硅酮密封剂6。在左手侧以风格化的方式示出了吸盘载具39和UV光发射器40。借助于照相机49，透镜盘2被对准，然后借助于相应的丙烯酸点46的固化而被固定，使得所有的菲涅耳透镜5的中点被引导成正好位于相应的CPV传感器的中央处。
该对准可单纯以光学方式通过如下方式实现：透镜盘2被调节为使得其菲涅耳透镜5的光轴的位置照射在相应的CPV传感器的地理中点上。
然而，该对准也可按照一些其他方式来实现，即，使得电压被施加至选定的CPV传感器自身，然后检测由它们经由菲涅耳透镜发出的光，并按照使特定战略重要的菲涅耳透镜5的发射变得最大的方式来调节透镜盘2。为此目的，用于检测透镜盘2相对于传感器载具盘3的位置的相应盘位置并且用于检测定位机构的装置是必须的。这样的装置是本领域普通技术人员所熟知的，因此未示出。这样的装置的控制信号用于驱动用于传感器载具盘3的传输机器人19。
复杂移动过程的控制和所使用的传感器的信号处理需要特定的控制程序。
附图标记列表
1、模块框架
2、透镜盘
3、传感器载具盘(基板)
4、CPV传感器
5、菲涅耳透镜
6、硅酮密封剂
7、用于密封测试、加标记的测试站
8、用于底座的前升降台(5平面)，参考27
9、用于模块框架的放置装置(在底座上)
10、用于后处理的站点(硅酮去除)
11、处理站的升降台(2平面)
12、用于手动建立接触的站点(处理)
13、用于机械的、自动建立接触的站点
14、用于底座的横向传送装置
15、用于涂敷丙烯酸和硅酮的装置
16、用于传感器载具盘3的放置装置
17、用于透镜盘2的放置装置
18、用于传感器载具盘的材料库
19、用于传感器载具盘的传输机器人
20、用于透镜盘的传输机器人
21、用于传感器载具盘的抽吸夹持器(机器人传输)
22、用于透镜盘的材料库
23、用于透镜盘的抽吸夹持器(机器人传输)
24、用于模块框架的材料库
25、用于模块框架的吊架重定位装置
26、储存站点(4平面)
27、用于底座的后升降台(5平面)，参考8
28、用于最终堆放的吊架重定位装置(4站点)
29、堆放站点(4个质量等级)
30、用于模块框架1的作为载具的底座
31、夹持元件
32、切换杆
33、齿条
34、压缩弹簧
35、偏心盘
36、永磁体
37、止动元件
38、夹杆
39、吸盘载具
40、UV光发射器
41、吸盘
42、保持板
43、橡胶波纹管
44、密封环
45、吸盘头
46、丙烯酸
47、丙烯酸涂敷装置
48、硅酮涂敷装置
49、照相机
50、伺服电机。

Claims (13)

1.一种用于固定光伏聚光模块的透镜盘(2)的方法，所述光伏聚光模块包括具有CPV传感器的传感器载具盘(3)和具有菲涅耳透镜(5)的透镜盘(2)，所述传感器载具盘(3)和透镜盘(2)夹住模块框架(1)，所述方法包括以下步骤：
a)借助照相机(49)将透镜盘(2)与所述传感器载具盘对准，
b)将所述透镜盘固定在所述模块框架(1)上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述透镜盘被对准，使得菲涅耳透镜(5)的中点被引导成位于相应的聚光光伏(CPV)传感器的中央。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，借助于丙烯酸点的固化来执行将所述透镜盘固定在所述框架模块上。
4.如权利要求3所述的方法，其中，利用UV光发射器(40)来固化所述丙烯酸点。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述UV光发射器被包含在放置装置(17)中，所述放置装置(17)用于将所述透镜盘放置在所述模块框架(1)上并且用于对准所述透镜盘。
6.如权利要求3所述的方法，其中，丙烯酸点(46)和硅酮珠(6)在步骤a)之前被涂敷在所述模块框架(1)上。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述丙烯酸点(46)和硅酮珠(6)通过一个用于涂敷丙烯酸点(46)和硅酮珠(6)的装置(15)来涂敷。
8.如权利要求7所述的方法，其中，对于每个透镜盘(2)设置 十四个丙烯酸点(46)。
9.如权利要求1所述的方法，还包括在步骤a)和b)之前的如下步骤：
c)将模块框架(1)放置在底座(30)上，并将所述模块框架(1)和所述底座(30)一起移动至用于涂敷丙烯酸点(46)和硅酮珠(6)的装置(15)，以将丙烯酸点和相应的硅酮珠涂敷到所述模块框架(1)的相应的顶侧，然后
d)在所述模块框架(1)的相应的顶侧上放置传感器载具盘(3)，用预定的接触压力、居中地开始按压所述传感器载具盘，然后通过借助UV光使丙烯酸点固化来将所述传感器载具盘(3)固定至所述模块框架，然后
e)使所述模块框架(1)转动至水平位置，使得所述传感器载具盘(3)位于底部，然后
f)在所述模块框架上涂敷丙烯酸点(46)和硅酮珠(6)，并且然后
g)在所述模块框架上放置透镜盘(2)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，步骤g)、a)和b)是利用UV光发射器使用放置装置先后实现的。
11.如权利要求10所述的方法，还包括在步骤d)与e)之间的步骤h)：将所述底座(30)和所述模块框架一起移动至用于机械的或自动的建立接触的位置。
12.如权利要求9至11中的一项所述的方法，其中，在一个模块框架(1)上安装十二个传感器载具盘(3)。
13.如权利要求1所述的方法，其中，对准步骤单纯通过光学方式通过如下方式来实现：所述透镜盘(2)被调节成使得所述菲涅耳透镜(5)的光轴的位置照射在相应的CPV传感器的地理中点上。
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