CN103085427A - 用于层压光伏叠板的装置和层压它的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于层压光伏叠板的装置，该光伏叠板包括多层，该多层中的一层包括多个互联的太阳电池，该装置包含有：i）传送设备，其用于传送该光伏叠板进入该装置；ii）加热设备，其用于加热该光伏叠板；以及iii）压挤设备，其用于压挤该光伏叠板；尤其是，当光伏叠板被传送设备传送通过该装置时，该压挤设备被配置来朝向加热设备压挤该光伏叠板。本发明还公开了一种用于层压光伏叠板的方法。

Description

用于层压光伏叠板的装置和层压它的方法

技术领域

本发明涉及一种用于层压（laminating）光伏叠板（a photovoltaic layup）的装置，该光伏叠板包含有大量的相互连接的太阳电池（solar cells）。本发明同样也涉及一种层压光伏叠板的方法。

背景技术

光伏叠板通常包含有五层材料，即：i）大量的相互连接的太阳电池；ii）两层囊封材料（例如乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA：Ethylene Vinyl Acetate））；iii）玻璃片；iv）背板（back sheet）。特别是，大量的相互连接的太阳电池被设置在两层囊封材料之间，而囊封材料层则设置在玻璃片和背板之间。

层压（laminating）光伏叠板对于保护光伏叠板避免外部环境的干扰是有必要的，以便于层压后的光伏叠板将具有至少25年的使用寿命。按照惯例，层压系统需要两个独立的平台：i）层压平台和ii）冷却系统。首先将光伏叠板传送至层压平台，其包括：i）热压板（heating platen），用于加热光伏叠板；ii）膜状物（membrane），用于将光伏叠板朝向热压板压挤。

特别是，在光伏叠板被引入层压平台以前，热压板被初始加热到大约150oC。当光伏叠板在层压平台中保持静止的时候，真空泵在密封的层压平台中产生高达1毫巴（millibar）的真空。该真空从光伏叠板的各层处抽空气体，同时囊封材料溶解。大约4分钟以后，真空泵不再运行，而膜状物从层压平台的顶部处下降以靠近热压板而压挤光伏叠板。此时，光伏叠板仍然在层压平台中保持静止不动。因此，压力和热量的组合使得囊封材料硬化，并将光伏叠板的各层转化成层压件（laminates）。在光伏叠板的固化完成之后，然后将膜状物提升至其位于层压平台顶部的初始位置，光伏叠板从层压系统被传输至冷却平台。该冷却平台包含有用于冷却加热后的光伏叠板的冷却板。具体地，该冷却板通过冷凝水冷却，在光伏叠板被最终从层压系统卸载以前，其接着将光伏叠板冷却至大约25oC的温度。

传统的层压系统具有多种局限性。例如传统的层压系统通常需要高温的均匀性在大约2oC的变化范围之内，以进行层压处理。这种高温均匀性在技术上实现可能是困难的。因此，本发明的目的在于寻求构想一种用于层压光伏叠板的装置，其至少改善了上述的难题。

发明内容

于是，本发明一方面提供一种用于层压光伏叠板的装置，该光伏叠板包括多层，该多层中的一层包括多个互联的太阳电池。特别是，该装置包含有：i）传送设备，其用于传送该光伏叠板；ii）加热设备，其用于加热该光伏叠板；以及iii）压挤设备，其用于压挤该光伏叠板；其中，当光伏叠板被传送设备传送通过该装置时，该压挤设备被配置来朝向加热设备压挤该光伏叠板。

由于光伏叠板被传送通过该装置时，该压挤设备被配置来朝向加热设备压挤该光伏叠板，所以在光伏叠板被压挤设备朝向加热设备压挤的同时，加热设备的表面温度变化将会由通过该装置的光伏叠板的移动而得到补偿。通过对比，在传统的层压系统中，光伏叠板保持静止不动，与此同时，膜状物从层压系统的顶部降低以将静止的光伏叠板朝向热压板压挤。所以，在传统的层压系统中，加热设备的表面温度变化不能和本发明的情形一样容易得到补偿。因此，和传统的层压系统相比较，所要求保护装置的实施例可放松加热设备的表面温度变化的限定。有益地，所要求保护装置的实施例能比传统的层压系统更为轻易地被构建。

一些优选特征已经描述定义在从属权利要求中。

例如，当将光伏叠板朝向热压板压挤的同时，压挤设备可以被配置来和传送设备同步移动。非常有益地，压挤设备和传送设备的同步移动可以防止光伏叠板的各层间的相对位移，藉此保证其最终的质量。

而且，本装置可以包含有一互联设备，用于将传送设备和压挤设备相连。该传送设备可以被操作来通过马达驱动，其也通过该互联设备驱动压挤设备。较为有益地，在当将光伏叠板传送通过本装置时朝向加热设备压挤光伏叠板之际，该互联设备可以保证压挤设备被设置来和传送设备同步移动。

另外，本装置可包含有真空产生装置，其用于产生真空吸附以从光伏叠板处抽空气体。通过提供与加热设备和压挤设备隔开容置的该真空产生装置，该真空产生装置可以独立于加热设备和压挤设备操作。和传统的层压系统相比，增压泵和热压板、膜状物一起均被容置在层压平台内。所以，从光伏叠板处抽空气体和将光伏叠板固化的步骤在层压平台内得以先后完成。在本发明实施例中，由于该抽空气体和固化的步骤针对不同的光伏叠板可并行地得以完成，所以，所需的作业时间得以减少，而整体产能和传统的层压系统相比将会更高。另外，真空产生装置和加热设备、压挤设备隔离开来意味着：用于从光伏叠板处抽空气体所需的机器占地面积和传统的层压系统的层压平台所需的占地面积相比可以更小。较为有益地，该真空产生装置的能量需求可以少于传统的层压系统的真空泵所需的能量需求。

而且，本装置可进一步包含有检查装置，其用于检测光伏叠板中孔隙（air voids）的出现。较为有益地，其提供了反馈回路，以用于调整所要求保护的装置实施例的操作规范，而便于优化性能。

本发明另一方面提供一种用于层压光伏叠板的方法，该光伏叠板包括多层，该多层中的一层包括多个互联的太阳电池。特别是，该方法包含有以下步骤：使用传送设备传送该光伏叠板至层压机，该层压机包含有加热设备；在光伏叠板已经被传送至层压机后，使用加热设备加热该光伏叠板；以及在光伏叠板被传送通过层压机的同时，使用压挤设备朝向加热设备压挤该光伏叠板。

该方法的一些优选特征同样也描述定义在从属权利要求中。

附图说明

现在仅仅通过示例的方式，通过结合附图来描述本发明较佳实施例，其中。

图1a所示为层压机（laminator）的立体示意图，其包含有固化平台和冷却平台。

图1b所示为图1a的层压机的侧视示意图。

图2所示为图1a的层压机的固化平台和冷却平台的立体示意图。

图3a和图3b所示为图2的固化平台和冷却平台的不同侧视示意图。

图4a和图4b所示为图2的固化平台分别在提升后和下降后的位置的框架结构示意图。

图5所示为图2的固化平台的压挤设备的示意图。

图6所示为图5的压挤设备的膜状物张紧设备的示意图。

图7a所示为图5的压挤设备的同步皮带张紧设备（timing belt tensioning devices），而。

图7b所示为图7a的同步皮带张紧设备之一的立体示意图。

具体实施方式

图1a和图1b所示分别为层压机100的立体和侧视示意图，其用于层压如光伏叠板之类的工件。光伏叠板包含有多个层，包括：囊封材料，大量的互联的太阳电池（如：两个相互连接的单晶硅太阳电池（monocrystalline-silicon solar cells））；玻璃。层压机100包含有六个独立的平台，即：i）第一装载平台102；ii）真空平台104；iii）第二装载平台106；iv）固化平台108；v）冷却平台110；以及vi）卸载平台112。

第一装载平台102包含有传输机构114，其具有传送带，该传送带用于接收工件和将接收后的工件传送进入层压机100的真空平台104。

真空平台104包含有另一个传输机构116、热压板、顶盖118和真空泵。更具体地，传输机构116具有用于从第一装载平台102接收工件和将接收后的工件传送至第二装载平台106的传送带。尤其，传输机构116的传送带包含有由聚四氟乙烯（PTFE：polytetrafluoroethylene）制成的布带（fabric）。在真空平台104从第一装载平台102接收工件以前，热压板首先被加热至大约60-100oC的温度。在光伏叠板被合适地设置在真空平台104内部之后，顶盖108闭合以创造一个密封室，此后真空泵在一分钟内产生高达1毫巴的真空，该真空被保持大约4分钟，以允许受困的空气从静止的工件的多层内部逃逸。然后，囊封材料溶解，而互相连接的太阳电池被溶解后的囊封材料所密封。接着，真空泵停止工作，在工件从真空平台104传送到第二装载平台106以前，顶盖118打开。当工件被从真空平台104传送到第二装载平台106的时候，一个新的工件可以同时被引入至真空平台104以经历如上所述的相同的工序。

第二装载平台106包含有用于传送工件至固化平台108的另一个传输机构120和用于物体检测的传感器。一旦第二装载平台106在传输机构120的一端从真空平台104处接收了工件，那么传输机构120被设置来从其惯常的怠速速度（idling speed）中加速，以将工件传送至固化平台108。传输机构120以较高的速度继续移动，直到工件被设置在传输机构120的相对另一端处的传感器所检测。工件一被传感器检测到，传输机构120就立即降低速度，以和固化平台108中的单独的传输机构122的速度同步。这保证了工件从第二装载平台106处平稳地传送至固化平台108，而不是速度上突然的变化，该突然的变化将可能导致工件内部各层不被期望的位移。

除了将工件沿着传送路径从固化平台108传送至冷却平台110的传输机构122之外，固化平台108同样也包含有加热设备（如：图3a所示的热压板123，它可估量长度大约1.2m而宽度大约0.9）和压挤设备124。固化平台108的传输机构122包含有传送带，该传送带包括PTFE布带109（参见图2），用于支撑和传输工件。类似于传输机构122，压挤设备124同样也包含有传送带。另外，热压板123和传输机构122相接触，以通过传输机构122将热量传送给工件。

而且，固化平台108包含有框架结构310，压挤设备124安装在其上。具体地，框架结构310通过液压装置312被驱动以朝向传输机构122降低或者自传输机构122被提升。在固化平台108接收工件进行固化以前，框架结构310通过液压装置312被驱动，以降低压挤设备124直到压挤设备124和传输机构122之间的大约4-5mm的间隙被产生。另外，热压板123被加热至大约150oC的温度。

在工件通过压挤设备124和传输机构122之间的间隙进入固化平台108以前，传输机构122和压挤设备124的传送带被配置来沿着相反的方向旋转。所以，当工件进入固化平台108和正被传输通过固化平台108时，工件将会由压挤设备124朝向和靠近热压板123被挤压。具体而言，传输机构122和压挤设备124的传送带以一个速度移动来传送工件，以致于到工件离开固化平台108的时间，工件完全被固化。所以，工件的固化和工件传送通过固化平台108能够同时发生。

虽然在描述的本实施例中，当由压挤设备124靠近热压板123挤压时，由于传输机构122的PTFE布带109的原因，工件没有直接接触热压板123，值得注意的是，在其他实施例中，当由压挤设备124朝向和靠近于热压板123压挤时，工件可以直接接触热压板123。

值得注意的是，框架结构310可以通过液压装置124驱动以降低压挤设备124，以便于压挤设备124和传输机构122之间的间隙和工件的厚度相匹配。

而且，值得注意的是，光伏叠板没有被互联的太阳电池的数量所限制。例如，根据光伏叠板的期望尺寸，光伏叠板可以如两个互联的太阳电池一样少，或者如256个互联的太阳电池一样多。

在固化之后，工件被传送至冷却平台110进行冷却。冷却平台110包含有冷却板，其通过冷凝水冷却，接着冷却板将工件冷却。虽然冷却平台110和固化平台108分离，但是同一个传输机构122被用来传送工件通过冷却平台110。随着冷却板在紧密接触传输机构122的同时，工件能被冷却至大约25oC。在工件被传送至卸载平台112以前，冷却处理将会持续大约四分钟，卸载平台112还包含有另一个用于从冷却平台110处接收完全固化和冷却的层压后的工件的传输机构128。

值得注意的是，由于将真空平台104和固化平台108配置成单独的平台，所以真空平台104可以独立于固化平台108操作。由于分别在真空平台104和固化平台108中从光伏叠板中抽空气体和固化光伏叠板的步骤是平行地完成的，所以和依序完成那些步骤相比，层压机100的整体产能可以得以提高。而且，真空平台104与固化平台108的分离意味着：可能需要来从光伏叠板中抽空气体的机器占地面积比将真空平台104和固化平台108合并成单一平台的占地面积更小。这有益地减小了层压机100的真空平台104的能源需求。

图2所示为层压机100的固化平台108和冷却平台110的立体示意图。

具体地，支撑工件的传输机构122的布带109安装在多个传输滚轮200上，其和马达（如图3a所示为AC伺服马达201）相连。所以，传输机构122的多个传输滚轮200被AC伺服马达201驱动以移动传输布带109，其接着传送工件通过固化平台108。更具体地，传输机构122包含有传输链条、同步皮带和齿轮的设置，以用于传送工件通过固化平台108。

固化平台108中的压挤设备124包含有安装在多个压轮204上的膜状物202（如图3a所示）。因此，当膜状物202被一个或多个压轮204驱动时其移动。类似于传输机构122，压轮124也包含有同步皮带和传输链条的设置。更具体地，压挤设备124和传输机构122通过互联设备，包括齿轮和同步皮带（如下所述）相互连接。所以，通过互联设备，AC伺服马达201被操作来驱动传输机构122，传输机构122接下来驱动压挤设备124。

图3a和图3b所示分别为固化平台108和冷却平台110沿着和横截于工件传送路径的不同侧视示意图。

参考图3a，在固化过程中，马达齿轮300被AC伺服马达201驱动。在传输齿轮302a和相应的传输齿轮302b互联的同时，马达齿轮300通过同步皮带304和传输齿轮302a进一步互联。所以，来自AC伺服马达201的能量通过同步皮带304被传输到传输齿轮302a、传输齿轮302b。反向机构同样也通过这些齿轮设置被提供，即：当传输齿轮302a以顺时针方向旋转以便于传送工件通过固化平台108时，相应的传输齿轮302b以相反的逆时针方向旋转。

而且，传输齿轮302b通过中间齿轮306和同步皮带308a、308b被连接至压轮204a。所以，当AC伺服马达201被通电激活时，这个压轮204a连同其他的压轮204一起驱动膜状物202。

图3b表明了在框架结构310已经被液压装置312驱动以降低压挤设备124直到压入单元124和传输机构122之间大约4-5mm的间隙被产生之后，固化平台108的配置示意图。从而，膜状物202被配置来将工件朝向热压板123压靠。所以，一旦工件进入固化平台108，工件的固化就立即开始，而当工件正被传送通过固化平台108时固化被持续。

较合适地，压挤设备124的膜状物202是由硅橡胶（rubberized silicon）（即硅橡胶(silicon rubber)）。

由于当光伏叠板正被传送通过固化平台108时配置压挤设备124以将光伏叠板压靠朝向热压板123，热压板123的表面温度的变化可能在光伏叠板被压挤设备124压靠靠近热压板123的同时，由光伏叠板移动穿越固化平台108而得以补偿。有益地，固化平台108放松了必须将热压板123的表面温度均匀性保持在小变化范围以内的限定。

值得注意的是，传输齿轮302a、302b和同步皮带302a、302b、304、308a、308b的设置可以有益地确保：在将光伏叠板压靠朝向加热装置123的同时，压挤设备124被配置来和传送设备同步移动。

压挤设备和传送设备的同步移动可以防止光伏叠板的各层的任何相对位移，并有益地保证层压后的光伏叠板的最终质量。

另外，层压机100以时间线性关系（time-linear fashion）输出各个层压后的工件，例如，在生产过程中大约每4分钟一个层压后的工件会从层压机100处卸载。通过对比，传统的层压系统以批量的方式生产层压后的工件，例如，每15分钟4个层压后的工件从传统的层压系统中被卸载。本发明人发现：和由传统的层压系统以批量的方式卸载层压后的工件的管理相比，从本层压机100单个地卸载层压后的工件的管理更为容易。

图4a和图4b所示分别为固化平台108在提升后和下降后位置处的框架结构310的示意图。

在图4a和图4b中，可以看出，框架结构310包括：顶部限位螺杆400和底部限位螺杆402，其防止压挤设备124被提升至某个高度之上和被降低至某个高度以下。所以，这些顶部限位螺杆400和底部限位螺杆402确保由液压装置312所驱动的压挤设备124在一个规定的移动范围之内。较合适地，顶部限位螺杆400和底部限位螺杆402保持压挤设备124和传输机构122之间的齿轮和同步皮带相对精确的布置。否则，任何对齿轮和同步皮带相对精确的布置的干扰，如由框架结构310上冲超过其提升位置之上或框架结构310下冲超过其下降位置以下所引起的干扰，可能导致压挤设备124和传输机构122移动的不同步。

图5所示为固化平台108中的压挤设备124的立体示意图，其包含有两个驱动机构500。特别地，这两个驱动机构500可用于沿着压挤设备124的一侧提升。所以，这些驱动机构500有益地帮助压挤设备124的膜状物202由于重复使用而磨损的替代。

而且，图6所示为压挤设备124的用于张紧膜状物202的膜状物张紧设备600的示意图。膜状物张紧设备600包含有：和压轮204之一相连的固定螺杆602，调节螺杆604，设置在固定螺杆602和调节螺杆604之间的板体606。通过固紧调节螺杆604，调节螺杆604使得板体606在膜状物202上产生张力。较合适地，膜状物张紧设备600能用于扩延膜状物202至其原始长度的大约4%。

所以，通过膜状物张紧设备600的使用，压挤设备124的膜状物202能够形成张紧状态。从而，在光伏叠板被传送通过固化平台108的同时，当膜状物202将光伏叠板压靠朝向热压板123时膜状物202是完全平整的。膜状物张紧设备600有益地确保均匀的压力被施加在光伏叠板上，以使得固化处理的质量最大化。

另外，图7a表明了相对于压轮204、204a设置的同步皮带702和压挤设备124的大量同步皮带张紧设备700。具体地，每个同步皮带张紧设备700设置在压轮204、204a之间以抵靠于相邻的压轮204、204a张紧同步皮带702。所以，当压轮204a被AC伺服马达201驱动时，其相应地驱动其他的压轮204，从而以无限循环地旋转压挤设备124的膜状物202。

图7b所示为同步皮带张紧设备700之一的详细示意图，其包含有圆形旋钮（round knob）704，该圆形旋钮和同步皮带702藕接以抵靠于压轮204、204a张紧同步皮带702。

值得注意的是，在不离开本发明宗旨的情形下，本发明其他实施例是有可能的。例如，层压机100还进一步包括水平调节设备，用于调节或精细调整安装有压挤设备124的框架结构310的水平面（即高度）。这样的水平调节设备可以，例如，包括被配置来相对于传输机构122调整框架结构310（从而，压挤设备124）的位置的调节螺丝。另外，传输机构122、压挤设备单元124和/或框架结构310中的每一个可以从层压机100处移离，以进行维修和清洁。

而且，层压机100可以被提供有一检查装置，用于检测光伏叠板中孔隙的出现。该检查装置可包含有警报器，根据检测光伏叠板中孔隙的出现激活该警报器以警示操作员。该检查装置可设置在固化平台108（如在传输机构122的入口处）或在冷却平台110上。这种检查装置可有益地提供一种反馈系统以调整层压机100的操作规范，藉此优化层压机100的性能。

Claims (20)

1.一种用于层压光伏叠板的装置，该光伏叠板包括多层，该多层中的一层包括多个互联的太阳电池，该装置包含有：

传送设备，其用于传送该光伏叠板；

加热设备，其用于加热该光伏叠板；以及

压挤设备，其用于压挤该光伏叠板；

其中，当光伏叠板被传送设备传送通过该装置时，该压挤设备被配置来朝向加热设备压挤该光伏叠板。

2.如权利要求1所述的装置，其中，当朝向加热设备压挤该光伏叠板的同时，压挤设备被配置来和传送设备同步移动。

3.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：互联设备，其被配置来将传送设备和压挤设备相连。

4.如权利要求3所述的装置，其中，传送设备被用于通过马达驱动，藉此通过互联设备驱动压挤设备。

5.如权利要求3所述的装置，其中，该互联设备包括齿轮和皮带。

6.如权利要求1所述的装置，其中，压挤设备包括传送带，该传送带被配置来朝向加热设备压挤光伏叠板。

7.如权利要求6所述的装置，其中，该传送带包括由硅橡胶制成的膜状物。

8.如权利要求7所述的装置，其中，该传送带还包括：膜状物张紧设备，其被配置来张紧该膜状物。

9.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：真空产生装置，其用于产生真空以从光伏叠板处抽空气体。

10.如权利要求9所述的装置，其中，该真空产生装置与加热装置和压挤装置隔开容置。

11.如权利要求10所述的装置，该装置还包含有：传输机构，其被配置来将光伏叠板从真空产生装置传送至传送设备。

12.如权利要求11所述的装置，该装置还包含有：传感器，其被配置来检测光伏叠板。

13.如权利要求12所述的装置，其中，该传输机构被用于根据该传感器检测光伏叠板的情形将其速度降低至传送设备的速度。

14.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：冷却设备，其用于冷却光伏叠板。

15.如权利要求14所述的装置，其中，该冷却设备和加热设备、压挤设备分离开来。

16.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：检查装置，其用于检测光伏叠板中孔隙的出现。

17.如权利要求16所述的装置，其中，该检查装置还包含有警报器，该警报器根据光伏叠板中孔隙的出现而被操作激活。

18.一种用于层压光伏叠板的方法，该光伏叠板包括多层，该多层中的一层包括多个互联的太阳电池，该方法包含有以下步骤：

使用传送设备传送该光伏叠板至层压机，该层压机包含有加热设备；

在光伏叠板已经被传送至层压机后，使用加热设备加热该光伏叠板；以及

在光伏叠板被传送通过层压机的同时，使用压挤设备朝向加热设备压挤该光伏叠板。

19.如权利要求18所述的方法，该方法还包含有以下步骤：

检测光伏叠板中孔隙的出现。

20.如权利要求19所述的方法，其中，该检测孔隙的出现的步骤包括：根据光伏叠板中孔隙的检测情况激活警报器。

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