CN104769730A - 用于光伏板的自动装配的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
用于具有背面接触式结构的光伏板的自动装配的设备和方法，所述设备包括在具有重复循环托盘的转盘中依次被配置的一系列六个操作台和用于控制所实施工序的正确性的、靠近操作台中的一个或多个的控制装置，控制装置通过将实际状态与预定状态比较，能够实现加工或仅仅将托盘传送到下一操作台。如果六个操作台之间的传送中实施的一个或多个控制产生关于先前实施的操作正确性的消极结果，控制装置能够只将托盘及其所含之物传送到下一操作台，直至其不经历任何倾斜地到达第一操作台。
Description
本发明涉及用于具有背面接触式结构的光伏板的自动装配的设备和方法，所述设备和方法基于实际上包括用于对抗大气介质(atmosphericagent)、设置在板的背面的元件的导电背板的使用。
这种背板取决于不同的生产商可以有不同的构成和模式。
现在，大部分市场上买得到的光伏板在配件(基本组件)概念和装配工序方面具有完全相似的结构。
被称为H型的结构属于所述板的第一(当前)代。
可以如下非常简单地概括H型板的基本组件：
-背板(此后还称之为BS＝用于对抗大气介质、设置在板的背面的元件)；
-光伏电池(由单晶体或多晶体硅制成)，在所述电池的正面(通常有负电极性)和背面(通常有正电极性)安装有触点；
-电线(其串联、成对地将相邻光伏电池的正面焊接到背面)；
-带(其将上述电线串接插入接线盒中的二极管)；
-两层封装材料(通常为EVA)，其用于封装正面的电池和背面的电池、上述电线和带；
-平面玻璃，其用于封装和保护暴露于太阳的板的正面；
-用于封装板周界的边框；
-布置于BS的背面上的、用于从背面汇集触点、与带相连接的接线盒。
H型板装配的标准工序通常很大长度上是人工的，因此需要大量的人力，且可如图4中所示的流程图中的进行概括。
在所述背景领域中存在的主要问题是：
-焊接电池电线的工序：由于故障、接触电阻、电池老化、对于时间和热循环下的耐久性而在结果中引入巨大的可变性；最终导致高的电池至模块效率损失(通常在总换能效率的大约3％到6％的量级)；
-电池之间通过通常形成直线的电线和带的方式串联连接的电路布局的复杂性；
-高的封装材料厚度，其必须适应光伏电池、外加正面电线和背面电线的组合厚度；
-放置光伏电池的非平坦表面由于太阳和金属导线(电线)中产生的电流被加热而对所述电池形成机械压力，所以在装配工序期间和在对板进行操作期间，具有很大的风险和故障可能性；此元件必然对光伏电池的厚度形成限制，不然光伏电池可以更薄，从而对于相同发电功率更便宜。
-装配工序中大量的人工作业，其归因于由标准板结构引起的困难且非常昂贵的工序自动化；随之而来的是高出错率、返工和丢弃，以及对已完成产品的质量、可靠性和成本的必然的影响；
-装配工序中高难度的产品质量控制和检测；这种控制主要依靠操作者的经验以及目视检测；
-装配和返工工序上的高人工成本的发生。
作为具有上述H型结构的当前(第一代)板的补充或提高，称为背面接触式(BC)板的第二代光伏板是技术上可行的。
BC结构板的基本组件可概括如下：
-背面接触式背板(此后也称之为BSBC＝用于对抗大气介质的、安装在板背面的元件，其还提供背面接触式电池的电气连接)，其借助于背板上的适合的电路，例如，电路是通过层合、沉积或其他方法使用的。
-背面接触式光伏电池(由单晶体硅或多晶体硅制成)，其具有安装于电池背面的具有正电极性和负电极性的触点；这些背面接触式电池的典型结构是MWT(Metal Wrap Through，金属穿孔卷绕)电池、EWT(发射极穿孔卷绕)电池或IBC(叉指背面接触式)电池；
-(通过丝网印刷或喷涂或喷墨或其他类型的沉积)所使用的导电材料，例如ECA(导电胶)或焊接涂料或类似物，其用于在所述电池不同电极性的触点上产生BCBS和BC电池背面之间的电气接触；
-封装组件的正面和背面的两层封装材料(通常为EVA)，其中背面层在由导电材料产生的触点处被穿孔；
-封装和保护暴露于太阳的板的正面的平面玻璃；
-封装板的周界的边框；
-布置于BCBS的背面、用于从背面汇集触点、与BCBS相连接的接线盒。
尽管具有BC结构的板与传统H型板相比的不可置疑的优势(经济的、质量的和可靠性相关的)，但是因为以下两个原因，BC板的商业扩散实质上尚未出现：缺乏以竞争性的价格获得BCBS，以及缺乏能够自动地、方便地装配BC板并在生产成本和时间的角度上有利的机器或装置。
专利WO 2011/071373、WO 2012/058053和以下的文章是已知的：
M等人:"A novel module assembly line using back contact solarcells",CONFERENCE RECORD OF THE IEEE PHOTOVOLTAICSPECIALISTS CONFERENCE,圣地亚哥,美国,33TH,2008年五月11日-2008年5月15日,1-6页,XP002521574；
DE JONG P C等人:"SINGLE-STEP LAMINATED FULL-SIZE PVMODULES MADE WITH BACK-CONTACTED MC-SI CELLS ANDCONDUCTIVE ADHESIVES",19期European Photovoltaic Solar EnergyConference INTERNET CITATION,卷II 2004年六月7日,2004年六月11日,2145-2148页,XP002677159,下载自互联网:网址:ftp://ftp.ecn.nl/pub/www/library/report/2004/rx04067.pdf[2012-06-05下载]；
C.TJENGDRAWIRA等人:"World first 17％efficient multicrystallinesilicon module",201035TH IEEE PHOTOVOLTAIC SPECIALISTSCONFERENCE,2010年六月1日,002802-002805页,XP55012533,DOI:10.1109/PVSC.2010.5616769ISBN:978-1-42-445890-5；
JAMES M GEE等人:"Development of commercial-scale photovoltaicmodules using monolithic module assembly",PHOTOVOLTAICSPECIALISTS CONFERENCE(PVSC),2009年第34期IEEE,IEEE,PISCATAWAY,NJ,USA,2009年六月7日-2009年六月12日,2133-2137页,XP031626700,ISBN:978-1-4244-2949-3。
因此本发明的目标是解决所描述的技术问题，消除所引用的背景技术的缺点，从而提供能够提供低成本、高性能、优良质量和耐用的光伏板的设备和方法。
在此目标中，本发明的另一个重要的目的是提供能够以减少的占用表面获得高生产能力、从而进一步降低成本的设备和方法。
本发明的另外一个目的是实现光伏板的自动供应和控制，从而在比当前提供的质量标准更高的质量标准的重复性方面实现根本性提高。
另一个目的是获得能够提供光伏板并与前述特性结合的发明，这些特性在加工过程中经受最佳和连续的质量控制，并且在操作错误的情况下防止其他组件和/或操作的添加，从而减少总体的不合格产品和对时间和材料的浪费、任何不合格材料的价格和任何返工的成本。
通过用于具有背面接触式结构的光伏板的自动装配的设备来实现这个目标和这些目的和将在下文中变得更明显的其他目标和目的，所述设备的特征在于，其包括在具有重复循环的托盘的转盘中依次被配置的一系列操作台(station)，以及用于控制所实施工序的正确性的、靠近所述操作台中的一个或多个的装置，所述控制装置通过将实际状态与预定状态比较来实现加工或仅仅将所述托盘传送到下一操作台，所述设备包括：
-第一操作台，其用于将BCBS以导电面面朝上地装入空托盘；
-第一确认部，其通过第一控制装置对所述BCBS的位置和其上将实施导电材料的沉积的区域的位置进行确认；
-至少一个第二操作台，其用于在所述BCBS中标识的底座或孔中沉积所述导电材料；
-第二确认部，其通过第二控制装置对沉积在所述BCBS中的导电材料的实际定位进行确认；
-至少一个第三装载操作台，用于可重复地将一个或同时将若干个预定向的电池装载到所述先前加工的BCBS上；
-第三确认部，其通过第三控制装置对在所述先前加工的BCBS上的所述电池的位置进行确认；
-第四操作台，其用于装载与所述先前加工的BCBS的顶面和与先前放置的电池接触的一个或多个封装层；
-第四确认部，其通过第四控制装置对所述封装层的存在进行确认；
-第五操作台，其用于将玻璃装载在所述先前加工的BCBS上，以获得符合所述板的结构的结构，所述第五操作台包括适于在不触发其中的聚合作用的情况下通过活化粘合剂和/或所述一个或多个封装层自身而实现所述一个或多个封装层相互贴合的至少一个加热源；
-第六操作台，其用于在不偏移或相对分离包含在其中的各个组件的条件下倾斜包含所述板的所述托盘，并且用于将所述玻璃放置在朝下位置中，以及用于接着使所述托盘与所述板1分离，并在所述第一操作台倾斜所述空托盘和卸载所述板到层合单元。
有利地，同时要求保护用于具有背面接触式结构的光伏板的自动装配的方法。
根据在附图中以非限制性例子的方式阐述的具体但不排他的实施方案的详细描述，本发明的另外的特征和优势将会变得更明显，其中：
图1是板的最终构成的部分截面示意图；
图2是设备的示意性平面图；
图3是设备中实施的若干操作和确认的流程图；
图4是背景技术的概括。
在随后的实施方案例子中，关于特定例子给出的各个特征实际上可与实施方案中其他例子中存在的其他不同特征互换。
而且，应注意的是，在专利申请过程中发现的任何已知内容被理解为不要求保护且为被放弃的对象。
根据上面引用的附图，参考数字1指定了具有背面接触式结构的光伏板，其包含由PET制成的背面层2、可选择的防潮层3、由PET制成的额外的层4、由EVA制成的底涂涂料层(primer layer)5、导电层6、防腐蚀层7、热熔粘合性的(thermoadhesive)或由EVA制成的层8、如由PET制成的电介质层9、热熔粘合性的或由EVA制成的穿孔的封装元件10。
光伏板1还包括电池11、封装层12和玻璃13。
数字14指定了BCBS，因此指定了用于对抗大气介质的、安装于板1的背面15上的、还提供背面接触式电池之间的电气连接的元件。
数字16指定了用于具有背面接触式结构的光伏板1的自动装配的设备，其包括在具有重复循环的托盘18的转盘17中依次被配置的一系列操作台19、24、26、28、33、35。
还有用于装载BCBS 14的第一操作台19，导电面20朝上地装载在空托盘18里；有利地，为托盘18提供了适于将BCBS 14保持在原位的工具，如气动工具，以及适于产生被挑选出的和正确的定位BCBS 14的工具。
然后通过如线性扫描仪的、布置于临近所述第一操作台19的第一控制装置21的方式实施第一确认部；所述第一控制装置21确认BCBS 14的位置和在之前在BCBS 14上获得的合适的孔和底座23上将实施导电材料22的沉积的区域。
第一控制装置与随后的提到的控制装置一起具有通过比较实际状态和预订状态实现加工或仅仅传送所述托盘18到随后的操作台的功能；
为了将导电材料22沉积在BCBS 14中所标识的底座或孔23中，本设备提供了至少一个第二操作台24的存在。
接着有通过第二控制装置25对沉积于BCBS 14中的导电材料22的实际定位的第二确认部。
为了可重复地将一个或同时将若干个预定向的电池11装载到所述先前加工的BCBS 14上，所述设备提供至少一个第三操作台26的存在。
还有通过第三控制装置27对在所述先前加工的BCBS 14上的所述电池11的位置的第三确认部。
为装载与先前加工的所述BCBS 14的顶面29和与先前放置的电池接触的封装层12，该设备提供了第四操作台28；封装层12可以取自适合的分配器20，例如滚筒式的，其具有如切割机31的切削到应有尺寸的工具。
然后有通过第四控制装置32对所述封装层12的存在的第四确认部。
为装载玻璃13到先前加工的BCBS 14上，该设备提供第五操作台33，以获得对应于板1结构的结构；玻璃13可来自例如适合的清洗设备34。
由于粘合剂和/或封装材料本身的活化在任何情况下都不引起它们的聚合作用，所以在同一个第五操作台中，加热源，比如激光器或注入到托盘的热气或利用电磁感应的探针，使封装材料的各层能够在几个点上相互贴合。
为倾斜托盘18，该设备提供第六操作台35，托盘18含有板1，从而包括BCBS 14，从而电池11、封装层12和玻璃13已被应用在托盘上。
倾斜的发生没有偏移或相对分离其中容纳的个体组件(BCBS 14、电池11、封装层12和玻璃13)，且随后将玻璃13以朝下方式布置；然后板1的顶面36被朝下放置，不再朝上。在第六操作台35中，也实现了托盘18与板1随后的分离，例如通过使用不再使板1与托盘18的底部保持相连的气动技术。换言之，通过逆转托盘里的空气流动促进离开托盘，这替代抽气和制造部分真空，现在可以吹气和促进排气。
第六操作台35实现托盘18的随后的倾斜、在第一操作台19中倒空、以及将板12卸载到层合单元37。
如果在所描述的操作台之间的传送中所实施的一个或多个控制产生关于先前进行的操作的正确性的消极后果，其能够仅仅传送托盘及其所含之物到随后的操作台，直到托盘不经受任何倾斜地到达第一操作台。
实际上已知本发明实现了指定目标和目的，获得了实现在成本、性能、质量和耐用性方面有重大优势的供应光伏板的设备和方法，从而对可再生能源的有利地和方便地获得做出了重要贡献。
对此机器的在基本配置中的等价目标生产能力大约为120MW/年，即，大约450,000板/年。
适当地配置该设备以便提高或减少生产能力是可能的。
设备包括重复循环适当设计的托盘的转盘，以便在工序的若干步骤中精确和重复地保持所装配的板的组件。
所描述的解决方案实际上包括BCBS模块装配的简单、可靠且快速的自动过程；还解决了关于电池的背面上的接触区域相对于封装材料的较低层的孔和相对于导电材料(ECA型或其他型的)和使用于BCBS上的导电路径的具有精确和重复校准的相对定位的问题。
因此，所描述的解决方案使产品和控制状态的生产率、质量和可重复性得以提高，最终实现了相对于通常普遍的人工工序的更大的便利。
所描述的解决方案超越了WO 2102/050853所提供的相关方法，因为权利要求2指定了在BCBS上的导电材料或ECA的沉积之前进行BCBS的位置确认和导电材料沉积其上的BCBS上的区域的位置确认的事实。
因此，相对于WO 2102/050853，权利要求2的显著特征在于，为BCBS使用了支撑托盘，并且存在用以确保在最终层合步骤之前不触发其聚合作用地使封装层相互贴合的加热源，并且还有如下事实：存在用以控制BCBS和将进行导电材料或ECA的沉积的BCBS上的区域二者的沉积的步骤。
这实现只在BCBS上所定义的区域(孔)以更低的加工费、更短的时间和工序更高的可重复性进行传导材料的目标沉积。
WO 2102/050853既没有描述也没有建议进行传导材料的目标沉积的控制步骤或可能性。
所使用的材料和构成本发明的各个组件的尺寸根据具体要求当然可以更适当。
用于执行某些不同功能的若干工具不需要一定只在所示实施方案里共存，而是可以出现在包括那些未示出的实施方案的很多实施方案中。
被表示为有益、方便或类似的特性还可以被忽略或被等同物代替。
本申请要求意大利专利申请第TV2012A000211号中的公开的优先权，该专利申请在此作为参考并入。
在任何权利要求中提到的技术特征之后跟有参考标志处，所包含的那些参考标志的唯一目的是提高权利要求的可理解性，相应地，这些参考标志对于以例子方式由这些参考标志标识的每个元件的诠释没有任何限制作用。
Claims (10)
1.一种用于具有背面接触式结构的光伏板(1)的自动装配的设备(16)，其特征在于，其包括在具有重复循环托盘(18)的转盘(17)中被依次配置的一系列操作台(19、24、26、28、33、35)和用于控制所实施的工序的正确性、靠近所述操作台(19、24、26、28、33、35)中的一个或多个的装置(21、25、27、32)，所述控制装置(21、25、27、32)能够通过将实际状态与预定状态进行比较来实现加工或仅仅将所述托盘(18)传送进随后的操作台，所述设备包括：
-第一操作台(19)，所述第一操作台(19)用于将BCBS(14)以导电面面朝上地装入空托盘(18)；
-第一确认部，所述第一确认部通过第一控制装置(21)对所述BCBS(14)的位置和其上将实施导电材料(22)的沉积的区域的位置进行确认；
-至少一个第二操作台(24)，所述至少一个第二操作台(24)用于将所述导电材料(22)沉积于标识在所述BCBS(14)中的底座或孔(23)中；
-第二确认部，所述第二确认部通过第二控制装置(25)对沉积在所述BCBS(14)中的导电材料(22)的实际定位进行确认；
-至少一个第三装载操作台(26)，所述至少一个第三装载操作台(26)用于可重复地将一个预定向的电池(11)或同时将若干个预定向的电池(11)装载到所述先前加工的BCBS(14)上；
-第三确认部，所述第三确认部通过第三控制装置(27)对所述电池(11)在所述先前加工的BCBS(14)上的位置进行确认；
-第四操作台(28)，所述第四操作台(28)用于装载与所述先前加工的BCBS(14)的顶面(20)接触并与先前放置的电池接触的一个或多个封装层(12)；
-第四确认部，所述第四确认部通过第四控制装置(32)对所述封装层(12)的存在进行确认；
-第五操作台(33)，所述第五操作台(33)用于将玻璃(13)装载到所述先前加工的BCBS(14)上，以获得符合所述板(1)的结构的结构，所述第五操作台包括至少一个加热源，所述至少一个加热源适于在不触发其中的聚合作用的情况下通过活化粘合剂和/或所述一个或多个封装层(12)自身来实现所述一个或多个封装层(12)相互贴合；
-第六操作台(35)，所述第六操作台(35)用于倾斜包含所述板(1)的所述托盘(18)，而不导致包含在其中的各个组件的偏移或相对分离，并且用于将所述玻璃(13)放置在朝下位置中，并且用于接着使所述托盘(18)与所述板(1)分离、以及在所述第一操作台(19)中倾斜所述空托盘(18)和将所述板(1)卸载到层合单元(37)。
2.一种用于具有背面接触式结构的光伏板(1)的自动装配的方法，其特征在于，所述方法提供了以下步骤：
a)将导电背板或BCBS(14)从可选的储物台装载到布置于闭环转盘(17)上的自动定心式托盘(18)中；
b)控制所述托盘(18)中的所述BCBS(14)的位置；
b1)控制其上将实施导电材料(24)或ECA的沉积的所述BCBS的区域；
c)在所述BCBS(14)上应用导电材料(24)或ECA；
d)控制所述导电材料(24)在所述BCBS上的位置；
e)校准和装载背面接触式或MWT或EWT或IBC光伏电池(11)直至装满所述BCBS(14)；
f)控制所述背面接触式光伏电池(11)的位置；
g)装载和控制在所述先前加工的BCBS(14)上的、并且具有所述先前放置的电池的封装材料(12)的至少一层的位置；
h)准备玻璃(13)并将其放置在所述先前加工的BCBS(14)上，以结构上获得所述板(1)；
i)使用通过粘合剂和/或封装元件自身的活化而不触发其聚合作用实现封装层相互贴合的加热源；
j)倾斜包含所述板(1)的所述托盘(18)；
k)使所述玻璃(13)朝下，从所述托盘(18)卸载所述板(1)；
l)倾斜所述空托盘(18)，以装载新的BCBS(14)；
m)将如此获得的所述板(1)在炉中层合。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在第一装载操作台(19)处将所述BCBS(14)以所述导电面(20)朝上地布置在空托盘(18)中，所述BCBS(14)包括布置在所述板(1)的背面(15)上的用于对抗大气介质的元件，其还提供背面接触式电池之间的电气连接，且包括由PET制成的背面层(2)、可选择的防潮层(3)、由PET制成的额外的层(4)、由EVA制成的底涂涂料层(5)、导电层(6)、防腐蚀层(7)、热熔粘合性的或由EVA制成的层(8)、由PET制成的电介质层(9)、由EVA制成的穿孔的封装元件(10)，所述托盘(18)配备有适于将所述BCBS(14)保持在原位的工具和适于确定所述BCBS(14)的选定的和正确的定位的工具。
4.如权利要求1和3所述的设备，其特征在于，所述第一控制装置(21)包括布置在靠近所述第一操作台(19)的区域中的线性扫描仪，所述第一控制装置(21)检查所述BCBS(14)的位置和其上将在之前获得的所述BCBS(14)上的合适的孔和底座(23)上实施导电材料(22)的沉积的区域的位置，所述第一控制装置连同随后的控制装置具有通过将实际状态和预定状态进行比较来实现加工或仅仅传送所述托盘(18)到随后的操作台的功能。
5.如权利要求1和4所述的设备，其特征在于，在所述第四操作台(28)中装载了与所述先前加工的BCBS(14)的顶面(29)和所述先前放置的电池接触的至少一个封装层(12)，所述至少一个封装层(12)从适合的分配器(30)中被挑选出，所述分配器(30)配备有用于切削到一定尺寸的工具，例如切割机(31)。
6.如权利要求1和5所述的设备，其特征在于，在所述第六操作台(35)中实施对所述托盘(18)的倾斜，而没有偏移或相对分离所述板(1)，所述板(1)包括所述BCBS(14)，先前在所述BCBS(14)上已应用了所述电池(11)、所述封装层(12)和所述玻璃(13)。
7.如权利要求1和6所述的设备，其特征在于，在所述第六操作台(35)中实施了倾斜，而没有偏移其中包含的各个组件，随后将所述玻璃(13)放置在朝下位置中，所述板(1)的所述顶面(36)被朝下放置且不再朝上。
8.如权利要求1和7所述的设备，其特征在于，通过使用不再使所述板(1)与所述托盘(18)的底部保持贴合的气动技术，在所述第六操作台(35)中还实现所述托盘(18)与所述板(1)的随后的分离。
9.如权利要求1和8所述的设备，其特征在于，在所述操作台(35)中还实现了现在已空的所述托盘(18)在所述第一操作台(19)中的随后倾斜和将所述板(1)卸载到层合单元(37)。
10.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备，其特征在于，如果在所描述的操作台之间的通道上实施的一个或多个控制关于先前实施的操作的正确性具有消极结果，则所述控制装置(21、25、27、32)能够只将所述托盘与其所含之物传送到随后的操作台，直至没有任何倾斜地到达所述第一操作台。
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