DE102007038240A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Solarmoduls - Google Patents

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Abstract

Zur Herstellung eines Solarmoduls mit in einem Plastisol verkapselte Solarzellen werden die Solarzellen auf einem Gießtisch positioniert und fixiert und durch Vorhanggießen oder Rakeln mit dem Plastisol beschichtet. Nach dem bogenförmigen und damit blasenfreien Auflegen und gleichzeitigem Verkleben einer äußeren Schutzabdeckung geliert die äußere Kunststoffschicht unter Wärmeeinwirkung. Beim Einsatz von an der Rückseite unverlöteten Backkontaktzellen werden Leiterzüge aus leitfähigem Plastisol aufgebracht und unter Wärmeeinwirkung geliert. Anschließend wird die Rückseite der Solarzellen mit Plastisol beschichtet, eine innere Schutzbedeckung aufgelegt und danach die Gelierung des Plastisols durchgeführt. Das Verfahren und die dazu entwickelte Anlage ermöglichen eine automatische Fertigung von Solarmodulen in hoher Qualität und mit kurzen Taktzeiten unter Verwendung von Plastisol zur Verkapselung der Solarzellen.

Description

  • Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit zwischen einer äußeren und einer inneren Schutzabdeckung verklebten und verkapselten, elektrisch verbundenen Solarzellen sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
  • Solarmodule oder Photovoltaikmodule zur Stromerzeugung umfassen als wesentlichen Bestandteil mehrere, elektrisch miteinander verschaltete Solarzellen, die das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Die Solarzellen sind zum Schutz vor mechanischen und klimatischen Einflüssen zwischen einer dem Licht zugewandten transparenten, strahlungs- und witterungsbeständigen ersten – äußeren – Abdeckung und einer an der Rückseite vorgesehenen zweiten – inneren – Abdeckung in eine mit den beiderseitigen Abdeckungen verklebte Kunststoffschicht eingebettet. Hinsichtlich der Kontaktführung sind die Solarzellen entweder als Busbarzellen mit Front- und Rückseitenkontakten oder als Backkontaktzellen ausgebildet. Das Solarmodul kann zur Versteifung und zur Erleichterung der Handhabung und Montage in einem abgedichteten Rahmen gehalten sein und verfügt zudem über eine elektrische Anschlussdose zur Verbindung mit einem Verbraucher oder weiteren Solarmodulen. Die dem Licht zugewandte äußere Abdeckung besteht zumeist aus einem hochtransparenten Weißglas mit hoher Festigkeit und geringer Lichtreflexion, während für die rückseitige – innere -Abdeckung eine Kunststofffolie oder auch eine Glasplatte vorgesehen sein kann.
  • Die Herstellung eines Solarmoduls erfolgt üblicherweise derart, dass auf die Rückseite der dem Licht zugewandten Glasscheibe zunächst eine beispielsweise aus Ethylen- Vinyl-Acetat bestehende Folie (EVA-Folie) aufgelegt wird und auf dieser die Solarzellen positioniert und mittels Lötbändchen zu einzelnen Strängen verbunden werden und anschließend deren Querverbindungen verlötet werden. Nach dem Auflegen einer weiteren EVA-Folie sowie der zweiten Abdeckung wird die schmelzbare Folie bei Unterdruck und erhöhter Temperatur aufgeschmolzen, um die Solarzellen in dem Kunststoff zu verkapseln und gleichzeitig eine Klebeverbindung mit der äußeren und der inneren Abdeckung herzustellen. Die Verkapselung der Solarzellen und die Verklebung mit den Deckschichten mittels einer Schmelzfolie wird beispielsweise in der DE 198 46 160 A1 oder der DE 42 27 860 A1 , die auch das Verkapseln und Verkleben mit Hilfe eines Gießharzes erwähnt, beschrieben.
  • Die EP 0 406 814 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines photovoltaischen Moduls, bei dem auf der oberen Abdeckung zunächst die elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen angebracht werden und eine auf diese anschließend aufgebrachte Mischung aus einem fluorierten Zwei-Komponenten-Polyurethan und 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zunächst bei erhöhter Temperatur getrocknet und danach bei noch höherer Temperatur ausgehärtet wird, um die Solarzellen zu verkapseln. Gemäß der US 45 49 kann die Verkapselung des Solarmoduls auch derart erfolgen, dass auf die Solarzellen Acryl-Polymere gegossen und anschließend ausgehärtet werden.
  • Die Herstellung der Solarmodule nach den bekannten Verfahren ist jedoch mit einem hohen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen unter Verwendung eines fließfähigen Verkapselungsmittels und eine entsprechende Anlage zur Durchführung des Verfahren so auszubilden, dass Solarmodule in hoher Qualität mit vermindertem Arbeitsaufwand gefertigt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 7 ausgebildeten Anlage zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die ohne Schutzabdeckung in der vorgesehenen Anordnung auf einem Gießtisch positionierten und fixierten Solarzellen auf der Vorderseite (Außenfläche) durch Vorhanggießen oder Rakeln mit einer äußeren: Kunststoffschicht beschichtet werden und erst danach die äußere, im Wesentlichen starre Schutzabdeckung bogenförmig auf der äußeren Kunststoffschicht abgelegt und somit ohne Blasenbildung verklebt wird. Nachdem auf der Rückseite der Solarzellen in gleicher Weise eine mit einer inneren Schutzabdeckung verklebte innere Kunststoffschicht aufgebracht wurde, steht nach dem Anbringen eines elektrischen Anschlusses ein Solarmodul zur Verfügung, dass mit diesem Verfahren automatisch und unter Verwendung eines nach dem Vergießen oder Rakeln bei erhöhter Temperatur gelierenden Plastisols als Verkapselungsmittel in hoher Qualität gefertigt werden kann.
  • Als Solarzellen werden vorkontaktierte Busbarzellen oder Backkontaktzellen eingesetzt. Bei nicht verlöteten Backkontaktzellen können die erforderlichen Leiterzüge vor dem Auftragen der inneren Kunststoffschicht in Form eines leitfähigen Plastisols beispielsweise durch Aufdrucken oder -rakeln aufgebracht werden.
  • Als bei der Herstellung gießfähiges Verkapselungsmittel für die Solarzellen wird erfindungsgemäß ein Plastisol, insbesondere Polyolefin-Plastisol, eingesetzt.
  • Die mit der inneren Kunststoffschicht verklebte innere Schutzabdeckung kann aus einer Folie oder auch aus Glas bestehen.
  • Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Anlage umfasst eine erste Gießvorrichtung, die einen hohlen Gießbalken mit einem sich über die Breite des Solarmoduls erstreckenden Gießschlitz und einen verfahrbaren, mit Saugöffnungen versehenen Gießtisch aufweist. Eine Handhabungsvorrichtung mit mehreren Reihen Saughalter, dient zum Erfassen und Positionieren der Solarzellen auf den Saugöffnungen entsprechend ihrer vorgegebenen Lage im Solarmodul. Eine weitere Handhabungsvorrichtung, bei der die mehreren Reihen Saughalter jeweils als geschlossene Reihe höhenverstellbar sind, wird zum Erfassen und bogenförmigen Auflegen der äußeren Schutzabdeckung auf die äußere Kunststoffschicht eingesetzt. An eine erste Heizeinrichtung zum Härten der äußeren Kunststoffschicht und eine Wendevorrichtung zum Wenden des äußeren Teils des Solarmoduls schließen sich eine zweite Gießvorrichtung zum Aufbringen der inneren Kunststoffbeschichtung, eine Vorrichtung zum Aufbringen der inneren Schutzabdeckung und eine weitere Heizeinrichtung zum Härten der inneren Kunststoffschicht an.
  • Sofern als Solarzellen nicht vorgelötete Backkontaktzellen verwendet werden, sind der zweiten Gießvorrichtung eine Druck- oder Rakelvorrichtung zum Aufbringen von aus leitfähigem Kunststoff bestehenden Leiterzügen und eine Heizvorrichtung zum Aushärten bzw. Gelieren der so aufgebrachten Leiterzüge vorgeschaltet.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zum Aufbringen des fließfähigen Kunststoffs eine anstelle der Gießvorrichtung eine Rakelvorrichtung eingesetzt.
  • In der Anlage, die ohne Laminator auskommt, können unterschiedliche Solarzellengrößen verarbeitet und Solarmodule in verschiedenen Größen, und zwar in hoher Qualität und mit kurzen Taktzeiten, hergestellt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht einer Anlage zur automatischen Fertigung von Solarmodulen unter Verwendung eines Plastisols zur Verkapselung der Solarzellen; und
  • 2 eine Frontansicht der Anlage nach 1.
  • Im vorderen Teil umfasst die Anlage eine erste Gießvorrichtung 1 mit einem an einem Portal 2 gehaltenen – als Hohlkörper ausgebildeten – Gießbalken 3 mit einem Gießschlitz 4 zum breitflächigen Ausbringen eines als Verkapselungsmittel für die Solarzellen des Solarmoduls dienenden, in fließfähiger Form vorliegenden Polyolefin-Plastisols. Der Gießbalken 3 befindet sich über einem verfahrbaren Gießtisch 5, der eine Vielzahl in einem bestimmten Raster angeordneter, an ein Sauggebläse angeschlossener Saugöffnungen (nicht dargestellt) aufweist. Oberhalb des Gießtisches 5 ist quer zu dessen Bewegungsrichtung eine längs einer Schiene 6 verfahrbare sowie heb- und senkbare Handhabungsvorrichtung 7 angeordnet, die mit einer Vielzahl von Saughaltern 8 ausgerüstet ist. Die Saughalter 8 sind, wie weiter unten erläutert, elektrisch oder hydraulisch in der Höhe einstellbar ausgebildet. Die Anordnung der Saughalter 8 ist an das Raster der Saugöffnungen des Gießtisches 5 bzw. die Anordnung und Größe der Solarzellen angepasst, und zwar in der vorliegenden Ausführungsform so, dass jeweils zwei Saughalter 8 eine – in einem Magazin (nicht dargestellt) bevorratete – Solarzelle erfassen. Gemäß der vorliegenden – beispielhaften – Ausführungsform werden mit der Handhabungsvorrichtung 7 insgesamt 16 Solarzellen in der ihrer vorgegebenen Position im Solarmodul entsprechenden Lage erfasst, bis über den Gießtisch 5 transportiert und auf dem Gießtisch 5 abgelegt. Die Solarzellen sind nun lagerichtig auf dem Gießtisch 5 positioniert und durch den an den Saugöffnungen erzeugten Unterdruck sicher fixiert.
  • Der Gießtisch 5 mit den Solarzellen wird nun unterhalb des Gießbalkens 3 verfahren. Das in dem Gießbalken 3 befindliche Polyolefin-Plastisol tritt als dünnschichtiger Vorhang aus dem Gießschlitz 4 aus und wird auf die Vorderseite der Solarzellen aufgetragen.
  • In der Zwischenzeit hat die Handhabungsvorrichtung 7 mit ihren Saughaltern 8 aus einem Magazin (nicht dargestellt) eine Glasplatte, die als erste – obere – Schutzabdeckung 9 für das herzustellende Solarmodul dient, entnommen und lagerichtig oberhalb der mit Polyolefin-Plastisol beschichteten Solarzellen auf dem Gießtisch 5 positioniert. Die aus transparentem Glas bestehende, im Wesentlichen steife Schutzabdeckung 9 wird nun auf der zuvor gegossenen Polyolefin-Plastisol-Schicht bogenförmig abgelegt, das heißt so, dass die Schutzabbdeckung 9 beim Auflegen auf die Polyolefin-Plastisol-Schicht mit Hilfe der jeweils als ganze Reihe höhenverstellbaren Saughalter 8 und mit den in unterschiedlicher Höhe einstellbaren Saughalterreihen leicht gebogen wird und ausgehend von einer Kante bogenförmig auf die Polyolefin-Plastisol-Schicht gedrückt bzw. abgerollt wird. Durch das allmähliche – bogenförmige – Ablegen der Glasplatte wird eine Blasenbil dung zwischen der Polyolefin-Plastisol-Schicht und der Schutzabdeckung verhindert.
  • Der Gießtisch 5 mit dem zuvor hergestellten – aus der äußeren Schutzabdeckung, dem ersten Verkapselungsmittel (Polyolefin-Plastisol) und den Solarzellen bestehenden – äußeren Solarmodulteil 10 wird nun mit einem ersten Förderer 17 in eine als Ofen ausgebildete – erste Heizvorrichtung 11 gefahren, in der das Polyolefin-Plastisol bei Temperaturen zwischen 130 und 180°C dauerhaft zähelastisch aushärtet (geliert) und fest an der äußeren Schutzabdeckung 9 (Glasplatte) und den Solarzellen haftet.
  • In dem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Solarmodulteil 10 in einer Wendevorrichtung 12 gewendet, so dass nun die freie – unbeschichtete – Rückseite der Solarzellen zugänglich ist. Mit einem zweiten Förderer 18 wird das Solarmodulteil 10 zu einer Leiterzug-Auftragsvorrichtung 13 transportiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden noch nicht miteinander verlötete, das heißt elektrisch noch nicht verbundene Backkontakt-Solarzellen eingesetzt, auf die in dem nun folgenden Verfahrensschritt in der Leiterzug-Auftragsvorrichtung, beispielsweise in einem Siebdruck- oder Rakelverfahren, ein Leitmittel zur Ausbildung der Leiterzüge zur elektrischen Verbindung der Backkontakt-Solarzellen aufgetragen wird. Sofern von Anfang an bereits vorkontaktierte Busbar-Solarzellen oder schon miteinander verlötete Backkontakt-Solarzellen eingesetzt wurden, entfällt der zuvor geschilderte Verfahrensschritt zur Herstellung der elektrischen Verbindung.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das auf die Backkontaktzellen aufgetragene Leitmittel aus einem mit leitenden Bestandteilen versehenen und somit leitf higen Polyolefin-Plastisol, das in dem nächsten Verfahrensschritt, hier mit Hilfe einer als zweiten Heizvorrichtung 14, auf eine Temperatur zwischen 130 und 180°C erwärmt und dabei ausgeliert wird.
  • Die Rückseite des Solarmodulteils 10 wird nun unter Verwendung einer zweiten Gießvorrichtung 15 durch Vorhanggießen mit einem Polyolefin-Plastisol beschichtet, um die Solarzellen auch von ihrer Rückseite her zu verkapseln. Diese zweite – rückseitige – Polyolefin-Plastisol-Schicht dient gleichzeitig zur Isolierung der elektrischen Verbindungen an der Rückseite der Solarzellen und als Klebemittel für eine im Anschluss an die Polyolefin-Plastisol-Beschichtung auf diese Schicht mittels einer Foliendoubliereinrichtung 16 aufgebrachte Feuchtigkeitsschutzfolie (innere Schutzabdeckung). Im Falle der Verwendung von Glasplatten als innere Schutzabdeckung wird eine Glasplattendoubliereinrichtung eingesetzt.
  • In dem darauffolgenden Verfahrensschritt erfolgt in einer dritten Heizvorrichtung 19 (Ofen) bei einer zwischen 130 und 180°C liegenden Temperatur die Gelierung/Aushärtung der zweiten, aus Polyolefin-Plastisol bestehenden inneren Kunststoffschicht. Nach dem Anbringen eines elektrischen Anschlusses und gegebenenfalls eines Rahmens liegt jetzt ein Solarmodul vor, das mit den zuvor beschriebenen Anlageteilen und Verfahrensschritten sowie unter Einsatz des Plastisol-Verkapselungsmittels in einem kontinuierlichen Verfahren automatisch und daher mit geringem Kostenaufwand und in hoher Qualität gefertigt werden kann.
    • 1
    erste Gießvorrichtung/Rakelvorrichtung
    2
    Portal
    3
    Gießbalken, hohl
    4
    Gießschlitz
    5
    Gießtisch mit Saugöffnungen
    6
    Schiene
    7
    Handhabungsvorrichtung
    8
    Saughalter, höhenverstellbare Saughalterreihe
    9
    obere, erste Schutzabdeckung, Glasplatte
    10
    Solarmodulteil
    11
    erste Heizvorrichtung/Ofen)
    12
    Wendevorrichtung für Solarmodulteil
    13
    Leiterzug-Auftragsvorrichtung
    14
    zweite Heizvorrichtung
    15
    zweite Gießvorrichtung/Rakelvorrichtung
    16
    Foliendoubliereinrichtung/Glasplattendoubliervorrichtung
    17
    erster Förderer
    18
    zweiter Förderer
    19
    dritte Heizvorrichtung/Ofen)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19846160 A1 [0003]
    • - DE 4227860 A1 [0003]
    • - EP 0406814 B1 [0004]
    • - US 4549 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls, bei dem elektrisch verbundene Solarzellen mittels einer gießfähigen und aushärtbaren Kunststoffschicht zwischen einer steifen äußeren und einer inneren Schutzabdeckung eingekapselt und verklebt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Solarzellen entsprechend ihrer im Solarmodul vorgesehenen Lage auf einem Gießtisch positioniert und mittels Unterdruck fixiert werden und durch Vorhanggießen oder Rakeln mit einem fließfähigen Kunststoff beschichtet werden, auf den die äußere Schutzabdeckung unter Verkleben bogenförmig und blasenfrei aufgelegt wird und die äußere Kunststoffschicht anschließend unter Wärmeeinwirkung gehärtet wird; und – anschließend der fließfähige Kunststoff durch Vorhanggießen oder Rakeln auf die Rückseite der Solarzellen aufgetragen und nach dem Auflegen der inneren Schutzabdeckung die innere Kunststoffschicht unter Wärmeeinwirkung gehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein unter Wärmeeinwirkung zähelastisch gelierendes Polyolefin-Plastisol ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht verlötete Backkontakt-Solarzellen eingesetzt werden, wobei die erforderlichen Leiterzüge vor dem Auftragen der inneren Kunststoffschicht in einem Druck- oder Rakelverfahren aufgebracht werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterzüge aus einem in der fließfähigen Phase aufgebrachten, elektrisch leitfähigen Polyolefin-Plastisol bestehen, das nach dem Auftragen unter Wärmeeinwirkung geliert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorkontaktierte Busbar-Solarzellen oder bereits verlötete Backkontakt-Solarzellen eingesetzt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere steife Schutzabdeckung aus Glas und die innere Schutzabdeckung aus einer Kunststofffolie oder aus Glas besteht.
  7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – eine erste Rakelvorrichtung oder eine erste Gießvorrichtung (1), die einen hohlen Gießbalken (3) mit sich über die Breite des Solarmoduls erstreckendem Gießschlitz (4) zum Aufbringen der äußeren Kunststoffschicht und einen verfahrbaren Gießtisch (5) mit Saugöffnungen zur Fixierung der aufgelegten Solarzellen umfasst; – mindestens eine auf Schienen (6) verfahrbare Handhabungsvorrichtung (7) mit in mehreren Reihen angeordneten Saughaltern (8) zum Aufnehmen und Ablegen der Solarzellen auf dem Gießtisch (5) bzw. mit jeweils als ganze Reihe in unterschiedlicher Höhe einstellbaren Saughaltern 8 zum Aufnehmen und bogenförmigen Ablegen der äußeren Schutzabdeckung (9) auf der äußeren Kunststoffschicht; – eine erste Heizvorrichtung (11) zum Erhärten der äußeren Kunststoffschicht; – eine Wendevorrichtung (12) für die äußere Schutzabdeckung mit den verklebten Solarzellen; – eine Leiterzug-Auftragsvorrichtung (13) zum Auftragen von elektrischen Leiterzügen auf die Rückseiten nicht vorgelöteter Backkontakt-Solarzellen und eine dieser nachgeschaltete zweite Heizvorrichtung (14) zum Gelieren von aus einem leitfähigen Plastisol bestehenden Leiterzügen; – eine zweite Rakelvorrichtung oder Gießvorrichtung (15) zum Aufbringen der inneren Kunststoffschicht auf die Rückseite der Solarzellen; – eine Vorrichtung (16) zum Auflegen der inneren Schutzabdeckung; und – eine dritte Heizvorrichtung (19) zum Erhärten der inneren Kunststoffschicht.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtungen Öfen oder Infrarot-Strahler sind.
  9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterzug-Auftragsvorrichtung (13) als Druck- oder Rakelvorrichtung ausgebildet ist.
  10. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Auflegen der inneren Schutzabdeckung eine Folien- oder Glasplattendoubliereinrichtung (16) ist.
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