DE102009049781A1

DE102009049781A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Laminieren von Photovoltaikmodulen

Info

Publication number: DE102009049781A1
Application number: DE102009049781A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kirchner; Armin Dr. Müller; Anatoli Pritula; Peter Dr. John; Winfried Reh
Original assignee: IBT INFRABIOTECH GmbH; Ibtinfrabiotech GmbH
Current assignee: IBT INFRABIOTECH GmbH; Ibtinfrabiotech GmbH
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laminieren von Photovoltaikmodulen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Im Wesentlichen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Laminationsenergie über Infrarotstrahlung in das Laminat eingekoppelt und auf diese Weise ein homogenes Strahlungsfeld über dem gesamten Photovoltaiklaminat erzeugt wird, dass Strahler zum Einsatz kommen, deren strahlende Flächen mit speziellen funktionellen Keramiken beschichtet sind, die selektiv transformiertes Infrarot emittieren, und dass für eine weitestgehende Übereinstimmung der Emissionsbanden der verwendeten Strahler mit den Absorptionsbanden der eingesetzten Kunststoffe gesorgt ist. Die apparativen Merkmale einer Vorrichtung zum Laminieren von Photovoltaikmodulen sind den vorgestellten Verfahrensschritten angepasst. Weiterhin werden Merkmale der verfahrens- und vorrichtungsgemäß hergestellten Photovoltaikmodule angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verfahren zum Laminieren von Photovoltaikmodulen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Der Stand der Technik hält verschiedene Techniken, die sich zum Laminieren der Einbettfolie von Photovoltaikmodulen eignen und in der Praxis auch angewandt werden, bereit. Diese basieren auf Kontakt- und/oder Konvektionswärmeübertragung.
Man unterscheidet Kontaktlamination mittels elektrisch beheizter Flächen oder fluiddurchströmter Flächen, weiterhin Umluftlamination über Luftkonvektion und Kombinationen aus den genannten Laminationsarten.
Die die Kontaktlamination nutzenden Verfahrensweisen haben sämtlich den Nachteil, dass die zu laminierenden Photovoltaikmodule ständig in Berührung mit der verwendeten Heizplatte stehen müssen, um eine schnelle Vernetzung der Einbettfolie zu erreichen. Bei der Umluftlamination ist die Prozess- bzw. Vernetzungszeit unakzeptabel lang. Außerdem ist die Homogenität der Vernetzung bei beiden Technologien nicht zu jedem Zeitpunkt gleich. Desweiteren ist keine kontinuierliche Laminierung im Durchlaufverfahren möglich. Die Bearbeitung kann nur schubweise erfolgen.
In der DE 10 2006 015 853 ist ein Einrichtung zur Erwärmung von Kunststoffen u. a. Materialien mit ähnlichen absorbierenden, reflektierenden und transmittierenden Eigenschaften, mit wenigstens zwei Strahlern, wobei die zu erwärmenden Kunststoffe bzw. adäquaten Materialien zwischen diesen angeordnet sind, beschrieben.
Die Strahler sind mit jeweils gleichen Keramiken, die selektive Spektralbereiche bilden, emittieren wie auch absorbieren, ausgestattet. Weiterhin stimmen die Emissionsspektren der Strahler mit den Absorptionsspektren der zu erwärmenden Kunststoffe, unter anderem auch Folien, weitestgehend überein.
Die verwendeten Keramiken sind Oxydkeramiken mit vorherrschend selektiven Spektralbereichen in den Grenzen von 3 bis 50 μm. Die Emittertemperaturen liegen im Bereich von 200 bis 1.200°C.
Weiterhin ist in der DE 10 2006 015 853 angegeben, dass die emittierenden und die absorbierenden Oberflächen nach Form, Größe und Abstand so gestaltet sind, dass sie gemäß der Geometrie der Strahlungswinkel Infrarotstrahlung vom gegenüber liegenden Strahler absorbieren können, ohne den Kunststoff übermäßig thermisch zu belasten.
Aufgabenstellung
Die erfinderische Aufgabenstellung besteht darin, ein Verfahren zum Laminieren von Photovoltaikmodulen zu entwickeln, mit dem die Einkopplung der Laminationsenergie derart lösbar ist, dass ein homogenes Feld der Vernetzung über dem Photovoltaiklaminat erreichbar ist, und zwar mit oder ohne direkten Kontakt zwischen der Heizeinrichtung und dem Laminat. Das oben als Stand der Technik beschriebene Erwärmungsverfahren für Kunststoffe soll dabei als Basisverfahren herangezogen werden.
In der Fertigung, d. h. beim Laminieren von Photovoltaikmodulen, soll eine Verbesserung der Energie- und Zeiteffizienz um 50% im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik angestrebt werden.
Weiterhin ist die Entwicklung einer Vorrichtung zum Laminieren von Photovoltaikmodulen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Aufgabe der Erfindung. Die verfahrens- und vorrichtungsgemäß hergestellten Photovoltaikmodule sollen bei der Nutzung einen höheren energetischen Wirkungsgrad als bisher bekannte Module aufweisen.
Darüber hinaus ist nach neuen Materialien zum Laminieren zu suchen. Dadurch soll ein wirksameres Kühlen um etwa 3 bis 10°K möglich werden.
Gegenstand der Erfindung
Die verfahrensseitige Lösung der Aufgabenstellung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Eine Vorrichtung, die auf dem neu entwickelten Verfahren basiert, wird im Patentanspruch 8 vorgestellt.
Die untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen.
Zunächst wird vorgeschlagen, die zum Laminieren von Photovoltaikmodulen erforderliche Laminationsenergie über Infrarotstrahlung in das Laminat einzukoppeln und auf diese Weise ein homogenes Strahlungsfeld über dem gesamten Photovoltaiklaminat zu erzeugen. Dazu ist das Absorptionsspektrum des Einbettungsmaterials maßgebend für die Auswahl der Emissionsspektren der Strahler, sprich der verwendeten Funktionalkeramiken mit selektiven Spektralbereichen.
Es kommen Strahler zum Einsatz, die selektiv transformiertes Infrarot emmitieren und deren strahlende Flächen mit speziellen funktionellen Keramiken beschichtet sind.
Keramiken, die in der Lage sind selektiv transformiertes Infrarot zu emittieren, sind folgende:

a) Cr₂O₃ in einer Konzentration von 5–60% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
b) ZrO₂ in einer Konzentration von 1–50% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
c) Ho₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
d) Fe₂O₃ in einer Konzentration von 5–40% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
e) LaCrO₃ in einer Konzentration von 5–70% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
f) CeO₂ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
g) Y₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
h) YCrO₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
i) Gd₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder
j) Kombination aus a) 10%; d) 11%; e) 55%; b) 3%-Rest Mullit (Al₂O₃/SiO₂).

Die Aufzählung erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.
Beim Laminieren mit oder ohne Vakuum werden verschiedene Laminiermaterialien unter selektiv transformiertem Infrarot mit Strahlungswärme im Modulverbund erwärmt und miteinander vernetzt. Im Vergleich zum klassischen Laminieren kann der Zeit- und Energieaufwand dabei merklich reduziert werden.
Das ist im Wesentlichen auf die weitestgehende Übereinstimmung der Emissionsbanden der Strahler mit den Absorptionsbanden des jeweils verwendeten Kunststoffs zurückzuführen, die Voraussetzung für die elektromagnetische Energieübertragung bei Resonanz ist. Vorteilhaft wird dieser Effekt verstärkt, indem die auf der Schattenseite der Photovoltaikmodule eingesetzten Materialien mit den genannten funktionellen Keramiken in Nano- oder Mikrogröße in einer Konzentration zwischen 0,1% bis 5% dotiert werden.
Diese Dotierung ermöglicht bei der Nutzung des Photovoltaikmoduls einen stärkeren Wärmestrom und eine größere Wärmeleitfähigkeit bis hin zur Rückseitenfolie, die ebenfalls zu dotieren ist.
Zur Wärmeableitung ist die Rückseitenfolie des Moduls mit einer geeigneten funktionellen Keramik zu beschichten und das Modul optimal in Relation zu seiner Umgebung aufzustellen, damit eine maximale Abstrahlung der aufgestauten Wärme realisierbar ist.
Die Wärmeeinkopplung in das Einbettungsmaterial kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen.
Zur mittelbaren Einkopplung wird die Verwendung von Zwischenschichten oder Substraten, beispielsweise Membranen bzw. Glas oder Schutzfolien, empfohlen, wobei die Vorder- und/oder die Rückseite des Photovoltaikmoduls zu Verfügung steht.
Als Einbettungsmaterial eignen sich vernetzende und unvernetzende sowie thermoplastische und duroplastische Materialien, wie auch alle anderen für Photovoltaikmodule üblicherweise verwendbaren Einbettungsmaterialien.
Bevorzugt sind allerdings vernetzendes EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat), TPU (Thermoplastische Polyurethan-Elastomere), PVB (Polyvinylbutyral), PLASTISOLE (feinteilige Dispersionen aus thermoplastischen Polymeren), Silicone u. ä. einzusetzen. Der Laminierprozess ist durch reine Wärmeeinkopplung mittels Infrarotstrahlern durchführbar. Unterstützend können Bauteile einer Laminiereinrichtung eingesetzt werden, die mit funktionellen Keramiken mit selektiven Spektralbereichen beschichtet sind. Zusätzlich können bekannte konventionelle Mittel zur Wärmeeinkopplung bereitgestellt werden.
Grundsätzlich ist keine spezielle Prozessatmosphäre erforderlich. Das Verfahren ist sowohl unter einer natürlichen Atmosphäre als auch unter Vakuum, wie auch unter einer Schutzgasatmosphäre durchführbar.
Der Prozess ist ohne Einhausung des Laminiermaterials (z. B. bei TPU, PLASTISOL u. ä.) funktionsfähig. Die Verwendung eines Ein- oder Mehrkammersystems zur Entfernung von Blasen oder zum Aufbau von Pressdruck bzw. der Erzeugung eines Vakuums ist jedoch z. B. bei EVA, PVB u. ä. zu bevorzugen.
Zum Laminieren von Photovoltaikmodulen wird erfindungsgemäß wie folgt verfahren: In einem ersten Verfahrensschritt wird ein speziell konfigurierter Laminator, auf dessen apparative Merkmale später eingegangen wird, mit dem Photovoltaikmodul beschickt.
Nach der Positionierung auf einer mittels selektivem Infrarotstrahlung beheizbaren Heiz- und Arbeitsplatte beginnt die Erwärmung des Glases und die Vernetzung der unteren EVA-Folie des Photovoltaikmoduls. Die sich anschließende Vorwärmphase dauert etwa 1 bis 2 Minuten. Die Vorwärmtemperatur beträgt ca. 140°C. Zuvor wird die Rückseitenfolie auf das Photovoltaikmodul aufgelegt und ein Vakuumsystem dichtend aufgesetzt.
Nachfolgend wird in den Freiräumen unter und über der Rückseitenfolie jeweils ein Vakuum von < 1 mbar angelegt. Durch die Gleichzeitigkeit der Vakuumerzeugung bleibt die Rückseitenfolie entspannt und das Photovoltaikmodul entlüftet ungestört und ohne Kantendrücke.
Es schließt sich das Fluten des oberen Vakuums an. Danach erfolgt eine aktive thermische Bearbeitung von oben mittels Infrarotstrahlung in selektiven Spektralbereichen bei anhaltendem und gleichzeitigem selektivem Infraroteintrag von untern. Für diesen Verfahrensschritt werden < 8 Minuten benötigt.
Nach Ablauf der erforderlichen Bearbeitungszeit wird auch das Vakuum unter der Rückseitenfolie geflutet. Die überstehende Rückseitenfolie wird abgetrennt und das fertige Photovoltaikmodul aus dem Laminator freigegeben.
Grundsätzlich ist das Laminieren auch ohne Vakuum realisierbar. Bei Verwendung von TPU, PLASTISOL u. ä. Materialien wird kein Vakuum benötigt. Hier erfolgt die thermische Bearbeitung der Photovoltaikmodule mit selektiven transformiertem Infrarot einseitig oder beidseitig. Durch den Verzicht auf das Vakuum kann kontinuierlich nach dem Durchlaufprinzip gefertigt werden.
Die Technologien stellen sich in Verbindung mit den Werkstoffen wie folgt dar:

mit Vernetzung ohne Vernetzung Fertigungsprinzip

mit Vakuum EVA u. ä. PVB u. ä. schubweise

ohne Vakuum TPU u. ä. PLASTISOL u. ä. kontinuierlich
Zur Realisierung des vorbezeichneten Verfahrens wird eine Vorrichtung, nämlich ein Laminator, der mit selektiver Infrarotstrahlung arbeitet, vorgestellt.
Das Laminat ist zwischen aktiven oder passiven mit gleichen Funktionalkeramiken ausgestatteten Emissionsflächen, die selektive Spektralbereiche bilden, angeordnet.
Der erfindungsgemäße mit Vakuum arbeitende Laminator für die Produktion von Photovoltaikmodulen besitzt zwei parallele Arbeitszonen.
Jede Arbeitszone ist mit einer Heiz- und Arbeitplatte versehen, deren überwiegender mittlerer Bereich ständig beheizt ist und eine Temperatur von etwa 140°C aufweist.
Die Heiz- und Arbeitplatte ist aus einem gut wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise Aluminium, gefertigt. Ihr vorzugsweise elektrisch beheizter Bereich ist auf der Oberseite mit einer in selektiven Spektralbereichen stark und gezielt emittierenden funktionellen Keramik beschichtet und geschliffen.
Die Unterseite der Heiz- und Arbeitplatte ist mit einem stark reflektierenden Material, vorzugsweise mit hochreinem Aluminium beschichtet.
Damit wird erreicht, dass der Eintrag von Wärmeenergie in Form von selektiv transformierter Infrarotstrahlung schnell und hocheffektiv in und durch die Glasscheibe des Photovoltaikmoduls hindurch auf die dahinter liegende EVA-Folie oder andere genannte Kunststoffe realisierbar ist. Die verschleißfeste Keramikschicht ermöglicht einen guten Verschleißschutz. Auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit und des großen Wärmeinhalts des Werkstoffes Aluminium ist eine gleichmäßige Strahlungsintensität garantiert.
Neben der Heiz- und Arbeitsplatte ist jede parallele Arbeitszone mit einem Vakuumsystem ausgestattet. Dieses besteht aus einem hohlen Vakuumrahmen, der maßlich geringfügig größer als das Photovoltaikmodul ist, so dass Letzteres in den Rahmen einlegbar ist.
Auf der Innenseite des Vakuumrahmens befinden sich Löcher zum Entweichen bzw. Absaugen der Luft. Auf der Unterseite hat der Rahmen eine Silikondichtung zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der Heiz- und Arbeitplatte.
Die Oberseite des Vakuumrahmens ist mit einer dichtenden Schellspannvorrichtung zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der auf den Rahmen aufzubringenden Rückseitenfolie des Photovoltaikmoduls. Außerdem weist der Vakuumrahmen wenigstens einen Anschluss zur Vakuumpumpe auf.
Jede parallele Arbeitszone ist darüber hinaus mit einem weiteren Vakuumsystem ausgestattet, dass über dem bereits beschriebenen Vakuumsystem angeordnet ist.
Das zweite Vakuumsystem ist eine stabile Haube, vorzugsweise aus Stahl. Sie ist auf der Unterseite mit Silikondichtungen zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der auf dem Vakuumrahmen aufliegenden Rückseitenfolie versehen. Auch dieses Vakuumsystem besitzt wenigstens einen Anschlusse zur Vakuumpumpe.
Beide parallele Arbeitszonen nutzen abwechselnd einen mit selektiv transformierten Infrarot arbeitenden Strahler mit einer Strahlungsfläche, deren Ausdehnung die der Vakuumsysteme übersteigt. Die aktive Strahlungsfläche des Strahlers entspricht allerdings in etwa der Fläche der Vakuumsysteme und ist ständig mit etwa 700°C wirksam.
Die Funktionsweise des beschriebenen erfindungsgemäßen Laminators ist durch mehrere Schritte, die nachfolgend beschrieben werden, gekennzeichnet, nämlich Beschicken, Positionieren, Entlüften und Vorwärmen, Fluten des oberen Vakuumsystems, Einfahren des Strahlers und Beenden des Prozesses.
Beschicken
Das Photovoltaikmodul wird ohne Rückseitenfolie über die Heiz- und Arbeitplatte in eine der beiden parallelen Arbeitszonen eingefahren. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich das untere Vakuumsystem in einer beabstandeten Position zur Heiz- und Arbeitsplatte.
Auch das obere Vakuumsystem hat eine erhöhte Position eingenommen. Der Strahler befindet sich noch in aktiver Arbeit in der benachbarten Arbeitszone.
Von diesem Zeitpunkt an beginnt die Erwärmung des Glases des Photovoltaikmoduls und die Erwärmung und Vernetzung der unteren EVA-Folie.
Positionieren, Entlüften und Vorwärmen
Zunächst wird das untere Vakuumsystem dichtend auf die Heiz- und Arbeitplatte abgesenkt.
Die Rückseitenfolie wird über den Vakuumrahmen des unteren Vakuumsystems aufgelegt. Nachfolgend wird das obere Vakuumsystem ebenfalls dichtend auf das untere Vakuumsystem abgesenkt und die Rückseitenfolie dadurch arretiert.
In beiden Vakuumsystemen wird das Vakuum zur Entlüftung aktiviert, und zwar gleichzeitig auf < 1 mbar.
Fluten des oberen Vakuumsystems und Einfahren des Strahlers
Nach der Entlüftung wird das obere Vakuumsystem geflutet und in die ursprüngliche Position gebracht. Danach wird der Strahler aus der benachbarten Arbeitszone zur aktiven thermischen Bearbeitung des Photovoltaikmoduls von oben seitlich eingefahren.
Der von der Heiz- und Arbeitsplatte ausgehende Strahlungseintrag in das Photovoltaikmodul wird dabei nicht unterbrochen.
Beenden
Der Strahler wird aus der aktiven Arbeitszone aus- und in die benachbarte Arbeitszone eingefahren. Anschließend wird die Rückseitenfolie durch Fluten des Vakuums im unteren Vakuumsystem und Hochfahren des Selben freigegeben.
Das Photovoltaikmodul wird durch Abtrennen der überstehenden Rückseitenfolie beschnitten und anschließend aus dem Laminator ausgefahren.
Bei der späteren Nutzung kann sich ein Photovoltaikmodul durchaus auf 80°C und mehr erwärmen. Im Vergleich zu einer Betriebstemperatur von 25°C verschlechtert sich der Wirkungsgrad dabei um etwa 25%. Durch die Beschichtung der Rückseitenfolie und Dotierung der Kunststoffe mit Funktionskeramik verbessert sich der Wärmestrom auf der Schattenseite. Dadurch gelingt es, den Wirkungsgrad durch intensivere Kühlung um 1 bis 5% zu erhöhen. Die tatsächliche Verbesserung hängt von der Umgebungstemperatur ab.

Die folgenden Angaben gehen von einer Verbesserung um 4,6% aus.

	Leistung in % je °C 0,45 %	Leistung (Watt)	Wirkungsgrad (%)
BASIS	25	200	100
IST ohne Kühlung	80	150,5	24,8
Differenz Δ	45	40,5	79,8
IST mit Kühlung	70	159,5	20,3
Verbesserung	10	9	4,6

Ausführungsbeispiel
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel, betreffend das Laminieren unter Vakuum, wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt 1 das grundlegende Wirkprinzip der Erfindung. In 2 ist ein Laminator mit zwei parallelen Arbeitszonen dargestellt.
Die angebrachten Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:

A: Arbeitszone,
B: Arbeitszone,
H: Heiz- und Arbeitsplatte (aus Aluminium mit integrierten Heizkörpern und Keramikbeschichtung)
M: Photovoltaikmodul,
S: Strahler (mit integrierten Ventilatoren),
V1: Unteres Vakuumsystem (bestehend aus einem hohlen Rahmen mit einem Dichtungssystem gegenüber der Heiz- und Arbeitsplatte H als auch gegenüber der Vakuumfolie, nämlich der am Photovoltaikmodul M verbleibenden Rückseitenfolie, und einer Vakuumpumpe mit Zubehör),
V2: Oberes Vakuumsystem (haubenartig ausgebildet und bestehend aus einem hohlen Rahmen mit druckstabilem Decke und einer Vakuumpumpe mit Zubehör) 1

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird zunächst auf die Ausführungen in der voranstehenden Beschreibung hingewiesen.
Im Ausführungsbeispiel wird deshalb lediglich auf vorteilhafte Dimensionierungen und Ausgestaltungen des Laminators eingegangen.
Laminatorgröße
Es wird auf die Verarbeitung von Photovoltaikmodulen M mit 1 bis 100 Zellen der Größe 40 × 40 bis 160 × 160 mm orientiert. Nach der jeweiligen Modulgröße bzw. bei Mehrfachbelegungen eines Vielfachen davon richtet sich die Dimensionierung der Arbeitsfläche im Bereich von beispielsweise 0,25 bis 6,3 m².
Die Heiz- und Arbeitplatte H ist aus Aluminium oder Kupfer gefertigt und hat eine Dicke von 20 bis 100 mm.
Geometrie und Platzbedarf für den Anlagenkern
Der aktive Teil des erfindungsgemäßen Laminators würde für die Verarbeitung der genannten Modulgrößen eine Fläche von 0,5 bis 10 m² einnehmen.
Zeiten
Die Taktzeit beträgt je nach verwendetem Kunststoff 1 bis 12 Minuten je Modul. Sie wird durch die Bearbeitung mit selektiv transformierten Infrarot von oben mit dem Strahler S bestimmt. Die Verweilzeit in der entsprechenden Arbeitszone A bzw. B ist mit Blick auf die Temperatur der Heiz- und Arbeitsplatte H optimierbar, beispielsweise von 1 Minute und 135°C auf 6 Minuten und 130°C.
Vakuum
Die Differenz der Volumina des Vakuumsystems V1 und des Photovoltaikmoduls M sowie das Volumen von V2 müssen minimal sein, damit das jeweilige Vakuum von < 1 mbar in sehr kurzer Zeit mit niedrigem Pumpen- und Energieaufwand erzielt wird.
Selektiv transformiertes Infrarot-System
Der Strahler S hat je nach Größe der Solarmodule eine Flächenausdehnung von 0,5 bis 10 m². Die aktive Strahlungsfläche muss etwa 10 bis 15% größer sein als die Gesamtfläche der gleichzeitig zu laminierenden Photovoltaikmodule M.
Die Leistungsdichte des selektiven transformierten Infrarot beträgt je nach Kunststoff, Technologie, und Photovoltaikmodulkonstruktion 10 bis 25 kW/m². Zusätzlich werden noch 5 bis 10% dieser Leistung für Kühlventilatoren benötigt.
Der in die Heiz- und Arbeitsplatte H integrierte Strahler hat die gleiche Flächenausdehnung wie der Strahler S.
Vakuumsystem V1 und V2
Das Vakuum in V1 und V2 wird mit handelsüblichen Pumpen erzeugt.
Zuführung
Die Zuführung der Photovoltaikmodule M zum Laminator ist konstruktiv auf fachübliche Weise zu lösen. Orientiert wird auf einen flachen Zuführwagen, der das Photovoltaikmodul M mit geringen Abstand (ca. 5 mm) über der Heiz- und Arbeitplatte H einführt und nachfolgend in der gewünschten Position auf die Heiz- und Arbeitplatte H absenkt. Der Stand der Technik hält dafür geeignete Systeme bereit.
Handling der Rückseitenfolie
Die Rückseitenfolie kann gleichzeitig als Systemfolie für das untere Vakuumsystem V1 verwendet werden. In dem Fall wird sie pneumatisch bzw. hydraulisch im unteren Vakuumsystem V1 fest eingespannt und nach Abschluss der Laminierung des bzw. der Photovoltaikmodule M von unteren Vakuumsystem V1 getrennt. Von den Photovoltaikmodulen M wird die überstehende Rückseitenfolie abgetrennt.
Alternativ kann eine spezielle mehrfach verwendbare Vakuumfolie als Systemfolie für das untere Vakuumsystem V1 verwendet. Die Rückseitenfolien für die Photovoltaikmodule M werden dann fachüblich in konfektionierter Form auf der Rückseite der Photovoltaikmodule M aufgebracht.
Entnahme
Bei der Entnahme werden die Photovoltaikmodule M analog der Zuführungen aus dem Arbeitsraum ausgefahren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006015853 [0005, 0008]

Claims

Verfahren zum Laminieren von Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Laminationsenergie über Infrarotstrahlung in das Laminat eingekoppelt und auf diese Weise ein homogenes Strahlungsfeld über dem gesamten Photovoltaiklaminat erzeugt wird, dass Strahler zum Einsatz kommen, deren strahlende Flächen mit speziellen funktionellen Keramiken beschichtet sind, die selektiv transformiertes Infrarot emmitieren, und dass für eine weitestgehende Übereinstimmung der Emissionsbanden der verwendeten Strahler mit den Absorptionsbanden der eingesetzten Kunststoffe gesorgt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Keramiken, die in der Lage sind, selektiv transformiertes Infrarot zu emmitieren, folgende Zusammensetzungen aufweisen: a) Cr₂O₃ in einer Konzentration von 5–60% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder b) ZrO₂ in einer Konzentration von 1–50% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder C) Ho₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder d) Fe₂O₃ in einer Konzentration von 5–40% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder e) LaCrO₃ in einer Konzentration von 5–70% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder f) CeO₂ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder g) Y₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder h) YCrO₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder i) Gd₂O₃ in einer Konzentration von 0,1–20% in Mullit (Al₂O₃/SiO₂) und/oder j) Kombination aus a) 10%; d) 11%; e) 55%; b) 3%-Rest Mullit (Al₂O₃/SiO₂).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laminiervorgang unter einer natürlichen Atmosphäre, unter Vakuum, wie auch unter einer Schutzgasatmosphäre durchführbar ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Schattenseite der Photovoltaikmodule (M) eingesetzten Materialien mit funktionellen Keramiken in Nano- oder Mikrogröße in einer Konzentration zwischen 0,1% bis 5% dotiert sind.
Verfahren nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinkopplung in das Einbettungsmaterial mittelbar und/oder unmittelbar erfolgt, und dass bei mittelbarer Einkopplung Zwischenschichten oder Substrate, nämlich Membranen, Glas, Schutzfolien und dgl. verwendet werden, wobei die Vorder- und/oder die Rückseite des Photovoltaikmoduls (M) für die Einkopplung zur Verfügung steht.
Verfahren nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbettungsmaterial sowohl sich vernetzende und unvernetzende sowie thermoplastische und duroplastische Materialien eingesetzt werden, nämlich vernetzendes EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat), TPU (Thermoplastische Polyurethan-Elastomere), PVB (Polyvinylbutyral), PLASTISOLE (feinteilige Dispersionen aus thermoplastischen Polymeren), Silicone u. ä..
Verfahren zum Laminieren von Photovoltaikmodulen unter Vakuum nach den vorgenannten Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein speziell konfigurierter Laminator mit dem Photovoltaikmodul (M) beschickt wird, dass das Photovoltaikmodul (M) positioniert und mittels einer selektiven Infrarotstrahlung beheizbaren Heiz- und Arbeitsplatte (H) erwärmt wird, wodurch die Vernetzung der unteren EVA-Folie im Photovoltaikmodul (M) einsetzt, dass sich eine Vorwärmphase von etwa 1 bis 2 Minuten bei einer Vorwärmtemperatur von ca. 140°C anschließt, wobei zuvor die Rückseitenfolie auf das Photovoltaikmodul (M) aufgelegt und dadurch das untere Vakuumsystem (V1) gebildet und ein weiteres oberes Vakuumsystem (V2) dichtend aufgesetzt wurde, dass nachfolgend in den Freiräumen unter und über der Rückseitenfolie jeweils ein Vakuum < 1 mbar angelegt wird, wobei es auf die Gleichzeitigkeit der Vakuumerzeugung mit dem Ziel der Entspannung und ungestörten Entlüftung der Rückseitenfolie ohne Kantendrücke ankommt, dass das obere Vakuum anschließend geflutet wird und nachfolgend eine aktive thermische Bearbeitung von oben mittels Infrarotstrahlung in selektiven Spektralbereichen bei anhaltendem und gleichzeitigem selektivem Infraroteintrag von untern durchgeführt wird, dass nach einer Bearbeitungszeit < 8 Minuten das Vakuum unter der Rückseitenfolie geflutet wird, und dass sich weitere Konfektionierungsschritte anschließen.
Vorrichtung zum Laminieren von Photovoltaikmodulen unter Vakuum, gekennzeichnet durch folgende apparative Merkmale: – Der mit Vakuum arbeitende Laminator für die Produktion von Photovoltaikmodulen (M) besitzt zwei parallele Arbeitszonen (A, B); – Jede Arbeitszone (A, B) ist mit einer Heiz- und Arbeitplatte (H) versehen, deren überwiegender mittlerer Bereich ständig beheizt ist und eine Temperatur von etwa 140°C aufweist; – Die Heiz- und Arbeitplatte (H) ist aus einem gut wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise Aluminium, gefertigt; – Der (vorzugsweise elektrisch) beheizte Bereich der Heiz- und Arbeitplatte (H) ist auf der Oberseite mit einer in selektiven Spektralbereichen stark und gezielt emittierenden funktionellen Keramik beschichtet und geschliffen; – Die Unterseite der Heiz- und Arbeitplatte (H) ist mit einem stark reflektierenden Material, vorzugsweise mit hochreinem Aluminium, beschichtet; – Neben der Heiz- und Arbeitsplatte (H) ist jede parallele Arbeitszone (A, B) mit einem unteren Vakuumsystem (V1) ausgestattet, dass aus einem hohlen Vakuumrahmen besteht, der maßlich geringfügig größer als das Photovoltaikmodul (M) ist, wodurch Letzteres in den Vakuumrahmen einlegbar ist; – Auf der Innenseite des Vakuumrahmens befinden sich Löcher zum Entweichen bzw. Absaugen der Luft; – Auf der Unterseite hat der Rahmen eine Silikondichtung zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der Heiz- und Arbeitplatte (H); – Die Oberseite des Vakuumrahmens ist mit einer dichtenden Schellspannvorrichtung zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der auf den Rahmen aufzubringenden Rückseitenfolie des Photovoltaikmoduls versehen, außerdem weist der Vakuumrahmen wenigstens einen Anschluss für eine Vakuumpumpe auf; – Jede parallele Arbeitszone (A, B) ist mit einem weiteren oberen Vakuumsystem (V2) ausgestattet, das über dem unteren Vakuumsystem (V1) angeordnet ist; – Das obere Vakuumsystem (V2) ist eine vorzugsweise aus Stahl gefertigte stabile Haube, die auf der Unterseite mit Silikondichtungen zur Herstellung der Vakuumdichtheit gegenüber der auf dem Vakuumrahmen aufliegenden Rückseitenfolie ausgestattet ist, wobei auch das obere Vakuumsystem (V2) wenigstens einen Anschlusse für eine Vakuumpumpe besitzt. – Beide parallele Arbeitszonen (A, B) nutzen abwechselnd einen mit selektiv transformierten Infrarot arbeitenden Strahler (S) dessen Strahlungsfläche, die Ausdehnung der Vakuumsysteme (V1, V2) übersteigt, wobei die aktive Strahlungsfläche des Strahlers (S) in etwa der Fläche der Vakuumsysteme (V1, V2) entspricht; – Der Strahler (S) ist ständig mit etwa 700°C wirksam.
Vorrichtung zum Laminieren von Photovoltaikmodulen unter Vakuum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenfolie sowohl als dauerhaft schützende Abdeckung der Rückseite des Photovoltaikmoduls (M) dient als auch als Systemfolie für die Vakuumsysteme (V1, V2) fungiert.