DE102009057203A1 - Einrichtung zum Aussetzen eines Fotovoltaik-Dünnschichtmoduls mittels Licht - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, mittels der ein Fotovoltaik-Dünnschichtmodul Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Derartige Einrichtungen sind am Ende einer Fertigungsanlage für Fotovoltaik-Dünnschichtmodule vorgesehen, um das Dünnschichtmodul vor seiner abschließenden Leistungsmessung mit Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht zu beaufschlagen bzw. diesem auszusetzen, was als Light-Soaking bezeichnet wird, so dass das Dünnschichtmodul für die anschließende Leistungsmessung mittels Blitzlicht-Beaufschlagung (sog. Flashing) angeregt.
- Da derartige Dünnschichtmodule vor ihrer Leistungsmessung auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur gebracht werden müssen, ist es notwendig, die bekannte Einrichtung mit einem Kühlluftverteilungssystem auszustatten, mit dem in schneller und einfacher Weise die Dünnschichtmodule unabhängig von der Dauer und Intenstität ihrer Beleuchtung auf die vorgegebene Temperatur gebracht werden kann.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, dass in schneller und zuverlässiger Weise durch Mischen von zwei unterschiedlich geführten und gekühlten Luftströmen im Bereich des beleuchteten Dünnschichtmoduls eine vorgegebene konstante Temperatur erreicht und aufrechterhalten wird.
- Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Merkmale nach Anspruch 2 vorgesehen sind, um den sich auf einer vorgegebenen Temperatur befindenden, rückgeführten vermischten Luftstrom vor seiner erneuten beabsichtigten Kühlungswirkung möglichst weit herunter zu kühlen.
- Mit den Merkmalen nach Anspruch 3 ist nicht nur eine gleichmäßige Ausleuchtung des Dünnschichtmoduls mit Hilfe der Beleuchtungsvorrichtung, sondern auch eine räumlich Abgrenzung der beiden benachbarten Räume erreicht.
- Eine einfache und konstante Luftstromführung in jedem einzelnen Raum ist durch die Merkmale nach Anspruch 4 gegeben. Eine vorteilhafte Steuerung des Luftstromes innerhalb der Beleuchtungsvorrichtung ergibt sich durch die Merkmale nach Anspruch 5.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen zur Einrichtung, Wartung und Anpassung der Beleuchtungsvorrichtung an unterschiedliche Dünnschichtmodule ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 6 bis 9.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Kühlen einer derartigen Einrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 10. Dabei sind in vorteilhafter Weise die Merkmale nach Anspruch 11 vorgesehen.
- Des weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 12 auf eine Anlage zum Fertigstellen von Fotovoltaik-Dünnschichtmodulen mit einer Einrichtung, mittels der ein derartiges Dünnschichtmodul Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, der vorgenannten erfindungsgemäßen Art.
- Bei einer solchen Anlage sind in vorteilhafter Weise die Merkmale nach Anspruch 13 vorgesehen, um so die Durchlaufkapazität pro Zeiteinheit unabhängig von der vorgegebenen Beleuchtungszeit zu erhöhen.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
-
1 einen Querschnitt längs der Linie I-I der2 durch eine Einrichtung, mittels der ein Fotovoltaik-Dünnschichtmodul Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, jedoch in geschlossenem Betriebszustand und -
2 die Einrichtung nach1 in schematischer perspektivischer Darstellung in einem geöffneten Wartungszustand. - Die in der Zeichnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dargestellte Einrichtung
10 dient zum sogenannten Light-Soaking von Fotovoltaik-Dünnschichtmodulen20 , das heißt das jeweilige Fotovoltaik-Dünnschichtmodul20 wird für eine bestimmte Zeit Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt, um möglichst schnell danach die Leistung des Dünnschichtmoduls20 mittels einer daran anschließenden Blitzlicht-Messeinrichtung zu messen. Als Fotovoltaik-Dünnschichtmodule20 kommen beispielsweise sogenannte CIGS-Solarzellen in Betracht, die auf einem Träger aufgebracht sind, der beispielsweise Glas, ein transparenter dünner Kunststoff oder dergleichen sein kann. Das Fotovoltaik-Dünnschichtmodul20 wird in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der1 bzw. in Richtung des Pfeiles E gemäß2 in die Einrichtung10 eingebracht bzw. eingefahren, eine gewisse Zeitdauer dem betreffenden Licht ausgesetzt und danach aus der Einrichtung10 wieder ausgefahren. In bevorzugter Weise bleibt auch während des Ein- und Ausfahrens des Dünnschichtmoduls20 in bzw. aus der Einrichtung10 das Licht eingeschaltet. - Bei einer Anlage zum Bearbeiten und Fertigstellen derartiger Fotovoltaik-Dünnschichtmodule
20 sind in bevorzugter Weise mehrere Einrichtungen10 in Durchlaufrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet, wobei jedes Dünnschichtmodul20 in jeder der Einrichtungen10 ein- und ausfährt und für eine bestimmte Zeitdauer verharrt, so dass am Ende der mehreren Einrichtungen10 jedes Dünnschichtmodul20 vor Eintritt in das Leistungsmessgerät in ausreichender Weise mit vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht beleuchtet bzw. diesem ausgesetzt worden ist. - Die Einrichtung
10 besitzt ein Gehäuse11 , das auf höhenverstellbaren Füßen12 steht und an seiner den Füßen12 abgewandten Oberseite mit einem Deckel13 versehen ist, der gemäß Doppelpfeil A aus seiner in1 dargestellten abgeklappten Betriebsstellung in eine gemäß2 dargestellte Wartungsstellung hochklappbar und wieder abklappbar ist. Beide Stellungen werden von mindestens einer Gasdruckfeder14 unterstützt. Der Deckel13 ist um eine senkrecht zur Zeichnungsebene der1 verlaufende und an einem gemäß2 hinteren Ende des Gehäuses11 angeordnete Schwenkachse auf- und abklappbar. Der Deckel13 ist gemäß1 in seiner Erstreckung von der Vorderseite16 zur Rückseite17 des Gehäuses11 U-förmig ausgebildet, so dass in geschlossenem Zustand gemäß1 ein Übergreifen des Gehäuses11 erfolgt. In Richtung des Pfeiles E der2 besitzt der Deckel13 eine in dieser Figur nicht sichtbare Zuführausnehmung sowie eine hier sichtbare Auslaufausnehmung18 , die beide von bspw. einer elastischen bürstenartigen Leiste im Wesentlichen lichtundurchlässig in nicht dargestellter Weise abgedeckt sind. - Oberhalb der Oberseite des Gehäuses
11 sind an beiden Längsseiten Transportbänder22 von einem Motor23 angetrieben angeordnet, damit das Dünnschichtmodul20 mit der aktiven Dünnschichtseite nach unten zeigend durchfahren bzw. verharren kann. Beim dargestellten Beispiel besitzt das Dünnschichtmodul20 zwei Glasscheiben in Sandwichaufbau als Träger. Es kann in seiner Ausführung gerahmt oder ungerahmt sein. - Unterhalb der Transportbänder
22 befindet sich eine Beleuchtungsvorrichtung25 , die eine Beleuchtungseinheit26 und zwischen diesen und den Transportbändern22 eine Diffusorscheibe27 zur gleichmäßigen flächigen Verteilung des Lichts auf dem Dünnschichtmodul20 aufweist. Die Beleuchtungseinheit26 besitzt im Querschnitt der1 dreieckartig dachförmige, längs verlaufende Leisten28 , zwischen denen Sockel29 von Leuchten30 angeordnet sind, die beispielsweise beim Ausführungsbeispiel mit Natriumdampflampen31 bestückt sind. Die Art der Lampen31 ist abhängig von der Art des Dünnschichtmoduls. Die dachförmigen Leisten28 sind mit Lüftungsschlitzen32 versehen, deren Querschnitt in nicht im Einzelnen dargestellter Weise einstellbar ist. - Die Beleuchtungseinheit
26 ist gegenüber der fest angeordneten Diffusorscheibe27 der Beleuchtungsvorrichtung25 höhenverstellbar. Außerdem ist die Beleuchtungseinheit26 gemäß2 zu Wartungszwecken an Schienen33 aus dem Gehäuse11 aus- und in dieses einfahrbar gehalten sowie in nicht dargestellter Weise dann, wenn sie vollständig aus dem Gehäuse11 in Richtung des Pfeiles B ausgefahren ist, in Richtung des Pfeiles C hochklappbar, um an an der Unterseite der Beleuchtungseinheit26 vorgesehene elektrische Bauelemente, wie Starter/Vorschaltgeräte u. dgl., zu gelangen. - Die Einrichtung
10 besitzt ferner eine Wärmetauschervorrichtung35 von der eine erste Wärmetauschereinheit36 unterhalb der Beleuchtungseinheit26 in einem Abstand angeordnet ist. Die erste Wärmetauschereinheit36 , die aus mehreren Wärmetauschern bestehenkann, erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche der Beleuchtungseinheit26 . - Die Einrichtung
10 ist ferner mit einem Luftverteilungssystem40 versehen, das dazu dient, die in der Einrichtung10 dem vorzugsweise simulierten Sonnenlicht ausgesetzten Dünnschichtmodule20 während der Beleuchtung auf eine bestimmte Temperatur zu bringen bzw. auf dieser zu halten und die Beleuchtungseinheit26 zu kühlen. Beispielsweise ist bei einem bestimmten Typ von Dünnschichtmodul20 eine Temperatur von +25°C für eine anschließende Leistungsmessung vorgeschrieben. Um dies zu erreichen, muss somit die von der Beleuchtungseinheit26 herrührende Wärme abgeführt werden. - Das Luftverteilungssystem
40 ist in zwei über weite Bereiche getrennt geführte Hauptluftströme41 und42 aufgeteilt, die in einem Vorraum50 unterhalb der Wärmetauschereinheit36 getrennt werden und sich am Ende in einem zweiten Raum44 , der sich zwischen Deckel13 und der Ebene der Transportbändern22 befindet und in welchem das Dünnschichtmodul20 zu liegen kommt, durch Zusammenführen vermischen. Gemäß1 gelangen die beiden miteinander vermischten Luftströme41 und42 aus dem zweiten Raum44 in einen abgeschlossenen hinteren Raum49 , der an der Rückseite17 des Gehäuses11 vorgesehen ist und über einen mittleren Bereich der Längserstreckung des Gehäuses11 verläuft, und weiter durch eine vierte Vorkühlwärmetauschereinheit39 , der einer Lüfterbatterie59 zugeordnet ist. Aus diesem hinteren Raum49 führt der vorgekühlte Mischluftstrom41 ,42 den Vorraum50 unterhalb der ersten Wärmetauschereinheit36 , in welchem der vorgekühlte Mischluftstrom in die beiden Hauptluftströme41 und42 aufgeteilt wird. - Ein Teilstrom
41/1 des einen Hauptluftstroms41 führt durch eine zweite Wärmetauschereinheit37 mittels einer Lüfterbatterie57 in einen Frontraum47 , der dem hinteren Raum49 abgewandt im Bereich der Vorderseite16 des Gehäuses11 angeordnet ist. Ein anderer Teilstrom41/2 des ersten Hauptluftstroms41 führt durch einen dritten Wärmetauscher38 mittels einer Lüfterbatterie58 in einen Rückraum48 , der zwischen dem hinteren Raum49 und der Beleuchtungseinheit26 angeordnet ist. Die beiden Teilströme41/1 und41/2 des ersten Hauptluftstroms41 vereinigen sich in einem dritten Raum45 , der zwischen der Diffusorscheibe27 und der Ebene der Transportbänder22 angeordnet ist. Von dort aus führen die beiden Teilströme41/1 und41/2 des ersten Hauptluftstromes41 durch Schlitze zwischen den Enden des aufliegenden Dünnschichtmoduls20 und den Gehäuse- bzw. Deckelendwänden vorbei in den zweiten Raum44 oberhalb des auf den Transportbändern22 liegenden Dünnschichtmoduls20 . Die beiden im dritten Raum45 zusammengeführten Teilluftströme41/1 und41/2 besitzen eine erheblich geringere Temperatur als das Modul20 und kühlen dieses von unten bzw. von dessen aktiver Seite. - Aus dem Vorraum
50 wird der zweite Hauptluftstrom42 anhand von Leitblechen52 durch die Wärmetauschereinheit36 zur Unterseite der Beleuchtungseinheit26 geführt, so dass der zweite Luftstrom42 die Beleuchtungseinheit26 umspült und durch die Lüftungsschlitze32 der dachförmigen Leisten28 geführt und in den ersten Raum46 zwischen der Oberseite der Beleuchtungseinheit26 und der Diffusorscheibe27 gelangt. Der zweite Hauptluftstrom42 der der Kühlung der Beleuchtungseinheit26 dient, gelangt dann längs der Unterseite der Diffusorscheibe27 zu deren Enden, die mit den Gehäuseendwänden einen Durchtrittsschlitz bilden, derart, dass auch dieser zweite Hauptluftstrom42 in den zweiten Raum44 oberhalb der Transportbänder22 des aufliegenden Dünnschichtmoduls20 gelangt. Somit vermischen sich in diesem zweiten Raum44 die beiden Hauptluftströme41 und42 miteinander und besitzen eine Temperatur, die der Modultemperatur entspricht. - Die erwähnten Räume
44 bis50 sind bis auf die Verbindungen zum folgenden Raum (in Strömungsrichtung) jeweils im Wesentlichen in sich geschlossen. Es sei jedoch erwähnt, dass dann, wenn ein Modul20 ganz oder teilweise ausgefahren ist, eine entsprechende direkte Verbindung zwischen den Räumen45 und44 ent- bzw. besteht. - Beim Ausführungsbeispiel besitzen die beiden zu einem einzigen Luftstrom vermischten Luftströme
41 und42 im zweiten Raum44 beispielsweise eine Temperatur von +25°C, die der betreffende Dünnschichtmodul20 aufweisen soll. Im vierten Wärmetauscher39 wird dieser Mischluftstrom auf beispielsweise 17°C abgekühlt, so dass die beiden sich dann trennenden Hauptluftströme41 und42 diese Temperatur aufweisen. Während der erste Hauptluftstrom41 in den beiden Wärmetauschern37 und38 nochmals auf beispielsweise etwa 12°C abgekühlt wird, kann der zweite Hauptluftstrom42 mit der beispielsweisen Temperatur von 17°C aufgrund der ersten Wärmetauschereinheit36 nach nochmaliger Abkühlung auf 15°C in den Raum46 der Beleuchtungseinheit26 einströmen. Der sich hier auf eine relativ hohe Temperatur aufwärmende zweite Hauptluftstrom42 wird danach mit dem kühleren ersten Hauptluftstrom41 in dem genannten zweiten Raum44 vermischt. - Die Wärmetauschervorrichtung
35 besitzt beispielsweise wassergekühlte Wärmetauscher, wie sie zuvor beschrieben sind. Die Wärmetauschereinheiten36 bis39 , einzeln oder in Form von Batterien oder Gruppen, sind Teil eines einheitlichen Rohrleitungssystems, das von und zu einem Rückkühlaggregat führt und das insgesamt geregelt werden kann. - An der Vorderseite des Gehäuses
11 ist ferner eine Klappe55 vorgesehen, die gemäß2 Zugang zu den Lüftern bzw. Lüfterbatterien57 bis59 und Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherbatterien36 bis39 ermöglicht. - Es versteht sich, dass die Auslegung der einzelnen Wärmetauschereinheiten und Lüfter so ausgeführt wird, dass sich durch die Aufteilung der Luftströme und die unterschiedliche Luftführung durch die Beleuchtungseinheit
26 und an dieser vorbei die vorgegebene Temperatur für das Dünnschichtmodul20 ergibt.
Claims (13)
- Einrichtung (
10 ), mittels der ein Fotovoltaik-Dünnschichtmodul (20 ) Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, mit einer Beleuchtungsvorrichtung (25 ), mit einer oberhalb und seitlich der Beleuchtungsvorrichtung (25 ) angeordneten Fördervorrichtung (22 ) für das Dünnschichtmodul (20 ); mit einem Luftverteilungssystem (40 ) zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Dünnschichtmoduls (20 ), mit einem Gehäuse (11 ) und einem verschließbaren Gehäusedeckel (13 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverteilungssystem (40 ) mit einer Kühlvorrichtung (35 ) in Wirkverbindung steht und zwei getrennte Luftströme (41 ,42 ) aufweist, von denen der eine (42 ) in einem die Beleuchtungsvorrichtung (25 ) aufnehmenden ersten Gehäuseraum (46 ), der eintrittsseitig mit einem ersten Wärmetauscher (36 ) der Kühlvorrichtung (35 ) versehen ist, geführt ist und von dort in einen der Beleuchtungsvorrichtung (25 ) abgewandten, den Dünnschichtmodul (20 ) aufnehmenden und vom Gehäusedeckel (13 ) begrenzten zweiten Raum (44 ) geleitet ist, und der andere (41 ) längs einer oder beider Seiten des die Beleuchtungsvorrichtung (25 ) aufnehmenden ersten Gehäuseraumes (46 ) über einen zweiten und/oder dritten Wärmetauscher (37 ,38 ) der Kühlvorrichtung (35 ) in einen dritten Raum (45 ) zwischen dem Dünnschichtmodul (20 ) und dem ersten Raum (46 ) geführt ist und von dort zum zweiten Raum (44 ) geleitet ist, und dass die im zweiten Raum (44 ) zusammengeführten beiden Luftströme (41 ,42 ), die in zusammengeführtem, vermischtem Zustand die für das Dünnschichtmodul (20 ) vorgegebene Kühllufttemperatur besitzen, zu ihrer erneuten Trennung vor dem Eintritt in den ersten Raum (46 ) zurückgeführt sind. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Raum (
44 ) zusammengeführten beiden Luftströme (41' ,42 ) über einen vierten Wärmetauscher (39 ) der Kühlvorrichtung (35 ) längs einer Gehäuseseite zurückgeführt sind. - Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Raum (
46 ) und dem dritten Raum (45 ) eine Diffusorplatte (27 ) über der Ebene der Beleuchtungsvorrichtung (25 ) angeordnet ist. - Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverteilungssystem (
40 ) jedem Wärmetauscher (37 –39 ) zugeordnet einen Lüfter oder eine Lüfterbatterie (57 –59 ) besitzt. - Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (
25 ) eine die Leuchteinheiten (26 ) aufnehmende Basis (28 ) aufweist, die mit im Querschnitt vorzugsweise verstellbaren Lüftungsschlitzen (32 ) versehen ist. - Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (
25 ) gegenüber der Diffusorplatte (27 ) im Abstand verstellbar ist. - Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (
25 ) als Einschub des Gehäuses (11 ) ausgebildet ist. - Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheiten (
36 –39 ) der Kühlvorrichtung (35 ) über Temperatur- und Volumenstromregler von Wasser durchflossen sind, das einem Kühlaggregat zugeführt ist. - Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (
13 ) in Abhängigkeit vom Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung (25 ) am Gehäuse (11 ) zwangsverriegelbar ist. - Verfahren zum Kühlen einer Einrichtung (
10 ) mittels der ein Fotovoltaik-Dünnschichtmodul (20 ) Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, nach Anspruch 1 und gegebenenfalls mindestens einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei getrennte Luftströme (41 ,42 ), von denen der eine (42 ) in dem die Beleuchtungsvorrichtung (25 ) aufnehmenden ersten Raum (46 ) geführt und eintrittsseitig gekühlt wird und von dort in den zweiten Raum geleitet wird und der andere (41 ) längs einer oder beider Seiten eines die Beleuchtungsvorrichtung (25 ) aufnehmenden ersten Raumes (46 ) gekühlt und in einem dritten Raum (45 ) zwischen dem Dünnschichtmodul (20 ) und dem ersten Raum (46 ) geführt wird und von dort zu einem der Beleuchtungsvorrichtung (25 ) abgewandten, das Dünnschichtmodul aufnehmenden und vom Gehäusedeckel begrenzten zweiten Raum (44 ) geleitet wird und wonach die im zweiten Raum (44 ) zusammengeführten und gemischten beiden Luftströme (41 ,42 ) die für das Dünnschichtmodul (20 ) vorgegebene Kühltemperatur besitzen und zu ihrer erneuten Trennung vor Eintritt in den ersten Raum (46 ) zurückgeführt werden. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Raum (
44 ) zusammengeführten und gemischten beiden Luftströme (41 ,42 ) beim Zurückführen gekühlt werden. - Anlage zum Fertigstellen von Fotovoltaik-Dünnschichtmodulen (
20 ) mit einer Einrichtung (10 ), mittels der das Dünnschichtmodul (20 ) Licht, vorzugsweise simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt wird, nach Anspruch 1 und gegebenenfalls mindestens einem der folgenden Ansprüche 2 bis 9. - Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Einrichtungen (
10 ) in Durchlaufrichtung der Fotovoltaik-Dünnschichtmodule (20 ) hintereinander angeordnet sind.
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