DE102010061294A1

DE102010061294A1 - Laminierung von 3D-Solarbauteilen

Info

Publication number: DE102010061294A1
Application number: DE102010061294A
Authority: DE
Inventors: Philipp Mohr; Manuel Schwarz; Dr. Sueck Thorsten
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Meier Solar Solutions GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Meier Solar Solutions GmbH
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laminator (1) zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats mittels eines Laminators (1), wobei der Laminator (1) eine durch Heizelemente beheizbare Heizplatte (5), einen Deckel (2) und ein Diaphragma (3), das zur Anlage an die obere Seite des Laminats ausgebildet ist, wobei unterhalb des Diaphragmas (3) eine untere evakuierbare Kammer (8) zur Aufnahme des Laminats ausgebildet ist und oberhalb des Diaphragmas (3) durch das Diaphragma (3) und den Deckel (2) eine obere Kammer (9) zur Ausbildung einesÜberdrucks gegenüber dem Druck in der unteren Kammer (8) ausgebildet ist und wobei insbesondere an der Heizplatte (5) ein wärmeleitfähiges Einsatzelement (6) lösbar angeordnet ist, das zur Anlage der unteren Seite des Laminats ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laminator zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats.
Solarzellen enthaltende Laminate, sogenannte Solar-Verbundbauteile, werden in diversen Anwendungsbereichen eingesetzt. Dabei handelt es sich um plane oder leicht gewölbte Ausfertigungen von Laminaten, in die nicht biegbare Solarzellen integriert wurden. Dabei weisen die Solarzellen enthaltenden Laminate in der Regel einen Aufbau aus zumindest fünf Schichten auf, nämlich eine Trägerstruktur, eine erste Schmelzklebefolie, einen Solarzellenverbund, eine zweite Schmelzklebefolie und eine Deckschicht. Es ist aber auch ein Schichtaufbau mit nur drei Schichten möglich. Die Schichten sind eine Trägerstruktur, eine Schmelzklebefolie und ein Deckglas mit integrierten Dünnschicht-Solarzellen. Insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich, z. B. für sogenannte Solardächer, ist es nötig, dass das Solarzellen enthaltende Laminat eine Wölbung aufweist.
In der DE 102 18 198 C1 wird ein Laminator zur Herstellung eines gewölbten, Solarzellen enthaltenden Laminats beschrieben. Der Laminator besteht dabei aus einer mit Heizeinrichtungen verbundenen Heizplatte, einem Deckel und einem Diaphragma zur Anlage an einer oberen Seite des Laminats. Ferner wird unterhalb des Diaphragmas eine untere Kammer zur Aufnahme des Laminats in einem Vakuum ausgebildet, wobei zwischen dem Deckel und dem Diaphragma eine obere Kammer zur Ausbildung eines Überdrucks gegenüber der unteren Kammer ausgebildet ist. Zur Herstellung eines gewölbten, Solarzellen enthaltenden Laminats ist die Heizplatte, insbesondere die als Aufnahmefläche ausgebildete Oberseite der Heizplatte, gewölbt, insbesondere konkav gewölbt, ausgebildet. Dies kann nach der DE 102 18 198 C1 insbesondere durch Ausfräsen der Heizplatte erfolgen. Mit einer derart ausgestalteten Heizplatte kann somit nur eine festgelegte, spezielle Form eines Solarzellen enthaltenden Laminats hergestellt werden. Für davon abweichende Ausgestaltungsformen muss jeweils eine neue, speziell ausgeformte Heizplatte hergestellt und in den Laminator eingebaut werden. Dies ist mit einem hohen Montageaufwand sowie einem hohen Kostenaufwand verbunden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der kostengünstig Solarzellen enthaltende Laminate hergestellt werden können. Ferner soll die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie flexibel ist und somit kostengünstig für viele verschiedene Ausgestaltungsformen gewölbter, Solarzellen enthaltender Laminate eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Laminator zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 der Patentanmeldung gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Laminator zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Laminator zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats gelöst. Dabei weist der Laminator zumindest eine durch Heizelemente beheizbare Heizplatte, einen Deckel und ein Diaphragma, das zur Anlage an eine obere Seite des Laminats ausgebildet ist, auf. Das Diaphragma ist derart im Laminator angebracht, dass unterhalb des Diaphragmas eine untere Kammer zur Aufnahme des Laminats ausgebildet ist, in welcher ein Unterdruck erzeugbar ist. Ferner ist oberhalb des Diaphragmas durch das Diaphragma und den Deckel eine obere Kammer zur Ausbildung eines Überdrucks gegenüber dem Druck in der unteren Kammer ausgebildet. Der Druck in der unteren Kammer und in der oberen Kammer ist zwischen ca. 0,1 mbar und ca. 1000 mbar frei einstellbar. Insbesondere ist bei dem Laminator an der Heizplatte ein wärmeleitfähiges Einsatzelement lösbar angeordnet, das zur Anlage der unteren Seite des Laminats ausgebildet ist. Bei der Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats wird somit der zu laminierende Laminatschichtstapel direkt an beziehungsweise auf das wärmeleitfähige Einsatzelement angeordnet. Das wärmeleitfähige Einsatzelement ist dabei der gewünschten Geometrie des Solarzellen enthaltenden Laminats angepasst. Für einen Wechsel der Geometrie des Solarzellen enthaltenden Laminats kann das wärmeleitfähige Einsatzelement gegen ein anderes wärmeleitfähiges Einsatzelement ausgetauscht werden, das den neuen Geometrieanforderungen entspricht. Dadurch kann der restliche Laminatoraufbau, d. h. insbesondere die durch Heizelemente beheizbare Heizplatte, der Deckel und das Diaphragma unverändert für viele verschiedene Geometrien von Solarzellen enthaltenden Laminaten eingesetzt werden. Der Ein- und Ausbau des lösbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes ist mechanisch einfach. Kosten- und Zeitaufwand beim Umbau des Laminators beziehungsweise beim Austausch des wärmeleitfähigen Einsatzelementes können so reduziert werden. Dadurch, dass das Einsatzelement wärmeleitfähig ausgebildet ist, überträgt das Einsatzelement die durch die Heizplatte erzeugte Wärme auf den zu laminierender Laminatschichtstapel. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Einsatzelementes kann die von der Heizplatte ausgehende Wärme vollständig beziehungsweise annähernd vollständig über das wärmeleitfähige Einsatzelement auf den Laminatschichtstapel weitergeleitet werden. Da das wärmeleitfähige Einsatzelement vorzugsweise eine geringe Dicke aufweist, sind die Wärmeverluste beim Weiterleiten der Wärme durch das wärmeleitfähige Einsatzelement vernachlässigbar gering.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Laminators kann zumindest die dem wärmeleitfähigen Einsatzelement zugewandte Seite der Heizplatte eben ausgebildet sein. Dies ermöglicht die Verwendung von Flachbett-Laminatoren als Grundgerüst, insbesondere einfachen und kostengünstigen Heizplatten. Ein Flachbett-Laminator ist dabei eine weit verbreitete Vorrichtung, die bereits in vielen Bereichen zur Laminierung von Laminatschichtstapeln eingesetzt wird. Vorteilhafterweise sind beide Seiten der Heizplatte eben ausgebildet. Die Heizelemente können an der Heizplatte und/oder in der Heizplatte vorgesehen sein. Alternativ zu Flachbett-Laminatoren kann als Laminator auch ein Mehretagen-Laminator oder ein Stapel-Laminator verwendet werden.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Laminator vorgesehen sein, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist. Metall, insbesondere Aluminium, weist eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf. Das wärmeleitfähige Einsatzelement ist an der Heizplatte des Laminators lösbar angeordnet. Die durch die Heizelemente beheizte Heizplatte erhitzt somit das wärmeleitfähige Einsatzelement. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials des wärmeleitfähigen Einsatzelementes ermöglicht eine gleichmäßige Erhitzung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes bei gleichzeitig niedrigen Wärmeverlusten.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laminators kann vorgesehen sein, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement und die Heizplatte aus demselben Material, insbesondere aus einem Metall, wie Aluminium, ausgebildet sind. Das wärmeleitfähige Einsatzelement und die Heizplatte weisen in diesem Fall dieselbe Wärmeleitfähigkeit auf.
Dadurch werden, insbesondere bei geringer Dicke des wärmeleitfähigen Einsatzelementes, bei der Heizplatte und dem wärmleitfähigen Einsatzelement ähnliche Aufheizraten erzielt. Dadurch kann erreicht werden, dass sowohl die Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes als auch die Oberfläche der Heizplatte eine vergleichbare Temperatur aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der zu laminierende Solarzellen enthaltende Laminatschichtstapel neben dem wärmeleitfähigen Einsatzelement auch auf freiliegenden Teilen der Heizplatte angeordnet ist.
Ferner kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laminators vorgesehen sein, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement an der Heizplatte formschlüssig anliegt. Durch einen Formschluss, insbesondere einem großflächigen Formschluss, ist die Wärmeübertragung von der Heizplatte zum wärmeleitfähigen Einsatzelement optimiert. Insbesondere können im wärmeleitfähigen Einsatzelement lokale Bereiche mit sehr hoher Temperatur, wie sie bei einer punktuellen Auflage des wärmeleitfähigen Einsatzelementes an der Heizplatte auftreten können, vermieden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laminators kann vorgesehen sein, dass die dem Diaphragma zugewandte Seite des wärmleitfähigen Einsatzelementes gewölbt, insbesondere konvex oder konkav gewölbt, ausgebildet ist. Dieses Merkmal ermöglicht insbesondere die Herstellung von gewölbten, Solarzellen enthaltenden Laminaten. Vorteilhafterweise ist die Wölbung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes derart ausgestaltet, dass sie der Trägerstruktur des Laminatschichtstapels entspricht. Entsprechend der zu erzielenden Geometrie des Solarzellen enthaltenden Laminats kann die Wölbung dabei nur in einer Raumrichtung, d. h. beispielsweise entsprechend der Wölbung eines Zylindersegmentes, oder in zwei Raumrichtungen, d. h. beispielsweise entsprechend einer Kugelkalotte, ausgebildet sein.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Laminator vorgesehen sein, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement mittels Befestigungselementen form- und/oder kraftschlüssig an der Heizplatte befestigbar ist. Durch eine Befestigung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes an der Heizplatte kann ein ungewolltes Bewegen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes während des Laminatvorganges oder während des Schließens des Deckels des Laminators verhindert werden. Dies kann beispielsweise durch am wärmeleitfähigen Einsatzelement vorgesehene Passstifte und entsprechenden Aufnahmen in der Heizplatte realisiert werden. In diesem speziellen Fall wird durch eine identische Platzierung der Passstifte an verschiedenen wärmeleitfähigen Einsatzelementen die Austauschbarkeit derselben gewährleistet. Es ist auch denkbar, dass die Passstifte aus der Heizplatte herausragen und in entsprechend angeordnete Aufnahmen, insbesondere Bohrungen, in den wärmeleitfähigen Einsatzelementen einführbar sind. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungselemente, wie beispielsweise Rast- oder Klemmelemente, denkbar.
In einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laminators kann vorgesehen sein, dass im und/oder am wärmeleitfähigen Einsatzelement eine zusätzliche Heizung, insbesondere zusätzliche Heizelemente, vorgesehen ist. Damit kann, insbesondere bei Geometrien des wärmeleitfähigen Einsatzelementes, bei der große Dickenvariationen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes erforderlich sind, die rein passive Erhitzung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes durch die Heizplatte unterstützt werden. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der dem Laminatschichtstapel zugewandten Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes kann damit sichergestellt werden.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Laminators kann ferner vorgesehen sein, dass die zusätzliche Heizung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes separat regelbar ausgestaltet ist. Separat regelbar bedeutet, dass die zusätzliche Heizung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes unabhängig von den Heizelementen in der Heizplatte regelbar ist. Durch diese separate Steuerung der zusätzlichen Heizung kann die erreichte Temperatur der Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes noch flexibler und damit bedarfsangepasster eingestellt werden. Unnötiges Aufheizen und damit verbundene vermeidbare Kosten werden so vermieden. Insbesondere kann durch die zusätzliche Heizung besonders gut gewährleistet werden, dass an allen Stellen der Oberseite des wärmeleitfähigen Einsatzelementes eine gleich große Wärmeangabe in Richtung des Laminatschichtstapels erfolgt.
Zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Laminator vorgesehen sein, dass der Deckel zur Bildung der unteren Kammer über eine Dichtung abgedichtet an der Heizplatte oder an einem Gehäuseteil des Laminators sitzt. Die Dichtung kann dabei insbesondere aus Silikon oder Silikonschaum ausgefertigt sein. Ferner ist es bevorzugt, dass in der Heizplatte oder in einem Gehäuseteil des Laminators eine umlaufende Nut zur Aufnahme der Dichtung vorgesehen ist. Durch die Dichtung kann sichergestellt werden, dass das in der unteren Kammer erzeugte Vakuum sicher aufrechterhalten werden kann. Die Dichtung kann dabei sowohl am Deckel des Laminators als auch alternativ an der Heizplatte oder an einem Gehäuseteil des Laminators vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform kann bei dem erfindungsgemäßen Laminator vorgesehen sein, dass in der Heizplatte und in dem wärmeleitfähigen Einsatzelement jeweils Bohrungen vorgesehen sind, wobei die Bohrungen der Heizplatte und die Bohrungen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes jeweils paarweise fluchtend zueinander anordenbar sind. Weiter kann vorgesehen sein, dass in jeder Bohrung der Heizplatte Stifte beweglich gehalten sind und dass in jeder Bohrung des wärmeleitfähigen. Einsatzelementes Zylinder beweglich gehalten sind, wobei die Höhe eines jeden Zylinders der Höhe des wärmeleitfähigen Einsatzelementes an der Position der entsprechenden Bohrung entspricht und wobei die Stifte der Heizplatte in die Bohrungen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes einführbar ausgestaltet sind. Diese Stifte können herausgefahren werden, um beim Be- und Entladen des Laminators ein direktes Aufliegen des zu laminierenden Bauteils auf der Heizplatte zu verhindern. Über das Absenken der Stifte kann der Zeitpunkt im Prozess, zu dem das zu laminierende Bauteil erstmals Wärme durch die Heizplatte erfährt, genau definiert werden. Dies verhindert zum Beispiel, dass ein vorzeitiges Vernetzen der Schmelzklebefolie einsetzt, bevor der Lagenaufbau ausreichend evakuiert wurde und hilft, Lufteinschlüsse im Bauteil zu vermeiden. Ferner kann dadurch eine gleichmäßigere Vernetzung erzielt werden, da sämtliche Bereiche des Bauteils zur gleichen Zeit Kontakt zur Heizplatte haben. Diese Stifte können bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laminators weiterhin genutzt werden. Das wärmeleitfähige Einsatzelement ist an den Positionen, an denen in der Heizplatte Stifte vorhanden sind, mit Durchgangsbohrungen, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der Stifte ist, versehen. In diese Bohrungen können nun ungehindert die Stifte aus der Heizplatte einfahren. Zur Verlängerung der Stifte und somit zur Nutzung ihrer Funktion auch bei Verwendung des wärmeleitfähigen Einsatzelementes werden in die Löcher des wärmeleitfähigen Einsatzelementes Zylinder eingesetzt. Die Zylinder können dabei vorzugsweise aus dem gleichen. Material gefertigt sein und den gleichen Durchmesser wie die Stifte der Heizplatte aufweisen. Die Höhe der Zylinder entspricht der Höhe des Einsatzelementes an der jeweiligen Position der Bohrung. Im eingefahrenen Zustand sind die Zylinder somit fluchtend mit der Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes. Sobald nun die Stifte in der Heizplatte nach oben fahren, werden auch die Zylinder im Einsatzelement nach oben gedrückt und dienen somit als Verlängerung der Stifte. Damit kann auch bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Laminators mit einem wärmeleitfähigen Einsatzelement beim Be- und Entladen des Laminators ein direktes Aufliegen des zu laminierenden Bauteils auf der Heizplatte verhindert werden und über das Absenken der Stifte der Zeitpunkt im Prozess, zu dem das zu laminierende Bauteil erstmals Wärme durch die Heizplatte und das wärmeleitfähige Einsatzelement erfährt, genau definiert werden.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung kann bei dem erfindungsgemäßen Laminator vorgesehen sein, dass in den Bohrungen der Heizplatte Gleitbuchsen und/oder in den Bohrungen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes Gleitbuchsen angeordnet sind. Die Gleitbuchsen stellen für die Stifte und/oder die Zylinder eine zusätzliche Lagerung dar. Die Reibung der Stifte beziehungsweise der Zylinder beim Ausfahren kann dadurch vermindert und somit die benötigte Hubkraft verringert werden. Desweiteren wird damit ein noch gleichmäßigeres Absenken und Anheben des zu laminierenden Bauteils ermöglicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats mittels eines Laminators, der nach zumindest einem der Merkmale des ersten Aspektes der Erfindung ausgestaltet ist, gelöst. Das Verfahren wird dabei durch folgende Verfahrensschritte a) bis e) gekennzeichnet:

a) Anlegen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes an die Heizplatte des Laminators. Das wärmeleitfähige Einsatzelement ist dabei derart gewählt, dass die Form des wärmeleitfähigen Einsatzelementes der Geometrie des herzustellenden Solarzellen enthaltenden Laminats entspricht. Ferner kann vorgesehen sein, bei diesem Schritt das wärmeleitfähige Einsatzelement form- und/oder kraftschlüssig an der Heizplatte zu befestigen.
b) Anlegen der zu laminierenden Laminatschichten an die der Heizplatte abgewandten Seite des wärmeleitfähigen Einsatzelementes. Der zu laminierende Laminatschichtstapel weisen dabei insbesondere fünf verschiedene Elemente auf, eine Trägerstruktur mit eventueller Rückseitenkontaktfolie, eine erste Schmelzklebefolie, einen Solarzellenverbund, eine zweite Schmelzklebefolie und eine Deckschicht. Als Trägerstruktur kann dabei z. B. Glas, Kunststoff, Verbundmaterial, wie CFK (kohlenstofffaservertärkter Kunststoff) oder GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff), Holz, Papier/Pappe, Metall in Form eines Blechs und/oder einer Folie oder Keramik verwendet werden. Als erste und/oder zweite Schmelzklebefolie werden üblicherweise Folien aus EVA (Ethylenvinylacetat), PVB (Polyvinylbutyral), TPSE (thermoplastisches Silikonelastomer) und/oder TPU (thermoplastisches Polyurethan) verwendet. Die Deckschicht wiederum kann z. B. aus Glas, Kunststoff oder anderen, zumindest teiltransparenten, Materialen bestehen. Beim Anlegen ist es insbesondere günstig, wenn die Form der dem zu laminierenden Schichtenstapel zugewandten Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes und die Form der Trägerschicht passend zueinander ausgeformt sind. Insbesondere ist es hierbei wichtig, die Lage des Stapels der zu laminierenden Laminatschichten bezüglich des wärmeleitfähigen Einsatzelementes sicherzustellen.
c) Bilden der unteren Kammer durch Anordnen des Deckels. Durch Schließen des Laminators, d. h. Absenken des Deckels auf die Heizplatte bzw. auf ein die Heizplatte zumindest teilweise umgebendes Gehäuse des Laminators, wird die untere Kammer gebildet und geschlossen. Hierbei ist insbesondere sicherzustellen, dass die untere Kammer luftdicht verschlossen wird.
d) Erzeugen eines Vakuums in der unteren Kammer zum formschlüssigen Anlegen des Diaphragmas an die dem Diaphragma zugewandte Seite der Laminatschichten. Durch Abpumpen der eingeschlossen Luft in der unteren Kammer wird in der unteren Kammer ein Vakuum, insbesondere ein Hochvakuum, erzeugt. Durch den verbleibenden Druck in der oberen Kammer des Laminators wird das Diaphragma an die dem Diaphragma zugewandte Seite des Laminatschichtstapels gepresst. Durch die elastische Ausgestaltung des Diaphragmas ist es möglich, beliebige Formen und/oder Wölbungen des zu laminierenden, Solarzellen enthaltenden Laminats durch das Diaphragma nachzubilden. Idealerweise liegt das Diaphragma dabei formschlüssig an der gesamten Oberseite des zu laminierenden Laminatschichtstapels an. Durch das Evakuieren der unteren Kammer kann insbesondere die Bildung von Lufteinschlüssen zwischen dem Diaphragma und der obersten Schicht des Laminatschichtstapels, d. h. der Deckschicht, vermieden werden. Das Diaphragma übt somit auf den Laminatschichtstapel einen Druck aus, solange das Vakuum in der unteren Kammer aufrechterhalten wird. Der Druck während des Prozesses ist in der unteren Kammer zwischen ca. 0,1 mbar und ca. 1000 mbar frei einstellbar.
e) Aufheizen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes durch Erhitzung der Heizplatte. Durch Erhitzung der Heizplatte und dem damit verbundenen Erhitzen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes wird die Hitze auch auf den zu laminierenden Laminatschichtstapel übertragen. Die erste und die zweite Schmelzklebefolie schmilzt dadurch und entfaltet so ihre verbindende Klebewirkung. Zusammen mit dem Druck des Diaphragmas (siehe Verfahrensschritt d)) wird dadurch der Laminatschichtstapel zu einem Solarzellen enthaltenden Laminat laminiert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die obere Kammer des Laminators druckbeaufschlagt wird. Durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung der oberen Kammer kann der Anpressdruck des Diaphragmas an den zu laminierenden Laminatschichtstapel erhöht werden. Dies kann unteren anderem zu einer Verkürzung der Herstellungszeit und somit zu einer Kostenreduktion führen. Der Druck während des Prozesses ist in der oberen Kammer ebenfalls frei zwischen ca. 0,1 mbar und ca. 1000 mbar einstellbar.
Es ist prinzipiell möglich, jede Art von Solarzellen für Solarmodule beziehungsweise zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats zu verwenden. Besonders geeignet sind jedoch sog. Dünnschichtsolarzellen, deren Form sich aufgrund der biegbaren bzw. flexiblen Substratträger an die Form und Wölbung der Modul-Trägerschicht anpassen lässt. Besonders bevorzugt ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats, bei dem in dem Laminatschichtstapel Dünnschichtsolarzellen in Form von Farbstoffsolarzellen, organischen Solarzellen, Solarzellen aus amorphem Silizium, CIGS-Solarzellen, CIS-Solarzellen, Solarzellen aus mikrokristallinem Silizium, Gallium-Arsenid-Solarzellen und/oder Cadmiumtellurid-Solarzellen verwendet werden. Die Farbstoffsolarzellen und organischen Solarzellen zählen zu den Solarzellen der 3. Generation. Die Solarzellen aus amorphem Silizium (a-Si:H), CIGS-Solarzellen und CIS-Solarzellen, Solarzellen aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si:H), Gallium-Arsenid-Solarzellen (GaAs) und Cadmiumtellurid-Solarzellen (CdTe) sind Solarzellen der 2. Generation. Diese Solarzellen werden meist durch Abscheiden der Materialien aus der Gasphase direkt auf einen (flexiblen) Träger hergestellt.
Die Figuren und die Beschreibung dienen dem besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Laminators sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, sind mit denselben. Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, d. h. des Laminators.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminators in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Laminators gemäß 1 mit eingelegtem Laminatschichtstapel,
3 eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminators in einer zweiten Ausführungsform mit verfahrbaren Stiften und Zylindern.
Die 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminators 1 in einer ersten möglichen Ausführungsform. Auf beziehungsweise an der Heizplatte 5 ist ein beheizbares wärmeleitfähiges Einsatzelement 6 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laminators 1 liegt das beheizbare wärmeleitfähige Einsatzelement 6 formschlüssig an der Heizplatte 5 an und ist konkav gewölbt. Das gezeigte Schnittbild zeigt den Laminator 1 in einem geschlossenen Zustand. Der Deckel 2 und die Heizplatte 5 sind mit zumindest einer Dichtung 4 gegeneinander abgedichtet. Durch das im Deckel 2 angeordnete Diaphragma 3, einem Teil des Deckels 2, der zumindest einen Dichtung 4, der Heizplatte 5 und dem beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelement 6 wird eine untere Kammer 8 begrenzt. Diese untere Kammer 8 ist evakuierbar, was in der 1 nicht näher dargestellt ist. Oberhalb des Diaphragmas 3 bildet das Diaphragma 3 und der Deckel 2 eine obere Kammer 9. Diese obere Kammer 9 ist zur Ausbildung eines Überdrucks gegenüber dem Druck in der unteren Kammer 8 ausgebildet.
In der 2 ist ein weiteres Schnittbild des erfindungsgemäßen Laminators 1 gemäß 1 gezeigt. Zusätzlich zu den in 1 beschriebenen Bestandteilen des Laminators 1 ist die Lage eines zu laminierenden Laminatschichtstapels 7 an dem wärmeleitfähigen Einsatzelement 6 gezeigt. Der Laminatschichtstapel 7 liegt dabei in der vorliegenden Ausführungsform formschlüssig am beheizbaren Einsatzelement 6 an. Der Laminatschichtstapel 7 besteht dabei vorzugsweise aus fünf Schichten, nämlich einer Trägerstruktur, einer ersten Schmelzklebefolie, dem Solarzellenverbund, einer zweiten Schmelzklebefolie und einer Deckschicht. Zur Laminierung des Laminatschichtstapels 7 wird die untere Kammer 8 evakuiert. Dadurch ist der Druck in der oberen Kammer 9 größer als der Druck in der unteren Kammer 8. Somit wirkt eine Kraft auf das Diaphragma 3, wodurch sich das Diaphragma 3 formschlüssig an den Laminatschichtstapel 7 anlegt und die Kraft auf diesen überträgt. Anschließend wird die Heizplatte 5 und dadurch das beheizbare wärmeleitfähige Einsatzelement 6 aufgeheizt. Bei einer Ausgestaltung der Heizplatte 5 und des beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes 6 aus einem gleichen Material, idealerweise Aluminium, ergibt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der Oberfläche sowohl der Heizplatte 5 als auch des beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes 6. Durch diese Hitze schmelzen die erste und die zweite Schmelzklebefolie. Der durch das Diaphragma 3 ausgeübte Druck bewirkt zusammen mit der Erhitzung des Laminatschichtstapels 7 die Laminierung des Laminatschichtstapels 7 zu einem Solarzellen enthaltenden Laminat. Um den Druck, den das Diaphragma 3 auf den Laminatschichtstapel 7 ausübt, zu variieren, insbesondere zu erhöhen, kann die obere Kammer 9 mit zusätzlichem Druck beaufschlagt werden.
3 zeigt eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminators 1 in einer zweiten Ausführungsform mit verfahrbaren Stiften 12 und Zylindern 13. Die Stifte 12 und die Zylinder 13 werden dabei jeweils in Gleitbuchsen 14, 15, die sich in Bohrungen 10 der Heizplatte 5 beziehungsweise in Bohrungen 11 in dem wärmeleitfähigen Einsatzelement 6 befinden, gehalten. Die Gleitbuchsen 14, 15 dienen als Lagerung und vermindern die Reibung beim Aus- beziehungsweise Einfahren der Stifte 12 und der Zylinder 13. Die Stifte 12 werden dazu angetrieben und verschieben ihrerseits die Zylinder 13, die keinen eigenen Antrieb aufweisen. Die Höhe der Zylinder 13 entspricht der Höhe des wärmeleitfähigen Einsatzelementes 6 an der jeweiligen Position der Bohrung 11. Dadurch wird bei eingefahrenen Stiften 12, und damit ebenfalls eingefahrenen Zylindern 13, eine durchgängige Oberfläche des wärmeleitfähigen Einsatzelementes 6 geschaffen. Über das Absenken der Stifte 12 und dem damit verbundenen Absenken der Zylinder 13 kann der Zeitpunkt im Prozess, zu dem der Laminatschichtstapel 7 erstmals Wärme durch die Heizplatte 5 und das wärmeleitfähige Einsatzelement 6 erfährt, genau definiert werden. Dies verhindert zum Beispiel, dass ein vorzeitiges Vernetzen der Schmelzklebefolien im Laminatschichtstapel 7 einsetzt, bevor der erfindungsgemäße Laminator 1 ausreichend evakuiert wurde und hilft Lufteinschlüsse im Bauteil zu vermeiden. Ferner kann dadurch eine gleichmäßigere Vernetzung erzielt werden, da sämtliche Bereiche des Bauteils zur gleichen Zeit Kontakt zur Heizplatte 5 beziehungsweise zum und das wärmeleitfähige Einsatzelement 6 haben.
Im Allgemeinen eignet sich der erfindungsgemäße Laminator zur Herstellung von Solarzellen enthaltenden Laminaten für diverse Anwendungsbereiche. Es können neben Solarbauteilen bzw. -dächern für Fahrzeuge auch Solarbauteile für die Anwendung im Architektur- und/oder Baubereich sowie in anderen Bereichen hergestellt werden. Ebenso ist der erfindungsgemäße Laminator für die Laminierung von verschiedenen Laminat-Zusammenstellungen verwendbar. So können z. B. als Träger- bzw. Rückseitenstruktur Glas, Kunststoff, Verbundmaterial (wie CFK, GFK, etc.), Holz, Papier/Pappe, Metall (in Form von Blech und Folie), Keramik oder Ähnliches verwendet werden. Als Deckschicht kommen Glas, Kunststoff und andere mindestens teiltransparente Materialien zur Verwendung. Als Verbindung zwischen den einzelnen Lagen dient eine erste bzw. zweite Schmelzklebefolie aus EVA, PVB, TBSE, TPU oder Ähnlichem. Durch die Verwendung eines zusätzlich, einfach aufgebautem, beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes statt einer speziell ausgestalteten Heizplatte können sowohl die Kosten für die Herstellung der Heizplatte als auch die Kosten bei eventuell nötigen Geometrieänderungen reduziert werden. Ferner ist es möglich, mehr als ein Bauteil pro Zyklus herzustellen, indem mehrere dieser beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelemente gleichmäßig auf einer, insbesondere ebenen, Heizplatte eines Laminators verteilt werden. Dabei ist es selbstverständlich möglich, beheizbare wärmeleitfähige Einsatzelemente mit verschiedenen Geometrien zu verwenden. Aufgrund der im Vergleich zur Heizplatte geringen Masse des beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes, der guten Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials, insbesondere Aluminium, und einer optional zusätzlich zum beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelement verbauten, separat regelbaren Heizung kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche, an der der zu laminierende Laminatschichtstapel anliegt, erzielt werden. Bei einer konvex gewölbten Oberfläche des beheizbaren wärmeleitfähigen Einsatzelementes verringert sich auch ein Ansammeln von Staub und anderen Verunreinigungen in der Form, die sich auf der Oberfläche des zu laminierenden Bauteils abzeichnen könnten.
Bezugszeichenliste

1: Laminator
2: Deckel
3: Diaphragma
4: Dichtung
5: Heizplatte
6: wärmeleitfähiges Einsatzelement
7: Laminatschichtstapel
8: untere Kammer
9: obere Kammer
10: Bohrungen in der Heizplatte
11: Bohrungen in dem wärmeleitfähigen Einsatzelement
12: bewegliche gehaltene Stifte in der Heizplatte
13: bewegliche gehaltene Zylinder in dem wärmeleitfähigen Einsatzelement
14: Gleitbuchsen
15: Gleitbuchsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10218198 C1 [0003, 0003]

Claims

Laminator (1) zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats, aufweisend eine durch Heizelemente beheizbare Heizplatte (5), einen Deckel (2) und ein Diaphragma (3), das zur Anlage an eine obere Seite des Laminats ausgebildet ist, wobei unterhalb des Diaphragmas (2) eine untere Kammer (8) zur Aufnahme des Laminats ausgebildet ist, in der ein Unterdruck erzeugbar ist, wobei oberhalb des Diaphragmas (3) durch das Diaphragma (3) und den Deckel (2) eine obere Kammer (9) zur Ausbildung eines Überdrucks gegenüber dem Druck in der unteren Kammer (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Heizplatte (5) ein wärmeleitfähiges Einsatzelement (6) lösbar angeordnet ist, das zur Anlage der unteren Seite des Laminats ausgebildet ist.
Laminator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die dem wärmeleitfähigen Einsatzelement (6) zugewandte Seite der Heizplatte (5) eben ausgebildet ist.
Laminator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement (6) aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement (6) und die Heizplatte (5) aus demselben Material ausgebildet sind.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement (6) an der Heizplatte (5) formschlüssig anliegt.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Diaphragma (3) zugewandte Seite des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) gewölbt, insbesondere konvex oder konkav gewölbt, ausgebildet ist.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitfähige Einsatzelement (6) mittels Befestigungselementen form- und/oder kraftschlüssig an der Heizplatte (5) befestigbar ist.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im und/oder am wärmeleitfähigen Einsatzelement (6) eine zusätzliche Heizung vorgesehen ist.
Laminator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im und/oder am wärmeleitfähigen Einsatzelement (6) vorgesehene zusätzliche Heizung separat regelbar ausgestaltet ist.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) zur Bildung der unteren Kammer (8) über eine Dichtung (4) abgedichtet an der Heizplatte (5) oder an einem Gehäuseteil des Laminators (1) sitzt.
Laminator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizplatte (5) und in dem wärmeleitfähigen Einsatzelement (6) jeweils Bohrungen (10, 11) vorgesehen sind, wobei die Bohrungen (10) der Heizplatte (5) und die Bohrungen (11) des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) jeweils paarweise fluchtend zueinander anordenbar sind, dass in jeder Bohrung (10) der Heizplatte (5) Stifte (12) beweglich gehalten sind und dass in jeder Bohrung (11) des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) Zylinder (13) beweglich gehalten sind, wobei die Höhe eines jeden Zylinders (13) der Höhe des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) an der Position der entsprechenden Bohrung (11) entspricht und wobei die Stifte (12) der Heizplatte (5) in die Bohrungen (11) des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) einführbar ausgestaltet sind.
Laminator (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bohrungen (10) der Heizplatte (5) Gleitbuchsen (14) und/oder in den Bohrungen (11) des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) Gleitbuchsen (15) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen enthaltenden Laminats mittels eines Laminators (1), der nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: a) Anlegen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) an die Heizplatte (5) des Laminators (1), b) Anlegen des zu laminierenden Laminatschichtstapels (7) an die der die Heizplatte (5) abgewandte Seite des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6), c) Bilden der unteren Kammer (8) durch Anordnen des Deckels (2), d) Erzeugen eines Vakuums in der unteren Kammer (8) zum formschlüssigen Anlegen des Diaphragmas (3) an die dem Diaphragma (3) zugewandte Seite des Laminatschichtstapels (7), e) Aufheizen des wärmeleitfähigen Einsatzelementes (6) durch Erhitzung der Heizplatte (5).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kammer (9) druckbeaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Laminatschichtstapel (7) Dünnschichtsolarzellen in Form von Farbstoffsolarzellen, organischen Solarzellen, Solarzellen aus amorphem Silizium, CIGS-Solarzellen, CIS-Solarzellen, Solarzellen aus mikrokristallinem Silizium, Gallium-Arsenid-Solarzellen und/oder Cadmiumtellurid-Solarzellen verwendet werden.