DE102012015439A1 - Method and device for laminating objects, in particular solar cells - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen, insbesondere von Solarzellen (15) zu Solarmodulen (3), vorgeschlagen. In einem Gehäuse (5) eines Laminators können dabei die Solarzellen (15) in EVA (Ethylenvinylacetat) eingebettet werden und auf einer Heizplatte (9) auf über 120°C erhitzt werden, wobei sie durch Erzeugen eines Unterdrucks mit Hilfe einer Druckmembran (19) miteinander verpresst werden. Durch eine Öffnung (25) hindurch wird UV-Licht (31) von einer Beleuchtungseinrichtung (29) kommend auf das EVA (13) gerichtet. Es wurde beobachtet, dass während des Vernetzens des EVA Fluoreszenz-aktive Zentren (43) entstehen, welche mit Hilfe dieses UV-Lichts (31) angeregt werden können. Daraufhin emittiertes Fluoreszenzlicht (45) kann von einer Detektionseinrichtung (37) erkannt werden und beim Ableiten von Information über einen Vernetzungszustand des EVA genutzt werden. Um das Verfahren unempfindlich gegenüber einem lokalen Reflexionsgrad einer Probe zu machen, kann zusätzlich der Reflexionsgrad mit einer ergänzenden Lichtquelle, die im Fluoreszenzbereich des EVA Licht emittiert, gemessen werden und zur Kalibrierung des Fluoreszenzmessergebnisse genutzt werden. Hierdurch kann der Vernetzungszustand des EVA in-situ ermittelt oder alternativ nach Fertigstellen des Solarmoduls (3) bestimmt werden.A method and a device (1) are proposed for laminating objects to be encapsulated, in particular solar cells (15) to form solar modules (3). In a housing (5) of a laminator, the solar cells (15) can be embedded in EVA (ethylene vinyl acetate) and heated to over 120 ° C on a heating plate (9), whereby they are generated by generating a negative pressure with the aid of a pressure membrane (19) are pressed together. UV light (31) coming from a lighting device (29) is directed onto the EVA (13) through an opening (25). It was observed that fluorescence-active centers (43) arise during the crosslinking of the EVA, which centers can be excited with the aid of this UV light (31). Fluorescent light (45) emitted thereupon can be recognized by a detection device (37) and used when deriving information about a crosslinking state of the EVA. In order to make the method insensitive to a local reflectance of a sample, the reflectance can also be measured with an additional light source that emits light in the fluorescence range of the EVA and used to calibrate the fluorescence measurement results. In this way, the state of networking of the EVA can be determined in-situ or, alternatively, determined after the solar module (3) has been completed.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einlaminieren von Solarzellen, um verkapselte Solarmodule herzustellen.The present invention relates to a method and apparatus for lamination of articles to be encapsulated. More particularly, the invention relates to a method and apparatus for laminating solar cells to produce encapsulated solar modules.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Gegenstände wie zum Beispiel elektrische Bauteile werden häufig verkapselt, um sie gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Beispielsweise sollen die Gegenstände vor mechanischen Beschädigungen oder gegen Feuchtigkeit geschützt werden, um Korrosion zu vermeiden. Hierzu werden die Gegenstände häufig in Kunststoff eingebettet. Zur Herstellung der Verkapselung kann dabei geeignetes Kunststoffmaterial um den zu verkapselnden Gegenstand herum angeordnet werden. Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise in Form von Kunststofffolien, Kunststoffpulver oder Kunststoffgranulat bereitgestellt werden. Das Kunststoffmaterial kann anschließend verflüssigt werden, beispielsweise durch Erhitzen über eine Verflüssigungstemperatur hinaus, so dass das Kunststoffmaterial etwaige Hohlräume ausfüllen kann und anschließend beim Erstarren die zu verkapselnden Gegenstände eng anliegend und dicht umgeben kann.Items such as electrical components are often encapsulated to protect them from environmental influences. For example, the objects should be protected against mechanical damage or moisture to prevent corrosion. For this purpose, the objects are often embedded in plastic. To produce the encapsulation, suitable plastic material can be arranged around the object to be encapsulated. The plastic material can be provided for example in the form of plastic films, plastic powder or plastic granules. The plastic material can then be liquefied, for example, by heating beyond a liquefaction temperature, so that the plastic material can fill any cavities and then during solidification the objects to be encapsulated can fit tightly and tightly.
Nachfolgend wird das Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen hauptsächlich am Beispiel des Einlaminierens von zu verkapselnden Solarzellen, um auf diese Weise verkapselte Solarmodule herzustellen, erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch zum Einlaminieren anderer zu verkapselnder Gegenstände eingesetzt werden kann.Hereinafter, the lamination of objects to be encapsulated will be explained mainly by the example of lamination of solar cells to be encapsulated to thereby produce encapsulated solar modules. It should be noted, however, that embodiments of the method according to the invention or of the device according to the invention can also be used for lamination of other objects to be encapsulated.
Ferner wird als Beispiel für ein zum Einlaminieren der Gegenstände verwendetes Material stets EVA (Ethylenvinylacetat) herangezogen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch zum Einlaminieren mit anderen vernetzenden Polymermaterialien eingesetzt werden kann, sofern sich ihre Fluoreszenzeigenschaften während des Vernetzens ändern.Further, as an example of a material used for laminating the articles, EVA (ethylene-vinyl acetate) is always used. It is pointed out, however, that embodiments of the method according to the invention or of the device according to the invention can also be used for lamination with other crosslinking polymer materials, provided that their fluorescence properties change during crosslinking.
Zur Herstellung eines Solarmoduls wird eine Mehrzahl von Solarzellen zunächst durch elektrische Verbinder miteinander verbunden, um sie beispielsweise in Serie oder parallel miteinander zu verschalten. Anschließend werden die Solarzellen verkapselt, um beispielsweise die spröden Solarzellen vor mechanischen Einflüssen zu schützen, die Solarzellen und ihre elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit und damit vor Korrosion zu schützen sowie um sie einfach handhaben und befestigen zu können. Hierzu werden die Solarzellen meist in eine transparente Kunststoffschicht beispielsweise aus EVA oder Silikongummi eingebettet. Für einen weiter verbesserten Schutz werden die derart eingebetteten Solarzellen meist zwischen eine Glasscheibe an der Frontseite und eine Rückseitenkaschierung zwischengelagert und das gesamte Modul mit einem stabilen Rahmen umgeben.To produce a solar module, a plurality of solar cells are first connected to one another by electrical connectors in order to interconnect them, for example, in series or in parallel. Subsequently, the solar cells are encapsulated to protect, for example, the brittle solar cells from mechanical influences, to protect the solar cells and their electrical connections from moisture and thus from corrosion and to be able to handle and fasten them easily. For this purpose, the solar cells are usually embedded in a transparent plastic layer, for example made of EVA or silicone rubber. For further improved protection, the solar cells embedded in this way are usually temporarily stored between a glass pane on the front side and a back side lining and the entire module is surrounded by a sturdy frame.
Zur Fertigung des Solarmoduls wird beispielsweise auf einer bereitgestellten, gereinigten Glasscheibe eine EVA-Folie angeordnet und auf diese Folie die zu Strings verbundenen Solarzellen gelegt. Nachdem eventuell weitere Systembauteile eingefügt und die Solarzellen mit einer weiteren EVA-Folie überdeckt wurden, wird die gesamte Anordnung beispielsweise in einer Vakuumvorrichtung wie einem vakuumziehenden Laminator oder einem Autoklaven miteinander verpresst und auf beispielsweise über 120°C erhitzt. Die ursprünglich milchige EVA-Folie wird hierbei zeitweise aufgeschmolzen, wobei das EVA glasklar wird und dreidimensional vernetzt, so dass nach dem anschließenden Abkühlen ein dauerhafter Verbund in Form eines Laminats zwischen den Solarzellen, dem umgebenden EVA sowie weiterer Komponenten wie beispielsweise der Glasscheibe oder der Rückseitenkaschierung entsteht. Dabei wird angestrebt, dass das EVA möglichst vollständig vernetzt, um eine höchstmögliche mechanische Stabilität zu erreichen, reaktive Vernetzungskomponenten möglichst vollständig aufzubrauchen und beispielsweise ein Risiko von Delaminierungen zu minimieren.To produce the solar module, for example, an EVA film is arranged on a provided, cleaned glass pane and the solar cells connected to strings are placed on this film. After possibly further system components inserted and the solar cells were covered with another EVA film, the entire assembly is pressed together, for example, in a vacuum device such as a vacuum-drawing laminator or autoclave and heated to, for example, above 120 ° C. The initially milky EVA film is temporarily melted, whereby the EVA becomes crystal clear and three-dimensionally cross-linked, so that after the subsequent cooling a permanent composite in the form of a laminate between the solar cells, the surrounding EVA and other components such as the glass or the back side lamination arises. The aim is that the EVA crosslinks as completely as possible in order to achieve the highest possible mechanical stability, to use up as much as possible of reactive crosslinking components and, for example, to minimize the risk of delamination.
Da bei der Herstellung von Solarmodulen der Vorgang des Laminierens der einzelnen Komponenten zu einem verkapselten Modul aufgrund der dabei zu erreichenden, verhältnismäßig langsam fortschreitenden Vernetzung des EVA den am längsten dauernden Einzelproduktionsschritt darstellt, kann es erwünscht sein, den Vernetzungszustand bzw. den Vernetzungsgrad des EVA während des Laminierungsvorgangs oder nach dessen Vollendung möglichst genau zu kennen oder zumindest abschätzen zu können. Zudem kann es wichtig sein, die Homogenität der Vernetzungsreaktion auf einem Solarmodul zu kennen, weil z. B. eine ungleichmäßige Erwärmung des Moduls im Laminator z. B. durch Aufwölben der Glasscheibe während des Aufheizens zu einer ungleichmäßigen Vernetzungsreaktion führen kann.Since, in the manufacture of solar modules, the process of laminating the individual components to an encapsulated module represents the longest lasting single production step due to the relatively slow advancing crosslinking of the EVA, it may be desirable to control the crosslinking state or degree of crosslinking during the EVA the lamination process or after its completion know as accurately as possible or at least be able to estimate. In addition, it may be important to know the homogeneity of the crosslinking reaction on a solar module, because z. B. uneven heating of the module in the laminator z. B. can lead to uneven crosslinking reaction by bulging the glass during heating.
Es existieren mehrere Methoden, um den Vernetzungsgrad des EVA nach Abschluss des Laminierungsvorgangs zu bestimmen. Beispielsweise wird bei der dynamischen mechanischen Analyse (DMA) eine Materialprobe aus dem hergestellten Modul entnommen und diese analysiert. Es handelt sich hierbei jedoch um eine zerstörende Methode. Es wurden weitere Messmethoden entwickelt, bei denen Informationen über den Vernetzungsgrad mit Hilfe elektrischer Messungen, mechanischer Messungen, thermischer Messungen oder spektroskopischer Messungen ermittelt oder abgeschätzt werden können.There are several methods to determine the degree of crosslinking of the EVA after completion of the lamination process. For example, in dynamic mechanical analysis (DMA), a sample of material is made from the Module removed and analyzed. However, this is a destructive method. Further measurement methods have been developed in which information about the degree of crosslinking can be determined or estimated using electrical measurements, mechanical measurements, thermal measurements or spectroscopic measurements.
Alle diese Methoden weisen jedoch Nachteile auf, die sie nicht als geeignet für den Einsatz beim Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen im Rahmen industrieller Fertigung erscheinen lassen. Beispielsweise sind mechanische Methoden in der Regel nicht zerstörungsfrei und erlauben keine instantane Information über den Vernetzungsgrad des zu laminierenden EVA. Zur Durchführung elektrischer Messmethoden müssen im Allgemeinen zusätzliche Elektrodenanordnungen vorgesehen werden, was einen erhöhten Aufwand und erhöhte Kosten mit sich bringen kann. Thermische und spektroskopische Messmethoden waren bisher meist kompliziert und/oder unzuverlässig.However, all of these methods have disadvantages that do not make them suitable for use in laminating articles to be encapsulated in industrial manufacturing. For example, mechanical methods are generally non-destructive and do not allow instantaneous information about the degree of crosslinking of the EVA to be laminated. To carry out electrical measuring methods, additional electrode arrangements generally have to be provided, which can entail increased expense and increased costs. Thermal and spectroscopic measurement methods have hitherto been mostly complicated and / or unreliable.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es kann ein Bedarf bestehen an einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen, bei dem insbesondere die oben genannten Nachteile herkömmlicher Methoden zumindest teilweise vermindert sind. Insbesondere kann ein Bedarf an einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung bestehen, bei denen eine Information über einen Vernetzungszustand eines zum Einlaminieren verwendeten vernetzbaren Polymermaterials wie z. B. EVA einfach, kostengünstig, zuverlässig und/oder vorzugsweise direkt während des Laminierungsvorganges oder kurz nach Abschluss desselben ermittelt werden kann.There may be a need for a method and apparatus for lamination of articles to be encapsulated which, in particular, at least partially alleviates the aforementioned disadvantages of conventional methods. In particular, there may be a need for such a method or apparatus which can provide information about a crosslinking condition of a crosslinkable polymeric material used for lamination, such as e.g. B. EVA simple, inexpensive, reliable and / or preferably directly during the lamination process or shortly after completion of the same can be determined.
Zur Deckung eines solchen Bedarfs werden das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.To meet such a need, the method and apparatus according to the independent claims of the present application are proposed. Advantageous embodiments are defined in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen, insbesondere von Solarzellen, vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist: (a) Einbetten der zu verkapselnden Gegenstände in vernetzbares Polymermaterial wie z. B. EVA (Ethylenvinylacetat); (b) Verpressen der in das vernetzbare Polymermaterial eingebetteten Gegenstände; (c) Erhitzen des vernetzbaren Polymermaterials auf über 120°C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 120°C und 200°C und stärker bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 130°C und 170°C; (d) Beleuchten des vernetzbaren Polymermaterials mit Licht in einem Emissionsbereich von 320 nm bis 400 nm, vorzugsweise 340 bis 380 nm; (e) Detektieren von von dem beleuchteten vernetzbaren Polymermaterial kommendem Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge in einem Absorptionsbereich von 400 nm bis 600 nm, vorzugsweise 450 nm bis 500 nm; und (f) Ableiten von Information über einen Vernetzungszustand des vernetzbaren Polymermaterials anhand des detektierten Fluoreszenzlichtes. Die Verfahrensschritte (d) bis (f) sollen dabei während oder nach dem Erhitzen des vernetzbaren Polymermaterials auf über 120°C, das heißt, während oder nach dem Schritt (c), durchgeführt werden. Die beschriebenen Verfahrensschritte können, müssen aber nicht notwendigerweise, in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise können die Schritte (b) und (c) in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden.According to a first aspect of the present invention, a method is proposed for laminating objects to be encapsulated, in particular solar cells, which comprises at least the following method steps: (a) embedding the objects to be encapsulated in crosslinkable polymer material, such as e.g. B. EVA (ethylene vinyl acetate); (b) pressing the articles embedded in the crosslinkable polymeric material; (c) heating the crosslinkable polymer material above 120 ° C, preferably at a temperature between 120 ° C and 200 ° C, and more preferably at a temperature between 130 ° C and 170 ° C; (d) illuminating the crosslinkable polymer material with light in an emission range of 320 nm to 400 nm, preferably 340 to 380 nm; (e) detecting fluorescent light from the illuminated crosslinkable polymer material having a wavelength in an absorption range of 400 nm to 600 nm, preferably 450 nm to 500 nm; and (f) deriving information about a crosslinking state of the crosslinkable polymer material based on the detected fluorescent light. The process steps (d) to (f) should be carried out during or after the heating of the crosslinkable polymer material to more than 120 ° C, that is, during or after step (c). The process steps described may, but need not necessarily, be carried out in the order given. For example, steps (b) and (c) may be performed in reverse order or simultaneously.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen, insbesondere von Solarzellen, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung zumindest eine Laminationseinrichtung und eine Überwachungseinrichtung aufweist. Die Laminationseinrichtung weist hierbei eine Verpresseinrichtung, um die Gegenstände zu verpressen, während oder nachdem sie in vernetzbares Polymermaterial eingebettet werden, und eine Heizeinrichtung, um das die eingebetteten Gegenstände umgebende vernetzbare Polymermaterial auf eine Temperatur von über 120° zu erhitzen, auf. Die Überwachungseinrichtung weist eine Beleuchtungseinrichtung, um die Gegenstände umgebendes vernetzbares Polymermaterial mit Licht mit einer Wellenlänge in einem Emissionsbereich von 320 nm bis 400 nm zu beleuchten sowie eine Detektionseinrichtung, um Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge in einem Absorptionsbereich von 400 nm bis 600 nm von dem beleuchteten vernetzbaren Polymermaterial zu detektieren, auf. Die Beleuchtungseinrichtung und die Detektionseinrichtung sind somit dazu ausgelegt, Fluoreszenzmessungen durchzuführen. Die Überwachungseinrichtung weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf, um Information über einen Vernetzungszustand des vernetzbaren Polymermaterials anhand des detektierten Fluoreszenzlichtes zu ermitteln. Die vorgeschlagene Vorrichtung kann dabei dazu ausgelegt sein, ein Verfahren gemäß Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.According to a second aspect of the present invention, an apparatus for lamination of objects to be encapsulated, in particular of solar cells, is proposed, wherein the apparatus has at least one lamination device and one monitoring device. The lamination device in this case has a pressing device for pressing the articles during or after they are embedded in crosslinkable polymer material, and a heating device for heating the crosslinkable polymer material surrounding the embedded articles to a temperature of over 120 °. The monitoring device has a lighting device for illuminating the crosslinkable polymer material surrounding the articles with light having a wavelength in an emission range from 320 nm to 400 nm and a detection device for detecting fluorescent light having a wavelength in an absorption range from 400 nm to 600 nm from the illuminated crosslinkable Polymer material to detect. The illumination device and the detection device are thus designed to perform fluorescence measurements. The monitoring device furthermore has an evaluation device in order to determine information about a crosslinking state of the crosslinkable polymer material on the basis of the detected fluorescent light. The proposed device can be designed to perform a method according to embodiments of the method described above according to the first aspect of the invention.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Information über einen Vernetzungszustand von vernetzbarem Polymermaterial vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist zwei Beleuchtungseinrichtungen, eine Detektionseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung auf. Eine erste Beleuchtungseinrichtung ist dazu ausgelegt, das vernetzbare Polymermaterial mit erstem Licht mit einer Wellenlänge in einem ersten Emissionsbereich von 320 nm bis 400 nm zu beleuchten. Die zweite Beleuchtungseinrichtung ist dazu ausgelegt, das vernetzbare Polymermaterial mit zweitem Licht mit einer Wellenlänge in einem zweiten Emissionsbereich von über 400 nm bis z. B. 600 nm zu beleuchten. Die Detektionseinrichtung ist dazu ausgelegt, das durch das erste Licht bewirkte Fluoreszenzlicht sowie das durch das zweite Licht bewirkte reflektierte Licht mit jeweils Wellenlängen in einem Absorptionsbereich von über 400 nm zu detektieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu angepasst, Information über einen Vernetzungszustand des vernetzbaren Polymermaterials anhand sowohl des detektierten Fluoreszenzlichtes als auch anhand des detektierten reflektierten Lichtes zu ermitteln.According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for determining information about a crosslinked state of crosslinkable polymer material. The device has two illumination devices, a detection device and an evaluation device. A first illumination device is adapted to the first-light-crosslinkable polymer material having a wavelength in one first emission range of 320 nm to 400 nm to illuminate. The second illumination device is adapted to irradiate the crosslinkable polymer material with second light having a wavelength in a second emission range of over 400 nm to e.g. B. 600 nm to illuminate. The detection device is designed to detect the fluorescent light caused by the first light and the reflected light caused by the second light, each having wavelengths in an absorption range of more than 400 nm. The evaluation device is adapted to determine information about a crosslinking state of the crosslinkable polymer material based on both the detected fluorescent light and on the basis of the detected reflected light.
Eine Grundidee zu den Aspekten der vorliegenden Erfindung kann als auf der folgenden Erkenntnis beruhend angesehen werden: Es wurde festgestellt, dass sich ein Vernetzungszustand bzw. ein Vernetzungsgrad des während des Einlaminierens verwendeten vernetzbaren Polymermaterials, insbesondere bei der Verwendung von EVA, während des Laminationsvorgangs bei der erhöhten Temperatur von über 120°C verändert, wobei sich der Vernetzungsgrad mit fortschreitender Prozessdauer erhöht. Die Erfinder haben erkannt, dass die Veränderung des Vernetzungszustands des vernetzbaren Polymermaterials mit einer Veränderung der Fluoreszenzeigenschaften des EVA einhergeht. Bei erhöhtem Vernetzungsgrad wurde auch eine verstärkte Fluoreszenzstrahlung beobachtet. Es wird daher vorgeschlagen, die beobachtete Korrelation zwischen den Fluoreszenzeigenschaften und dem Vernetzungszustand des vernetzbaren Polymermaterials zu nutzen, um den Vernetzungszustand des beim Einlaminieren verwendeten vernetzbaren Polymermaterials in einfacher, zerstörungsfreier, optischer Weise ermitteln zu können. Eine hierfür eingesetzte Überwachungseinrichtung kann mit Hilfe der darin vorgesehenen Beleuchtungs- und Detektionseinrichtung beispielsweise direkt während des Laminierungsvorgangs, das heißt „in-situ”, oder alternativ kurz nach Abschluss des Laminierungsvorgangs Fluoreszenzeigenschaften des teilweise oder vollständig vernetzten vernetzbaren Polymermaterials bestimmen und anhand der ermittelten Veränderung der Fluoreszenzeigenschaften das Ableiten einer Information über den Vernetzungszustand des vernetzbaren Polymermaterials ermöglichen.A basic idea of the aspects of the present invention may be considered as based on the following finding: It has been found that a crosslinking state or degree of crosslinking of the crosslinkable polymer material used during lamination, especially when using EVA, during the lamination process in the changed elevated temperature of about 120 ° C, wherein the degree of crosslinking increases with increasing process time. The inventors have recognized that the change in the crosslinking state of the crosslinkable polymer material is accompanied by a change in the fluorescence properties of the EVA. With increased degree of crosslinking, increased fluorescence radiation was also observed. It is therefore proposed to use the observed correlation between the fluorescence properties and the crosslinking state of the crosslinkable polymer material in order to be able to determine the crosslinking state of the crosslinkable polymer material used during lamination in a simple, nondestructive, optical manner. A monitoring device used for this purpose can determine fluorescence properties of the partially or completely crosslinked crosslinkable polymer material with the aid of the illumination and detection device provided therein, for example directly during the lamination process, or alternatively shortly after completion of the lamination process Fluorescence properties allow deriving information about the crosslinking state of the crosslinkable polymer material.
Nachfolgend werden mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung in weiteren Einzelheiten beschrieben. Dabei wird stellvertretend für andere vernetzbare Polymermaterialien jeweils EVA als beispielhaftes vernetzbares Polymermaterial beschrieben.In the following, possible features and advantages of embodiments of the method according to the invention or the device according to the invention will be described in further detail. In each case, EVA is described as an exemplary crosslinkable polymer material, representative of other crosslinkable polymer materials.
Als erster Verfahrensschritt werden die zu verkapselnden Gegenstände, das heißt beispielsweise die zu verkapselnden Solarzellen, in EVA eingebettet. Dabei kann das EVA beispielsweise in Form von Folien, als Pulver oder als Granulat bereitgestellt werden und so angeordnet werden, dass es die zu verkapselnden Gegenstände möglichst vollständig umgibt.As a first method step, the objects to be encapsulated, that is, for example, the solar cells to be encapsulated, are embedded in EVA. In this case, the EVA can be provided for example in the form of films, as a powder or as granules and be arranged so that it surrounds the objects to be encapsulated as completely as possible.
Anschließend werden die Gegenstände mit dem sie umgebenden EVA verpresst, das heißt, es wird ein Druck auf das die Gegenstände umgebende EVA ausgeübt und eventuell gleichzeitig ein Vakuum in der Druckkammer erzeugt. In diesem verpressten Zustand wird das EVA dann auf eine erhöhte Temperatur von über 120°C erhitzt. Dabei verflüssigt sich das EVA und dringt in zuvor bestehende Hohlräume und Poren ein und füllt diese aus, so dass das EVA nach einem anschließenden Abkühlen und Erstarren die eingebetteten Gegenstände vollständig und klar durchsichtig umgibt.Subsequently, the objects are pressed with the surrounding EVA, that is, it is exerted a pressure on the objects surrounding EVA and possibly simultaneously generates a vacuum in the pressure chamber. In this compressed state, the EVA is then heated to an elevated temperature of over 120 ° C. The EVA liquefies and penetrates into previously existing cavities and pores and fills them, so that the EVA after a subsequent cooling and solidifying the embedded objects completely and clearly transparent surrounds.
EVA ist ein Elastomer, das heißt, ein Polymer, das unter Wärmeeinwirkung irreversibel quer-vernetzt. Während des Erhitzens des EVA auf über 120°C kommt es dabei mit zunehmender Erhitzungsdauer zu einer fortschreitenden Vernetzung des EVA. Ein letztendlich erreichter Vernetzungsgrad nach der Einkapselung von Gegenständen kann höchst relevant für eine spätere Funktionalität des EVA sein. Eine unzureichende Vernetzung kann beispielsweise zu Delaminationen und Korrosionen in einem Solarmodul führen und eine mechanische Steifigkeit des EVA beeinflussen. Um eine vollständige Vernetzung zu erreichen, sollte einerseits das EVA während des Laminierens möglichst lange und auf möglichst hohe Temperaturen erhitzt werden. Da jedoch andererseits ein Erhitzen des EVA einen erheblichen Energieaufwand mit sich bringt und eine Verlängerung des Laminationsprozesses in erhöhten Produktionskosten bzw. einem reduzierten Produktionsdurchsatz resultiert, wird andererseits angestrebt, die Erhitzung des EVA möglichst kurz zu halten und auf möglichst niedrige Temperaturen zu begrenzen.EVA is an elastomer, that is, a polymer that irreversibly cross-links under heat. During the heating of the EVA to more than 120 ° C, the EVA is progressively crosslinked with increasing heating time. An ultimate degree of cross-linking after encapsulation of articles may be highly relevant to later functionality of the EVA. For example, insufficient crosslinking can lead to delamination and corrosion in a solar module and affect mechanical stiffness of the EVA. To achieve complete crosslinking, the EVA should be heated as long as possible and at the highest possible temperatures during lamination. On the other hand, since heating of the EVA entails a considerable expenditure of energy and an extension of the lamination process results in increased production costs or a reduced production throughput, on the other hand the aim is to keep the heating of the EVA as short as possible and to limit it to the lowest possible temperatures.
Die hierin vorgeschlagene Ermittlung von Fluoreszenzeigenschaften des EVA durch Beleuchten des EVA mit UV-Licht und Messen des resultierenden Fluoreszenzlichts ermöglicht, zerstörungsfrei, schnell und zuverlässig eine Information über den Vernetzungsgrad des EVA während oder nach Abschluss des Vernetzungsvorgangs zu erhalten. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass sich die Fluoreszenzeigenschaften des EVA mit fortschreitender Vernetzung verändern, so dass es zu einer zunehmend starken Emission von Fluoreszenzlicht kommt.The determination of the fluorescent properties of the EVA proposed herein by illuminating the EVA with UV light and measuring the resulting fluorescent light enables nondestructive, fast and reliable information on the degree of crosslinking of the EVA to be obtained during or after completion of the crosslinking process. Here, the knowledge is used that change the fluorescence properties of the EVA with progressive networking, so that there is an increasingly strong emission of fluorescent light.
Es wird vermutet, dass es beim Vernetzen des EVA zur Bildung von Chromophoren, das heißt, von optisch aktiven Zentren, kommt, welche sich mit UV-Licht eines Wellenlängenbereichs von 370 nm ± 30 nm anregen lassen und dann Fluoreszenzlicht in einem höheren Wellenlängenbereich oberhalb von 400 nm aussenden.It is believed that upon crosslinking the EVA, chromophores, that is, optically active centers, are formed which interact with each other UV light of a wavelength range of 370 nm ± 30 nm excite and then emit fluorescent light in a higher wavelength range above 400 nm.
Insbesondere wurde beobachtet, dass es zu der Veränderung der Fluoreszenzeigenschaften des EVA nur dann zu kommen scheint, wenn der Vorgang des Verpressens und Erhitzen des EVA unter Sauerstoffmangel durchgeführt wird. Es wird davon ausgegangen, dass Sauerstoff die Bildung von Chromophoren hemmt oder verhindert oder die Chromophoren nach kurzer Zeit zerstört, so dass es bei einem Laminierungsvorgang, der nicht unter Sauerstoffmangel durchgeführt wird, nicht zu der beobachtbaren Veränderung der Fluoreszenzeigenschaften des EVA kommt und somit kein Indiz für den aktuellen Vernetzungszustand des EVA zur Verfügung steht. Unter „Sauerstoffmangel” kann hierbei eine signifikante Verringerung der Sauerstoffmenge in der umgebenden Atmosphäre während des Verpressens und Erhitzen verstanden werden, beispielsweise auf weniger als 0,1%, vorzugsweise weniger als 0,001% der unter normalen Umgebungsbedingungen vorhandenen Sauerstoffmenge. Um den gewünschten Sauerstoffmangel zu erreichen, können die Gegenstände beispielsweise unter Vakuum verpresst und erhitzt werden, wie dies bereits in herkömmlichen Laminiergeräten häufig der Fall ist.In particular, it has been observed that the change in the fluorescence properties of the EVA appears to occur only when the process of compressing and heating the EVA under oxygen deficiency is performed. It is believed that oxygen inhibits or prevents the formation of chromophores or destroys the chromophores after a short time, so that in a non-oxygen deficient lamination process, there is no observable change in the EVA's fluorescence properties and thus no indication available for the current state of networking of the EVA. By "oxygen deficiency", it may be understood herein as meaning a significant reduction in the amount of oxygen in the ambient atmosphere during compression and heating, for example to less than 0.1%, preferably less than 0.001%, of the amount of oxygen present under normal ambient conditions. For example, to achieve the desired oxygen deficiency, the articles may be vacuum pressed and heated, as is often the case in conventional laminators.
Um die Fluoreszenzeigenschaften des EVA bestimmen zu können, wird dieses mit UV-Licht beleuchtet, welches zumindest auch Licht eines Spektralbereiches von zwischen 320 nm und 400 nm enthält. Es wird zwar nicht ausgeschlossen, dass das anregende Licht auch Spektralbereiche mit weniger als 320 nm umfasst, allerdings wird davon ausgegangen, dass kurzwelliges UV-Licht von deutlich weniger als 340 nm im Allgemeinen nicht durch eine Glasscheibe transmittiert wird, wie sie meist zusammen mit dem EVA zum Verkapseln von Gegenständen, insbesondere von Solarzellen, verwendet wird, so dass kurzwelliges UV-Licht das EVA nicht erreicht. Andererseits sollte das anregende Licht möglichst keine Spektralbereiche oberhalb von 400 nm umfassen, da in diesem Spektralbereich das Fluoreszenzlicht emittiert wird und eine Reflexion oder Rückstreuung von eingestrahltem Anregungslicht im selben Spektralbereich somit die Messung des Fluoreszenzlichts erschweren würde.In order to be able to determine the fluorescence properties of the EVA, it is illuminated with UV light which at least also contains light of a spectral range of between 320 nm and 400 nm. Although it is not excluded that the exciting light also includes spectral regions with less than 320 nm, it is assumed that short-wave UV light of significantly less than 340 nm is generally not transmitted through a glass plate, as they usually together with the EVA is used to encapsulate objects, particularly solar cells, so that shortwave UV light does not reach the EVA. On the other hand, the stimulating light should as far as possible include no spectral ranges above 400 nm, since in this spectral range the fluorescent light is emitted and a reflection or backscattering of irradiated excitation light in the same spectral range would thus make the measurement of the fluorescent light more difficult.
Um das EVA mit UV-Licht zu beleuchten, kann die Beleuchtungseinrichtung eine einfache, kostengünstige Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode oder eine beliebige sonstige UV-Licht-Quelle aufweisen. Die Detektionseinrichtung kann beispielsweise eine im angegebenen Spektralbereich empfindliche Fotodiode sein.In order to illuminate the EVA with UV light, the illumination device may comprise a simple, inexpensive LED or a laser diode or any other UV light source. By way of example, the detection device can be a photodiode which is sensitive in the specified spectral range.
Insbesondere kann die Detektionseinrichtung dazu ausgelegt sein, die Intensität von Fluoreszenzlicht, welches über einen gesamten Spektralbereich von beispielsweise 400 bis 600 nm hin emittiert wird, zu messen und als Gesamtsignal auszugeben. Mit anderen Worten braucht die Detektionseinrichtung nicht dazu ausgelegt sein, das Fluoreszenzlicht auf seine spektrale Intensitätsverteilung hin analysieren zu können, sondern es reicht, eine Gesamtintensität des Fluoreszenzlichts zu bestimmen. Daher können für die Detektionseinrichtung sehr einfache und somit kostengünstige Fotodetektoren eingesetzt werden.In particular, the detection device can be designed to measure the intensity of fluorescent light which is emitted over an entire spectral range of, for example, 400 to 600 nm, and output it as a total signal. In other words, the detection device need not be designed to be able to analyze the fluorescent light toward its spectral intensity distribution, but it is sufficient to determine a total intensity of the fluorescent light. Therefore, very simple and thus inexpensive photodetectors can be used for the detection device.
Anhand des detektierten Fluoreszenzlichts können Informationen über einen aktuellen Vernetzungszustand des EVA abgeleitet werden. Dabei können die Fluoreszenzlichtmessungen wiederholt während des Laminationsvorgangs, das heißt während des Erhitzens des EVA auf über 120°C durchgeführt werden und quasi kontinuierlich überwacht werden, wie sich die Fluoreszenzeigenschaften des EVA ändern.On the basis of the detected fluorescent light, information about a current state of crosslinking of the EVA can be derived. The fluorescence light measurements can be carried out repeatedly during the lamination process, that is to say during the heating of the EVA to more than 120 ° C., and monitored virtually continuously as the fluorescence properties of the EVA change.
Signale einer Auswerteeinrichtung, die anhand des detektierten Fluoreszenzlichtes die Information über den Vernetzungszustand des EVA ermittelt, können dabei dazu verwendet werden, die Laminationseinrichtung bzw. insbesondere die darin verwendete Heizeinrichtung zu steuern. Insbesondere kann das von der Heizeinrichtung bewirkte Erhitzen des EVA auf über 120°C beendet werden, nachdem eine Intensität von detektiertem Fluoreszenzlicht einen vordefinierten Schwellenwert übersteigt.Signals of an evaluation device, which determines the information about the crosslinking state of the EVA on the basis of the detected fluorescent light, can be used to control the lamination device or, in particular, the heating device used therein. In particular, the heating of the EVA caused by the heater may be terminated above 120 ° C after an intensity of detected fluorescent light exceeds a predefined threshold.
Mit anderen Worten kann die Laminationseinrichtung den Laminationsvorgang durch fortwährendes Verpressen und Erhitzen des die zu verkapselnden Gegenstände umgebenden EVA vorantreiben und dabei eine zunehmende Vernetzung des EVA bewirken, wobei die Überwachungseinrichtung wiederholt die Fluoreszenzeigenschaften des EVA in-situ bestimmt und die Laminationseinrichtung dazu ansteuert, den Laminationsvorgang abzubrechen, sobald die Intensität des detektierten Fluoreszenzlichts einen Wert angenommen hat, bei dem beispielsweise aufgrund vorangegangener experimenteller Untersuchungen davon ausgegangen werden kann, dass eine ausreichende Vernetzung des EVA erreicht wurde.In other words, the lamination device can promote the lamination process by continuously compressing and heating the EVA surrounding the articles to be encapsulated, thereby causing increasing cross-linking of the EVA, the monitoring device repeatedly determining the fluorescence properties of the EVA in-situ and driving the lamination device to the lamination process cancel as soon as the intensity of the detected fluorescent light has assumed a value in which it can be assumed, for example on the basis of previous experimental investigations, that adequate crosslinking of the EVA has been achieved.
Alternativ kann eine Information über den Vernetzungszustand des EVA auch erst nach Abschluss des Laminiervorgangs durch Ermittlung der dann vorherrschenden Fluoreszenzeigenschaften des EVA durchgeführt werden, um beispielsweise nachträglich den Vernetzungsgrad des EVA überprüfen zu können und gegebenenfalls unzureichend vernetzte Laminate aussortieren oder nachbehandeln zu können. Hierzu sollten die Verfahrensschritte des Beleuchtens mit anregendem UV-Licht, Detektieren von Fluoreszenzlicht und Ableiten der Information über den Vernetzungszustand möglichst innerhalb eines Zeitraums von einer Woche nach Beenden des Erhitzens des EVA, und insbesondere bevor das EVA dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, durchgeführt werden. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass die beim Erhitzen des EVA gebildeten und für die geänderten Fluoreszenzeigenschaften verantwortlichen Chromophoren zeitlich nicht stabil zu sein scheinen und es insbesondere bei einer Lagerung unter Sauerstoffzufuhr mit der Zeit zu einer Reduzierung der Fluoreszenzemissionen kommen kann. Bestrahlung mit Sonnenlicht kann diesen Vorgang fördern bzw. beschleunigen. Eine zuverlässige Information über den beim Laminieren erreichten Vernetzungszustand des EVA lässt sich somit nur innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer nach Abschluss des Laminierungsverfahrens ableiten. Bei sauerstoffdicht verkapselten Solarmodulen, z. B. bei einem Verbund mit einer Glasvorderseite und einer Aluminiumrückseitenfolie oder einer Glasrückseite können auch bedeutend längere Zeiten (viele Monate) nach dem Laminieren genutzt werden, solange das Modul keiner Sonnenstrahlung oder anderen ähnlich starken UV-Lichtquellen ausgesetzt wird.Alternatively, information on the crosslinking state of the EVA can also be carried out only after completion of the lamination process by determining the then prevailing fluorescence properties of the EVA, for example, to be able to retrospectively check the degree of crosslinking of the EVA and, if appropriate, sort out or post-treat insufficiently crosslinked laminates. For this purpose, the process steps of lighting with stimulating UV light, Detecting fluorescent light and deriving the information on the state of crosslinking as possible within a period of one week after stopping the heating of the EVA, and in particular before the EVA is exposed to sunlight. This is based on the observation that the chromophores formed upon heating of the EVA and responsible for the changed fluorescence properties do not appear to be stable over time and, in particular when stored under oxygen supply, a reduction in fluorescence emissions can occur over time. Irradiation with sunlight can promote or accelerate this process. Reliable information about the crosslinking state of the EVA achieved during lamination can therefore only be derived within a relatively short period of time after the conclusion of the lamination process. In oxygen-tight encapsulated solar modules, z. Example, in a composite with a glass front and an aluminum backsheet or a glass back also significantly longer times (many months) can be used after lamination, as long as the module is not exposed to solar radiation or other similar strong UV light sources.
Bei der Messung der Fluoreszenzeigenschaften des EVA ist häufig davon auszugehen, dass zusätzlich zu dem zu messenden Fluoreszenzlicht mit hoher Wahrscheinlichkeit auch ein Anteil des von der Beleuchtungseinrichtung eingestrahlten Lichts in Form von reflektiertem oder rückgestreutem Licht die Detektionseinrichtung erreicht. Ferner ist davon auszugehen, dass Fluoreszenzlicht im Allgemeinen isotrop ausgesendet wird, wobei ein Teil des Fluoreszenzlichts direkt hin zu der Detektionseinrichtung gestrahlt wird und ein anderer Teil beispielsweise hin zu den zu verkapselnden Gegenständen emittiert und dort reflektiert wird und letztendlich zumindest teilweise auch die Detektionseinrichtung erreicht. Somit wird davon ausgegangen, dass die von der Detektionseinrichtung gemessene Lichtintensität unter anderem stark von den Reflexions- und Streueigenschaften der zu verkapselnden Gegenstände und des sie umgebenden EVA abhängt. So ist zum Beispiel zu erwarten, dass bei einem Solarmodul über einem metallischen Verbinder mehr Streulicht generiert wird als über einem mit einer Antireflexbeschichtung versehenen zentralen Bereich einer Solarzelle, an dem fast kein Fluoreszenzlicht reflektiert wird. Um den Einfluss des Messortes auf die Bestimmung des Vernetzungsgrades des EVA zu minimieren, werden zwei mögliche Maßnahmen vorgeschlagen.In the measurement of the fluorescence properties of the EVA, it is frequently to be assumed that, in addition to the fluorescent light to be measured, a portion of the light irradiated by the illumination device in the form of reflected or backscattered light is also likely to reach the detection device. Furthermore, it can be assumed that fluorescence light is generally emitted isotropically, with part of the fluorescence light being radiated directly towards the detection device and another part being emitted, for example, reflected towards the objects to be encapsulated and ultimately reaching the detection device at least partially. It is thus assumed that the light intensity measured by the detection device depends, inter alia, strongly on the reflection and scattering properties of the objects to be encapsulated and of the surrounding EVA. For example, it is to be expected that in the case of a solar module more stray light is generated via a metallic connector than via a central area of a solar cell provided with an antireflection coating, at which almost no fluorescent light is reflected. In order to minimize the influence of the measuring site on the determination of the degree of crosslinking of the EVA, two possible measures are proposed.
Erstens kann kurz vor Beginn oder bei Beginn des Erhitzens des EVA eine Anfangsintensität I0 von Fluoreszenzlicht gemessen werden und dann, zu einem späteren Zeitpunkt während oder nach dem Erhitzen, eine aktuelle Intensität It von Fluoreszenzlicht gemessen werden. Die aktuelle Fluoreszenzlichtintensität kann dabei mit Hilfe der Anfangsintensität normiert werden, da davon ausgegangen werden kann, dass vor oder bei Beginn des Erhitzens keine bzw. eine vernachlässigbare Menge an Fluoreszenzstrahlung durch die beim Vernetzen des EVA entstehenden Chromophoren auftritt. Ein leichtes Einstreuen des Anregungslichtes in den Detektor kann als Maß für lokales Streulicht herangezogen werden. Die Information über einen aktuellen Vernetzungszustand des EVA kann somit anhand eines Quotienten It/I0 aus der aktuellen Intensität und der Anfangsintensität von gemessenem Fluoreszenzlicht abgeleitet werden. Dieser Quotient ist weitgehend unabhängig vom Reflexionsgrad am Messort und kann somit als eine robuste Messgröße für die Bestimmung der Information über den Vernetzungszustand des EVA dienen.First, just before or at the beginning of the heating of the EVA, an initial intensity I 0 of fluorescent light may be measured and then, at a later time during or after the heating, a current intensity I t of fluorescent light measured. The current fluorescence light intensity can be normalized with the aid of the initial intensity, since it can be assumed that no or a negligible amount of fluorescence radiation occurs before or at the beginning of the heating due to the chromophores formed during the crosslinking of the EVA. A light scattering of the excitation light in the detector can be used as a measure of local scattered light. The information about a current state of crosslinking of the EVA can thus be derived from the current intensity and the initial intensity of measured fluorescent light on the basis of a quotient I t / I 0 . This quotient is largely independent of the reflectance at the measurement location and can thus serve as a robust parameter for determining the information about the crosslinking state of the EVA.
Als zweite Alternative kann bei einer Vorrichtung, die zum Ermitteln der Fluoreszenzeigenschaften des EVA geeignet ist und dementsprechend eine UV-Beleuchtungseinrichtung und eine Detektionseinrichtung zum Detektieren des sichtbaren Fluoreszenzlichts aufweist, eine zusätzliche zweite Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein. Diese kann das EVA im gleichen räumlichen Bereich beleuchten, wie die erste Beleuchtungseinrichtung, aber Licht, welches dem Spektralbereich der Fluoreszenz des EVA entspricht, aussenden. Während das Licht der ersten Beleuchtungseinrichtung aufgrund seiner kurzen Wellenlänge nicht direkt von der Detektionseinrichtung detektiert werden kann, da diese in diesem kurzwelligen Spektralbereich nicht empfindlich ist oder durch Filter geschützt ist, kann das Licht der zweiten Beleuchtungseinrichtung im Falle einer Rückreflexion oder Rückstreuung auf die Detektionseinrichtung direkt von der Detektionseinrichtung detektiert werden. Mit Hilfe der zweiten Beleuchtungseinrichtung und der im gleichen Spektralbereich empfindlichen Detektionseinrichtung können somit Reflexions- und Streueigenschaften der zu verkapselnden Gegenstände sowie des umgebenden EVA gemessen werden. Diese gemessenen optischen Eigenschaften können zur Kalibrierung der vorzugsweise in einem separaten Messvorgang gemessenen Intensität von Fluoreszenzlicht herangezogen werden. Die Größe, die vorzugsweise zur Bestimmung des Vernetzungsgrades herangezogen wird, ist in diesem Fall das Verhältnis zwischen der gemessenen Fluoreszenzintensität und der am selben Ort gemessenen Reflexionsintensität.As a second alternative, in a device which is suitable for determining the fluorescence properties of the EVA and accordingly has a UV illumination device and a detection device for detecting the visible fluorescent light, an additional second illumination device can be provided. This can illuminate the EVA in the same spatial area as the first illumination device, but emit light that corresponds to the spectral range of the fluorescence of the EVA. While the light of the first illumination device can not be detected directly by the detection device because of its short wavelength, since it is not sensitive in this short-wave spectral range or is protected by filters, the light of the second illumination device can be directly reflected in the case of back reflection or backscatter to the detection device be detected by the detection device. Reflection and scattering properties of the objects to be encapsulated and of the surrounding EVA can thus be measured with the aid of the second illumination device and the detection device sensitive in the same spectral range. These measured optical properties can be used to calibrate the intensity of fluorescent light, which is preferably measured in a separate measurement process. The size which is preferably used to determine the degree of crosslinking is in this case the ratio between the measured fluorescence intensity and the reflection intensity measured at the same location.
Um die Zuverlässigkeit des Messverfahrens weiter zu erhöhen, kann das Beleuchten des EVA periodisch durchgeführt werden, wobei die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise mit einer Frequenz von 1 kHz an- und ausgeschaltet werden kann, und die Fluoreszenzlichtintensität kann mit Hilfe eines Lock-in-Verfahrens detektiert werden.In order to further increase the reliability of the measurement method, the lighting of the EVA may be performed periodically, wherein the lighting device may be turned on and off at a frequency of 1 kHz, for example, and the fluorescent light intensity may be detected by a lock-in method.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Heizeinrichtung mit einer Heizplatte ausgebildet sein. Die Verpresseinrichtung kann hierbei an einer Seite der Heizplatte angeordnet sein, wohingegen die Beleuchtungseinrichtung und die Detektionseinrichtung an einer entgegengesetzten Seite der Heizplatte angeordnet sind. Die Heizplatte weist dabei eine Öffnung auf, beispielsweise in Form eines Durchgangsloches, durch die hindurch die Beleuchtungseinrichtung das EVA, das die in der Verpresseinrichtung aufgenommenen Gegenstände umgibt, beleuchten und durch die Fluoreszenzlicht hin zu der Detektionseinrichtung gelangen kann. In one embodiment of the device according to the invention, the heating device may be formed with a heating plate. The pressing device may in this case be arranged on one side of the heating plate, whereas the lighting device and the detection device are arranged on an opposite side of the heating plate. In this case, the heating plate has an opening, for example in the form of a through-hole, through which the illumination device can illuminate the EVA surrounding the objects received in the pressing device and can reach the detection device through the fluorescent light.
Mit anderen Worten braucht ein herkömmlicher Laminator, wie er beispielsweise zum Verkapseln von Solarmodulen eingesetzt wird, lediglich geringfügig modifiziert zu werden, um ihn geeignet für die Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auszugestalten. Bei einem solchen Laminator wird häufig eine Heizplatte zusammen mit einer Vakuum-Verpresseinrichtung dazu eingesetzt, um die zu verkapselnden Gegenstände zusammen mit dem umgebenden EVA unter Druck zu setzen und gleichzeitig zu heizen. Es wird nun vorgeschlagen, in der ansonsten lichtundurchlässigen Heizplatte eine Öffnung vorzusehen. Durch diese Öffnung hindurch können die Fluoreszenzeigenschaften des erhitzten EVA während des Laminierungsvorgangs wiederholt gemessen und daraus Rückschlüsse über den Vernetzungsgrad des EVA gezogen werden. Die Öffnung kann hierbei ausreichend klein gehalten werden, so dass durch sie kein signifikanter Einfluss auf die Heizwirkung der Heizplatte entsteht. Außerdem kann die Öffnung bzw. die daran angelagerten Beleuchtungs- und Detektionseinrichtungen geeignet abgedichtet werden, um zu vermeiden, dass es zu einer Belüftung der an der entgegengesetzten Seite der Heizplatte angeordneten Verpresseinrichtung und somit zum Verlust eines dort eventuell herrschenden Vakuums kommt.In other words, a conventional laminator, as used for example for encapsulating solar modules, only needs to be slightly modified in order to make it suitable for carrying out the method according to the invention described above. In such a laminator, a hot plate is often used together with a vacuum pressing device to pressurize and simultaneously heat the objects to be encapsulated together with the surrounding EVA. It is now proposed to provide an opening in the otherwise opaque heating plate. Through this opening, the fluorescence properties of the heated EVA can be repeatedly measured during the lamination process and conclusions about the degree of crosslinking of the EVA can be drawn. The opening can be kept sufficiently small, so that no significant effect on the heating effect of the heating plate is formed by them. In addition, the opening or the lighting and detection devices attached thereto can be suitably sealed in order to avoid that there is a venting of the arranged on the opposite side of the heating plate pressing device and thus the loss of any prevailing vacuum there.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass von der Beleuchtungseinrichtung ausgehendes Licht unter einem von 90° deutlich verschiedenen Winkel auf eine Oberfläche des die Gegenstände umgebenden EVA trifft. Vorzugsweise richtet die Beleuchtungseinrichtung einen Lichtstrahl derart auf die Oberfläche des EVA, beispielsweise unter einem Winkel von 60 bis 88°, dass rückreflektiertes Licht nicht auf die meist in der Nähe der Beleuchtungseinrichtung angeordnete Detektionseinrichtung trifft. Auf diese Weise kann eine starke Beeinflussung oder gar Verfälschung der Messung des Fluoreszenzlichts durch direkt rückreflektiertes Anregungslicht vermieden werden.According to a further embodiment of a device according to the invention, the illumination device is designed and arranged such that light emanating from the illumination device strikes a surface of the EVA surrounding the objects at a substantially different angle than 90 °. Preferably, the illumination device directs a light beam onto the surface of the EVA in such a way, for example at an angle of 60 to 88 °, that reflected light does not strike the detection device which is usually arranged in the vicinity of the illumination device. In this way, a strong influence or even falsification of the measurement of the fluorescent light by directly reflected back excitation light can be avoided.
Bei einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Laminationseinrichtung ein erster Filter angeordnet, der Licht mit einer Wellenlänge oberhalb von einer Grenzwellenlänge von beispielsweise 400 nm herausfiltert, und in einem Strahlengang zwischen der Laminationseinrichtung und der Detektionseinrichtung ist ein zweiter Filter angeordnet, der Licht mit einer Wellenlänge unterhalb dieser Grenzwellenlänge herausfiltert. Die Grenzwellenlänge beider Filter kann um bis zu 50 nm gegenüber den 400 nm abweichen solange die Grenzwellenlänge beider Filter aufeinander abgestimmt ist.In a further embodiment of a device according to the invention, a first filter is arranged in a beam path between the illumination device and the lamination device, which filters out light having a wavelength above a cut-off wavelength of, for example, 400 nm, and a second path is present in a beam path between the lamination device and the detection device Filter arranged that filters out light with a wavelength below this cut-off wavelength. The cut-off wavelength of both filters can deviate by up to 50 nm from the 400 nm as long as the cut-off wavelength of both filters is matched.
Mit anderen Worten soll das Licht, das von der Beleuchtungseinrichtung auf das EVA gerichtet wird, mit Hilfe des ersten Filters möglichst weitgehend, beispielsweise um mehr als 80%, von Spektralanteilen oberhalb der Grenzwellenlänge befreit werden, wohingegen Licht, das von dem in der Laminationseinrichtung aufgenommenen EVA und den darin eingebetteten Gegenständen hin zu der Detektionseinrichtung gestrahlt wird, mit Hilfe des zweiten Filters möglichst weitgehend von Spektralanteilen von weniger als der Grenzwellenlänge befreit werden soll. Damit kann erreicht werden, dass mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung zwar die Fluoreszenz-aktiven Zentren des EVA angeregt werden können, etwaiges reflektiertes oder rückgestreutes Licht jedoch nicht von der Detektionseinrichtung detektiert werden kann. Mit Hilfe der zusätzlich vorgesehenen Filter kann dabei ausgeglichen werden, dass eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine kostengünstige Beleuchtungseinrichtung, kaum nur in einen sehr engen Spektralbereich emittiert und somit sichergestellt werden könnte, dass von ihr kein Licht im von der Detektionseinrichtung abgedeckten Spektralbereich emittiert würde. Andererseits können insbesondere kostengünstige Detektionseinrichtungen ohne einen vorgeschalteten Filter kaum dazu ausgebildet werden, ausschließlich Licht in einem Spektralbereich oberhalb einer Detektionsgrenze wahrzunehmen, so dass ohne den zweiten Filter auch teilweise rückgestreutes Anregungslicht detektiert würde.In other words, the light directed by the illumination device onto the EVA should be freed as far as possible, for example by more than 80%, from spectral components above the cut-off wavelength with the aid of the first filter, whereas light received from that recorded in the lamination device EVA and the objects embedded therein to the detection device is irradiated, with the help of the second filter as far as possible to be freed from spectral components of less than the cut-off wavelength. It can thus be achieved that with the aid of the illumination device, although the fluorescence-active centers of the EVA can be excited, any reflected or backscattered light can not be detected by the detection device. With the aid of the additionally provided filters can be compensated that a lighting device, in particular a low-cost lighting device, hardly emitted only in a very narrow spectral range and thus could be ensured that no light would be emitted from it in the spectral range covered by the detection device. On the other hand, particularly cost-effective detection devices without an upstream filter can hardly be designed to perceive exclusively light in a spectral range above a detection limit, so that partially backscattered excitation light would be detected without the second filter.
Während in der vorangegangenen Beschreibung hauptsächlich die für Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Verfahrensschritte bzw. die für Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlichen Komponenten und deren Merkmale beschrieben wurden, erkennt ein Fachmann, dass beim Einlaminieren von zu verkapselnden Gegenständen auch weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden können oder notwendig sein können und bei einer Laminiervorrichtung weitere Komponenten vorgesehen oder notwendig sein können. Außerdem erkennt ein Fachmann, dass sich die für Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Merkmale in analog passender Weise auf Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen lassen und umgekehrt. Insbesondere können die beschriebenen Verfahrens- und/oder Vorrichtungsmerkmale vorteilhaft kombiniert werden, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.While in the preceding description mainly the process steps essential for embodiments of the method according to the invention or the components essential for embodiments of the inventive device and their features have been described, a person skilled in the art recognizes that when laminating articles to be encapsulated, further process steps can be performed or be necessary can and may be provided or necessary in a laminating other components. In addition, a person skilled in the art will recognize that those described for embodiments of the method according to the invention Transfer features in an analogous manner to embodiments of the device according to the invention and vice versa. In particular, the described process and / or device features can be advantageously combined to arrive at further embodiments of the invention and possibly synergy effects.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, ersichtlich, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which neither the description nor the drawings are to be construed as limiting the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den verschiedenen Figuren auf gleiche oder gleich wirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. The same reference numerals in the various figures refer to the same or equivalent features.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Die Vorrichtung
Um die Komponenten des Solarmoduls
Wie in
Der von der Beleuchtungseinrichtung
Um das Eindringen von Fremdlicht von außen oder das Übersprechen von Licht von der Beleuchtungseinrichtung
Wenn das von der Beleuchtungseinrichtung
Während das in
Zusätzlich zu der ersten Beleuchtungseinrichtung
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen”, „aufweisen” etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein” schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.Finally, it is pointed out that the terms "comprise", "exhibit" etc. do not exclude the presence of further elements. The term "a" does not exclude the presence of a plurality of objects. The reference signs in the claims are only for better readability and are not intended to limit the scope of the claims in any way.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- LaminierungseinrichtungThe laminator
- 33
- Solarmodulsolar module
- 55
- Gehäusecasing
- 77
- Trennkanteseparating edge
- 99
- Heizplatteheating plate
- 1010
- Heizeinrichtungheater
- 1111
- FrontglasscheibeFront glass
- 1313
- EVA-FolieEVA film
- 1515
- Solarzellensolar cells
- 1717
- Rückseitenkaschierungbacksheet
- 1919
- Druckmembranpressure membrane
- 2020
- Verpresseinrichtungpressing device
- 2121
- Vakuumpumpevacuum pump
- 2323
- Steuerungcontrol
- 2525
- Öffnungopening
- 2727
- Überwachungseinrichtungmonitoring device
- 2929
- (erste) Beleuchtungseinrichtung(first) lighting device
- 3131
- Anregungsstrahlexcitation beam
- 3333
- erster Filterfirst filter
- 3434
- Spiegelmirror
- 3535
- reflektiertes Lichtreflected light
- 3737
- Detektionseinrichtungdetection device
- 3838
- Auswerteeinrichtungevaluation
- 3939
- Gehäusecasing
- 4141
- Trennwandpartition wall
- 4343
- Fluoreszenz-aktive Zentren/ChromophorenFluorescence-active centers / chromophores
- 4545
- Fluoreszenzlichtfluorescent light
- 4747
- zweiter Filtersecond filter
- 5151
- VernetzungszustandmessvorrichtungNetworking state measuring device
- 5353
- opake Platteopaque plate
- 5555
- opake Folieopaque foil
- 5757
- zweite Beleuchtungseinrichtungsecond illumination device
- 5959
- zweites Beleuchtungslichtsecond illumination light
Claims (15)
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