JP2008235522A - 太陽電池モジュールの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積のモジュール構成材料の積層体でも、熱風循環の流れ方向の温度差を低減させ、面全体を均一に加熱することによって高品質の製品を製造することが可能な太陽電池モジュールの製造装置を提供することにある。
【解決手段】モジュール構成材料の積層体が配置される真空ラミネート装置２１と、棚段構造を有する熱風循環方式の加熱炉２２とを備え、加熱炉２２内にモジュール構成材料の積層体が配置された複数の真空ラミネート装置２１を多段に配置し、各ラミネート空間を真空引きした状態で熱風を循環させてモジュール構成材料の積層体をそれぞれ加熱する太陽電池モジュールの製造装置２０において、加熱炉２２内の両側に、真空ラミネート装置２１を間に置いて熱風を循環させる加熱手段２４及び送風手段２５をそれぞれ配設し、これら両側の加熱手段２４及び送風手段２５を切り換えて熱風循環の流れ方向を定期的に変えるように構成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜太陽電池に表面保護シート、裏面補強シート等を施して耐候性、機械強度などを付与した太陽電池モジュールの製造装置に関する。

近年、環境保護の観点からクリーンなエネルギーである太陽電池が注目を集めている。その中でも、薄膜太陽電池は、軽量、薄型、大面積化及び量産性等の面で有利なことから、多く採用されている。一方、薄膜太陽電池は、フィルム状の基板に光電変換素子を形成したものであり、耐候性や機械強度が小さいために、太陽電池の表面側を封止接着剤と表面保護材で覆うとともに、太陽電池の裏面側に封止接着剤と補強材を貼り合わせて耐候性や機械強度を高めることにより構成した太陽電池モジュールの態様にて屋外での使用に対応させている。

図３は、太陽電池モジュールの積層構造を模式的に表した分解斜視図である。
太陽電池モジュールは、図３に示すように、フィルム状のプラスチック基板の上に非晶質の光電変換素子を形成した薄膜太陽電池（サブモジュール）１と、該薄膜太陽電池１の両面に貼り合わせて封止する封止接着剤である熱接着シート（例えば、ＥＶＡ樹脂）２，３と、太陽電池１の表面（受光面）側に積層される耐候性のある表面保護シート（例えば、ＥＴＦＥ樹脂）４と、太陽電池１の裏面側に積層される機械強度のある裏面補強シート（鋼板）５と、太陽電池１の裏面側に貼り合わせられる直列配線材（例えば、半田めっきした銅箔リード）６及び出力配線材（例えば、半田めっきした銅箔リード）７と、が重ね合せられた積層構造のモジュール構成材料８となっている。

このようなモジュール構成材料８を積層して太陽電池モジュールを組み立てる場合には、図４及び図５に示すような真空ラミネート装置９が用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。この真空ラミネート装置９は、モジュール構成材料８を載置すべく平坦な金属板で形成された基板（パレット）１０と、該基板１０の上面外周を包囲すべく立設された脱気用フレーム１１と、該フレーム１１の上に被せてラミネート処理空間を密封する柔軟性材料のゴムシート（上蓋）１２とから構成されており、モジュール構成材料８とゴムシート１２との間には、通気性の剥離シート（ＰＦＡシート）１３が介装されるようになっている。また、脱気用フレーム１１は、断面三角形の中空状に形成され、その外周側のフランジ部を基板１０の上面に接合し、内周側の先端と基板１０との間に排気空気流の通路となる間隙が形成されており、当該フレーム１１の周壁から外方へ引き出した排気ポート１１ａに後述のバルブを介して真空ポンプが接続されている。

また、太陽電池モジュールの製造装置としては、例えば、図７に示すようなものがある。この太陽電池モジュールの製造装置１４は、真空ラミネート装置９の他に、棚段構造を有する熱風循環方式の大型加熱炉１５を備えており、該加熱炉１５内には、複数枚の太陽電池モジュールを一度に作成できるように、複数の真空ラミネート装置９が上下方向に間隔を置いて多段に設置可能となっている。このため、各真空ラミネート装置９は、排気ポート１１ａに取付けられたバルブ１６を介して加熱炉１５内の排気マニホールド１７と真空ポンプ１８に接続されるように構成されている。

次に、図６及び図７を参照しながら、上記製造装置１４の真空ラミネート装置９及び加熱炉１５を用いてラミネート処理を行い、加熱して太陽電池モジュールを製造する手順を説明する。
まず、外周を脱気用フレーム１１で囲まれた基板１０の上に剥離シート１３を敷き、その上に積層体としてのモジュール構成材料８を位置合わせして順に重ねる。次いで、このモジュール構成材料８の上に別の剥離シート１３を敷き、脱気用フレーム１１の全周を覆うように上蓋としてのゴムシート１２を被せる。

この配置完了後、真空ラミネート装置９を太陽電池モジュールの製造装置１４の加熱炉１５内に搬入し、脱気用フレーム１１の排気ポート１１ａをバルブ１６及びマニホールド１７を介して真空ポンプ１８に接続する。次いで、真空ポンプ１８を起動して真空ラミネート装置９の処理空間を真空引きし、積層した構成材料の間に残留している空気を脱気して系外に排出するとともに、加熱炉１５の電源を入れて封止接着剤が硬化する温度まで加熱する。

上記した真空引きにより、図６に示すようにゴムシート１２が脱気用フレーム１１の周囲に密着してラミネート処理空間が減圧され、周囲圧力（大気圧）との差圧によって基板１０とゴムシート１２との間に挟まれたモジュール構成材料８の積層体に加圧力Ｐが加わるとともに、加熱炉１５からの加熱により封止接着剤である熱接着シート２，３が硬化して、各材料が一体にラミネートされることになる。そして、封止材料の硬化時間が経過したところでバルブ１６を閉じ、真空ラミネート装置９の処理空間を真空圧に維持したまま、真空ラミネート装置９を加熱炉１５から取出して自然冷却する。
その後、バルブ１６を開いて処理空間を大気圧に戻しゴムシート１２を取り除けば、ラミネート処理して製造した太陽電池モジュールの完成品を取り出すことが可能となる。

特開２００５−１６６７６７号公報 特開２００４−３１１５７１号公報

ところで、上述した従来の太陽電池モジュールの製造装置１４においては、加熱炉１５が熱風循環方式を採用しており、加熱炉１５内の片側に配設した複数個のヒータ及びファン（図示せず）によって熱風を循環させ、多段に配置したモジュール構成材料８の積層体を加熱するように構成されている。
しかしながら、近年の太陽電池モジュールは、大型化の要求から大面積に形成されているので、多段に配置したモジュール構成材料８の積層体を加熱する際に、熱風の流れ方向に沿って温度勾配が発生し、上流側の温度が高く下流側の温度が低くなっており、大面積の積層体を均一に加熱することが難しく、高品質の製品が得られないという問題を有している。
なお、熱風の流速を上げることによって、熱風の流れ方向に沿った温度勾配の発生をある程度緩和することが可能となるが、大型の送風機を使用する必要があるなど、現実的な解決策とはなっていない。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、大面積のモジュール構成材料の積層体でも、熱風循環の流れ方向の温度差を低減させ、面全体を均一に加熱することによって高品質の製品を製造することが可能な太陽電池モジュールの製造装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、モジュール構成材料の積層体が配置される真空ラミネート装置と、棚段構造を有する熱風循環方式の加熱炉とを備え、該加熱炉内に前記モジュール構成材料の積層体が配置された複数の前記真空ラミネート装置を多段に配置し、各ラミネート空間を真空引きした状態で熱風を循環させて前記モジュール構成材料の積層体をそれぞれ加熱する太陽電池モジュールの製造装置において、前記加熱炉内の両側に、前記真空ラミネート装置を間に置いて熱風を循環させる加熱手段及び送風手段をそれぞれ配設し、これら両側の加熱手段及び送風手段を切り換えて熱風循環の流れ方向を定期的に変えるように構成している。

本発明において、特に、次のように構成することが好ましい。
（１）前記加熱炉にはタイマーが設置されており、該タイマーにより計測された一定時間経過後に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されている。
（２）前記加熱炉の両側には温度検出手段がそれぞれ設置されており、該温度検出手段によって検出された前記加熱炉内の両側の温度差が一定以上生じた場合に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されている。

上述の如く、本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置は、モジュール構成材料の積層体が配置される真空ラミネート装置と、棚段構造を有する熱風循環方式の加熱炉とを備え、該加熱炉内に前記モジュール構成材料の積層体が配置された複数の前記真空ラミネート装置を多段に配置し、各ラミネート空間を真空引きした状態で熱風を循環させて前記モジュール構成材料の積層体をそれぞれ加熱するものであって、前記加熱炉内の両側に、前記真空ラミネート装置を間に置いて熱風を循環させる加熱手段及び送風手段をそれぞれ配設し、これら両側の加熱手段及び送風手段を切り換えて熱風循環の流れ方向を定期的に変えるように構成しているので、モジュール構成材料の積層体の面内で高温になる側と低温になる側とが迅速かつ確実に入れ替わることになり、当該モジュール構成材料の積層体の全面を均一に加熱することができる。
これにより、前記モジュール構成材料の積層体の面内の温度が均一になり、高品質の製品である太陽電池モジュールを製造することができる。

また、本発明において、前記加熱炉にはタイマーが設置されており、該タイマーにより計測された一定時間経過後に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されていれば、両側の加熱手段及び送風手段の切り換え操作を円滑に行うことができ、優れた品質の太陽電池モジュールを効率良く製造でき、生産性の向上を図ることができる。

さらに、本発明において、前記加熱炉の両側には温度検出手段がそれぞれ設置されており、該温度検出手段によって検出された前記加熱炉内の両側の温度差が一定以上生じた場合に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されていれば、両側の加熱手段及び送風手段の切り換え操作を最も必要な時期に行うことができ、より優れた品質の太陽電池モジュールを効率良く製造できる。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの製造装置について、その実施形態に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置の平面図、図２は図１の製造装置の側面図である。

図１及び図２において、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置２０の基本的構成は、図３〜図７に示されるものと同様である。
すなわち、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置２０は、図４〜図６に示すものと同様の構造である真空ラミネート装置２１と、図７に示すものと同様の棚段構造（本実施形態では１０段）を有する熱風循環方式の加熱炉２２とを備えており、真空ラミネート装置２１には、モジュール構成材料の積層体（図３参照）が配置されるようになっている。また、加熱炉２２内には、当該モジュール構成材料の積層体を配置した複数の真空ラミネート装置２１が搬入され、上下方向に間隔を開けて多段（１０段）にわたり配置されるようになっている。そして、加熱炉２２の内部では、各真空ラミネート装置２１のラミネート空間を真空引きした状態で熱風を循環させて当該モジュール構成材料の積層体をそれぞれ加熱するように構成されている。
このため、本実施形態の加熱炉２２内には、図７に示す加熱炉と同様、各真空ラミネート装置２１の排気ポート（図示せず）に取付けられたバルブを介して接続される図示しない排気マニホールドが設けられており、当該排気マニホールドは、側壁に設けられた排気孔２３を通って図外の真空ポンプに接続されている。

一方、本実施形態の加熱炉２２には、次のような改良が施されている。
すなわち、加熱炉２２内の左右両側には、図１及び図２に示すように、真空ラミネート装置２１を間に置いて、熱風を循環させる複数（本実施形態では、片側に４台づつ）の加熱手段２４及び送風手段２５が上下に間隔を開けながら配設されており、これら両側の加熱手段２４及び送風手段２５は、片側ごとに切り換えることによって、熱風循環の流れ方向（図２の矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向で示されている）が定期的に変えられるように構成されている。

加熱手段２４は、送風手段２５より真空ラミネート装置２１側に位置し、上下方向に沿って一定の間隔を置いて配設されており、左右両側の加熱手段２４は、互いに対向して配置されている。これら加熱手段２４としては、送風手段２５との協働作用によって、３０分程度の時間で加熱炉２２の内部を室温から１５０℃まで昇温することが可能な能力を有するものが設けられており、例えば、ストレートフィンヒータなどが使用されている。

送風手段２５は、各加熱手段２４の背面側であって、加熱炉２２の左右両側の内壁面に取付けられており、上下方向に沿って一定の間隔を置いて配設されている。これら送風手段２５としては、加熱手段２４により発生させた熱を熱風として、加熱炉２２内を反時計方向（矢印Ａ方向）または時計方向（矢印Ｂ方向）循環させ、多段に配置した各真空ラミネート装置２１の上下間を熱風が流れるように配置構成されている。
このため、送風手段２５としては、多数のフィンを有するシロッコファン２６が使用されており、各シロッコファン２６は、循環ファンモータ２７に直結されて回転駆動されるようになっている。なお、循環ファンモータ２７は、側面視でＬ字形状のブラケット２８を介して加熱炉２２の左右両側の外壁面に取付けられている。

また、本実施形態の加熱炉２２には、図２に示すように、タイマー２９または温度検出手段３０の少なくとも一方が設けられている。タイマー２９は、加熱炉２２の外壁面などに取付けられており、片側の加熱手段２４及び送風手段２５の作動切換時間を計測するために用いられている。この切換時間は、真空ラミネート装置２１の設置数や大きさなどに基づき、片側の加熱手段２４及び送風手段２５の作動状況を見て、経験則から求められたものである（例えば、１〜１０分間）。
一方、温度検出手段３０は、加熱炉２２の左右両側側壁にそれぞれ設置されており、加熱炉２２内の左右両側の温度を検出して両側の温度差が一定以上生じた場合に、両側の加熱手段２４及び送風手段２５の作動を切り換えるために設けられている。この切り換えのための温度差は、製造された太陽電池モジュールの製品状況などを見て、経験則から求められたものである（例えば、１５〜４０℃）。なお、温度検出手段３０としては、熱電対などが用いられている。

次に、本発明の実施形態の製造装置２０を使用して、太陽電池モジュールを製造する方法について説明する。
まず、図４及び図５に示すものと同様、外周を脱気用フレームで囲まれた真空ラミネート装置２１の基板上に積層体としてのモジュール構成材料を位置合わせして順に重ね、このモジュール構成材料の上に脱気用フレームの全周を覆うようにゴムシートを被せる。このような作業を繰返し行い、当該積層体を配置した真空ラミネート装置２１を所定数（例えば、１０台）用意する。

そして、上記積層体の配置完了後、適宜の搬送手段により各真空ラミネート装置２１を加熱炉２２内に搬入してそれぞれの棚段に配置し、図示しない脱気用フレームの排気ポートをバルブ及びマニホールドを介して真空ポンプに接続する。次いで、当該真空ポンプを起動して各真空ラミネート装置２１の処理空間を真空引きし、積層した構成材料の間に残留している空気を脱気して系外に排出する。それとともに、加熱炉２２内に配設した左右両側の加熱手段２４及び送風手段２５のいずれか一方の側をすべて起動させ、加熱炉２２内で熱風を矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向へ循環させて棚段に設置した各真空ラミネート装置２１の上下間にも流すことにより１５０℃まで３０分間程度で昇温し、この温度を２０分間程度保持する。
この間、本実施形態の製造装置２０では、タイマー２９により計測した時間が予め設定された一定時間となった場合（あるいは、左右両側の温度検出手段３０によって検出した加熱炉２２の両側の温度が一定の温度差以上生じた場合）に、左右両側の加熱手段２４及び送風手段２５の作動を切り換えている。すなわち、起動させた一方の側の加熱手段２４及び送風手段２５を停止させ、他方の側の加熱手段２４及び送風手段２５をすべて起動させ、これにより、熱風循環の流れ方向を定期的に変えて反転させている（矢印Ｂ方向または矢印Ａ方向）。

すると、真空引きにより各真空ラミネート装置２１のラミネート処理空間が減圧され、モジュール構成材料の積層体に加圧力が加わるとともに、加熱炉２２内の加熱手段２４及び送風手段２５により発生させた熱風により封止接着シートが硬化して、各構成材料が一体にラミネートされることになる。そして、封止材料の硬化時間が経過したところでバルブを閉じ、真空ラミネート装置２１の処理空間を真空圧に維持したまま、真空ラミネート装置２１を加熱炉２２から取出して冷却する。
その後、バルブを開いて処理空間を大気圧に戻せば、ラミネート処理して製造した太陽電池モジュールの完成品を取り出すことが可能となる。

このように、本発明の実施形態の製造装置２０によれば、加熱炉２２内の左右両側に、棚段の真空ラミネート装置２１を間に置いて熱風を循環させる加熱手段２４及び送風手段２５をそれぞれ配設し、タイマー２９が計測する一定時間経過後または左右両側の温度検出手段３０が検出する温度の差が一定以上の場合に、これら両側の加熱手段２４及び送風手段２５の作動を一方側から他方側へ（またはその逆側へ）切り換え、熱風循環の流れ方向を定期的に変えている。したがって、各真空ラミネート装置２１内に配置されたモジュール構成材料の積層体は、面内で高温になる側と低温になる側とが入れ替わることになり、大面積に形成されたモジュール構成材料の積層体の全面を均一に加熱することができ、高品質の大面積太陽電池モジュールを製造することができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、既述の実施形態では、加熱手段２４としてストレートフィンヒータを用い、送風手段２５としてシロッコファン２６を用いているが、これ以外の他のヒータや送風機を用いても良い。また、加熱手段２４及び送風手段２５の設置数なども片側４台に限らず、他の設置数も選択することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置を断面にして示す平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置を断面にして示す側面図である。 太陽電池モジュールの積層構造を模式的に示す分解斜視図である。 太陽電池モジュールのラミネート処理に用いられる真空ラミネート装置を模式的に示す斜視図である。 図４の真空ラミネート装置を示す断面図である。 図５の真空ラミネート装置であって、図３のモジュール構成材料を配置して行うラミネート処理の状態を示す断面図である。 従来の太陽電池モジュールの製造装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２０ 太陽電池モジュールの製造装置
２１ 真空ラミネート装置
２２ 加熱炉
２４ 加熱手段
２５ 送風手段
２９ タイマー
３０ 温度検出手段

Claims (3)

1. モジュール構成材料の積層体が配置される真空ラミネート装置と、棚段構造を有する熱風循環方式の加熱炉とを備え、該加熱炉内に前記モジュール構成材料の積層体が配置された複数の前記真空ラミネート装置を多段に配置し、各ラミネート空間を真空引きした状態で熱風を循環させて前記モジュール構成材料の積層体をそれぞれ加熱する太陽電池モジュールの製造装置において、
   前記加熱炉内の両側に、前記真空ラミネート装置を間に置いて熱風を循環させる加熱手段及び送風手段をそれぞれ配設し、これら両側の加熱手段及び送風手段を切り換えて熱風循環の流れ方向を定期的に変えるように構成したことを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
2. 前記加熱炉にはタイマーが設置されており、該タイマーにより計測された一定時間経過後に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
3. 前記加熱炉の両側には温度検出手段がそれぞれ設置されており、該温度検出手段によって検出された前記加熱炉内の両側の温度差が一定以上生じた場合に、前記両側の加熱手段及び送風手段の切り換えが行われるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造装置。

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