JP2011249416A - 太陽電池モジュールの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の高い太陽電池モジュールの製造装置を提供する。
【解決手段】複数の太陽電池素子３を直線上に配置して電気的に直列に接続してなる複数の太陽電池ストリング４を、該太陽電池ストリング４の長手方向と直交する方向に配列し、隣接する太陽電池ストリング４の一端部４’同士または他端部４’’同士をそれぞれ配線材を介して電気的に接続する接続ユニットと、太陽電池ストリング４を前記接続ユニットに向かって前記長手方向に沿う方向に搬送する第１搬送部２２を有する搬送ユニットとを備え、前記接続ユニットは、太陽電池ストリング４と前記配線材との接続部を加熱する加熱部を有し、該加熱部は、太陽電池ストリング４の搬送方向に対して非可動である。
【選択図】 図４

Description

本発明は太陽電池モジュールの製造装置に関するものである。

近年、環境保護の観点から、太陽電池モジュールの急激な普及拡大が進められている。太陽電池モジュールの製造装置には、大幅な生産量の増大に対応するために、ロボット制御による組立ラインが用いられている。また、太陽電池モジュールは、約５０ｃｍ四方の小型機器搭載用から、約１．３ｍ四方の住宅の屋根設置用、約２ｍ四方のメガソーラー用など様々なサイズのものが求められている。上述のような市場の要求に対応しつつ、高い設備投資効率で太陽電池モジュールを生産するためには、一つの組立ラインで様々なサイズの太陽電池モジュールを生産できる混合品種組立ラインが好適である。

このように太陽電池モジュールの製造装置では、高い生産効率で多品種を生産できる組立ラインが求められていた（例えば特許文献１）。

特開２００３−２９８０９５号公報

上記特許文献１に記載の太陽電池モジュール製造装置では、複数の太陽電池素子同士を接続してなる太陽電池ストリングを形成する製造方法にしか言及されていない。

また、太陽電池ストリングを相互に接続して太陽電池マトリックスを組み立てる工程では、複数の太陽電池ストリングを該太陽電池ストリングの長手方向と直交する方向に配列し、配線材を搬送して半田付けをしている。

このとき、作成する太陽電池モジュールのサイズに応じて太陽電池ストリングの長さを変更する場合、太陽電池マトリックスの組み立て装置は、三次元的に広い可動範囲をもたなくてはならず、複雑な構造になりやすい。

例えば、上述した太陽電池マトリックスの組み立て装置において、一つの汎用ロボットアームを用いた場合は、作業箇所が多いことからスループットが低くなる。また、例えば図７のように工程ごとに複数の汎用ロボットアームを設けた場合は、動作範囲が錯綜して、太陽電池モジュールの品種ごとにロボットアームの設定を変更する作業が煩雑になり生産効率が落ちるとともに、部品の取出ミスや、部品の組立ミスが生じやすくなる。

本発明は、上述した問題に鑑みて成されたものであり、その目的は簡素な構造で太陽電池モジュールのサイズが異なる複数の品種の製造できる生産性の高い太陽電池モジュールの製造装置を提供することである。

本発明の太陽電池モジュールの製造装置は、複数の太陽電池素子を直線上に配置して電気的に直列に接続してなる複数の太陽電池ストリングを、該太陽電池ストリングの長手方向と直交する方向に配列し、隣接する前記太陽電池ストリングの一端部同士または他端部同士をそれぞれ配線材を介して電気的に接続する接続ユニットを備えている。さらに、本発明の太陽電池モジュールは、前記太陽電池ストリングを前記接続ユニットに向かって前記長手方向に沿う方向に搬送する第１搬送部を有する搬送ユニットを備えている。そして、本発明の太陽電池モジュールの製造装置において、前記接続ユニットは、前記太陽電池ストリングと前記配線材との接続部を加熱する加熱部を有し、該加熱部は、前記太陽電池ストリングの搬送方向に対して非可動である。

本発明の太陽電池モジュールの製造装置によれば、太陽電池ストリングをその長手方向に沿う方向に搬送して接続ユニットに近づけることができるため、太陽電池ストリングの長さに応じて、接続ユニットを複雑に可動させることなく、太陽電池ストリング同士を接続することができる。その結果、本発明によれば、装置の動作を簡素化することができるので、部品の取出ミス等を低減するとともに、様々なサイズの太陽電池モジュールを製造しやすくなるため、生産性を高めることができる。

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により製造される太陽電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。 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により製造される太陽電池マトリックスの一例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）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により製造される太陽電池マトリックスの他の例を示す平面図である。 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示す斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）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動作を説明する平面図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置を示す斜視図である。 従来の太陽電池モジュールの製造装置の一例を説明する斜視図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールの製造装置の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置で製造される太陽電池モジュールXについて説明する。

太陽電池モジュールＸは、図１に示すように、透光性基板１と、受光面側の充填材２と、複数の太陽電池素子３が連結されてなる複数の太陽電池ストリング４を接続してなる太陽電池マトリックス５と、非受光面側の充填材２’と、裏面保護材６とを順次積層してなる。また裏面保護材６には出力を外部に取り出すための端子ボックス７が接着される。

次に、太陽電池モジュールXを構成する部材について説明する。

透光性基板１としては、太陽電池素子３を外部から保護する役割を有するものである。また、透光性基板１は、太陽電池素子３へ光を入射させることができる部材であれば特に限定されないが、例えば、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどのガラスやポリカーボネート樹脂などからなる光透過率の高い材料を用いるとよい。

充填材２および充填材２’は、太陽電池素子３を封止する役割を有するものであり、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とし、押出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。そして、そのシート状に成形したものを所定の大きさに切断して用いる。また、充填材２および充填材２’には、架橋剤が含有されているおり、所望の位置にシート状の成形体を配置した後、熱処理を行うことで硬化させることができる。

太陽電池素子３は、入射される太陽光を電気に変換する機能を有している。太陽電池素子３は、例えば、厚み０．１〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなる。太陽電池素子３の内部にはＰＮ接合が形成されるとともに、その受光面と裏面にはそれぞれ出力取出電極（図示なし）が設けられており、さらに受光面には反射防止膜を設けてもよい。太陽電池素子３の大きさとしては、多結晶シリコンであれば、約７０〜１６０ｍｍ角程度である。

太陽電池ストリング４は、複数の太陽電池素子３が直線上に電気的に配列されて成る。また、太陽電池ストリング４において、各太陽電池素子３は、インナーリード８を介して直列に接続されている。

太陽電池マトリックス５は、図２に示すように、太陽電池ストリング４の長手方向Ａと直交する方向（配列方向Ｂ）に複数の太陽電池ストリング４を配列し、隣接する太陽電池ストリング４同士を電気的に接続されて成る。具体的に、図２に示すような６列の太陽電池ストリング４（配列方向Ｂに沿って配列された第１乃至第６の太陽電池ストリング４ａ〜４ｆ）を有する形態では、第１の太陽電池ストリング４ａと第２の太陽電池ストリング４ｂの一端部４’同士、第３の太陽電池ストリング４ｃと第４の太陽電池ストリング４ｄの一端部４’同士および第５の太陽電池ストリング４ｅと第６の太陽電池ストリング４ｆの一端部４’同士が、それぞれＩ字状の第１配線材９で電気的に接続されている。また、第２の太陽電池ストリング４ｂと第３の太陽電池ストリング４ｃの他端部同士４’’および第４の太陽電池ストリング４ｄと第５の太陽電池ストリング４ｅの他端部同士４’’は、それぞれＬ字状の第２配線材１０で電気的に接続されている。また、第１の太陽電池ストリング４ａおよび第６の太陽電池ストリング４ｆは、それぞれの他端部４’’に接続された第２配線材１０を介して端子ボックス７に配されている端子（図示なし）と接続されている。

なお、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置では、図２に示したような太陽電池素子３を６行６列に配列した太陽電池マトリクス５に限られるものではなく、様々な数の太陽電池素子を配列したものを製造できる。そのため、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置例えば、図３（ａ）に示す１０行６列、図３（ｂ）に示す９行６列、図３（ｃ）に示す９行４列、図３（ｄ）に示す８行６列等に太陽電池素子３が配列されて成る太陽電池マトリックス５を製造することができる。

裏面保護材６は、充填材２’や太陽電池素子３を太陽電池モジュールＸの裏面側から保護する役割を有するものである。裏面保護材６には、例えばＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、あるいはこれらを積層したものを用いることができる。

インナーリード８、第１配線材９および第２配線材１０は、例えば、銅やアルミニウムのような低抵抗の金属導体の表面に、メッキやディッピングにより２０μｍ〜７０μｍ程度の厚みでハンダコートしたものを用いることができる。

次に、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール製造装置について説明する。

まず太陽電池モジュール製造装置２０の構造について図４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、２つの太陽電池ストリング４が電気的に接続されたものをストリングペア１１と称する。

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２０は、パレット２１と、搬送ユニット（第１搬送部２２および第２搬送部２３）と、接続ユニット（第１接続部２４および第２接続部２５）と、輸送ユニット２６と、を備えている。

パレット２１は、前工程で組み立てられた太陽電池ストリング４を収納するものである。このパレット２１は、例えば、エポキシ樹脂等で構成されている。

搬送ユニットは、太陽電池ストリング４を接続ユニットに向かって搬送する役割を有している。また、本実施形態において、搬送ユニットは、第１搬送部２２および第２搬送部２３を有している。

第１搬送部２２は、接続ユニットの第１接続部２４に向かって太陽電池ストリング４を搬送する役割を有している。具体的に、第１搬送部２２は、図４に示すように、太陽電池ストリング４をｘ−ｙ平面においてｙ方向に搬送する。このとき、第１搬送部２２の搬送方向は、太陽電池ストリング４の長手方向Ａと同じ方向である。そのため、第１搬送部２２は、該第１搬送部２２上に載置された太陽電池ストリング４を長手方向Ａに沿って搬送することができる。

第２搬送部２３は、接続ユニットの第１接続部２４で接続された２つの太陽電池ストリング（ストリングペア１１）を第２接続部２５に向かって搬送する役割を有している。すなわち、第２搬送部２３は、太陽電池ストリング４をｘ−ｙ平面においてｘ方向に搬送する。第２搬送部２３の太陽電池ストリング４の搬送方向は、特に限定されるものではないが、図４に示すように、第１搬送部２２と異なる方向とすれば、太陽電池モジュールの製造装置の設置の自由度を増すことができる。なお、第１搬送部２２および第２搬送部２３としては、例えば、ベルトコンベヤ、アルミニウムの基台などを有するステージ装置等を用いることができる。

なお、本実施形態において、搬送ユニットは、第１搬送部２２と第２搬送部２３とを有しているが、第１搬送部２２のみの態様であってもよい。すなわち、このような態様の一例としては、例えば、第１搬送部２２の一端側に接続ユニットの第１接続部２４を配置し、第１搬送部２２の他端側に第２接続部２５を配置するような形態である。このような形態では、まず、第１搬送部２２で４つの太陽電池ストリングを第１接続部２４で接続して２つのストリングペア１１を作製した後、そのストリングペア１１同士を第２接続部２５まで搬送して、該ストリングペアの内、隣接する太陽電池ストリング同士を第２接続部２５で接続すればよい。このような形態であれば、搬送ユニットを小型化することができる。また、他の形態としては、第１搬送部２２が第２搬送部２３のような太陽電池ストリングの配列方向と直交する方向にも、太陽電池ストリングを搬送可能な機構を備えていてもよい。

接続ユニットは、隣接する太陽電池ストリング４の一端部同士または他端部同士と第１配線材９もしくは第２配線材１０とを接続する役割を有する。具体的に、接続ユニットは、加熱部を有しており、該太陽電池ストリング４と配線材（第１配線材９もしくは第２配線材１０）との接続部を上記加熱部で加熱することにより、半田等を介して太陽電池ストリング４と配線材とを接続する。また、本実施形態において、接続ユニットは、第１接続部２４および第２接続部２５を有している。

第１接続部２４は、隣接する太陽電池ストリング４の一端部４’同士を、第１配線材９を介して接続する役割を有している。また、第１接続部２４は、第１運搬部２４ａおよび第１加熱部２４ｂを有している。

第１運搬部２４ａは、第１配線材９が収納されているボックス等から第１配線材９を取り出して太陽電池ストリング４の一端部側４’の所望の位置に第１配線材９を配置するものである。このような第１運搬部２４ａは、例えば、搬送アームの先端に第１配線材９を吸着する吸着パットを設けた機構を有する装置などで構成されている。第１加熱部２４ｂは、太陽電池モジュール４と第１配線材９とを接続する部位の近傍を加熱し、第１配線材９を被覆した半田を溶かして、太陽電池モジュール４と第１配線材９とを接続する役割を有する。そして、この第１加熱部２４ｂは、第１搬送部２２の搬送方向には実質的に非可動となるように設定されている。ここで、実質的に非可動とは、第１搬送部２２で搬送された太陽電池ストリング４と第１加熱部２４ｂとの距離に微小な範囲でズレが生じた場合、該距離を最適化すべく、第１搬送部２２の搬送方向に数ｃｍほど第１加熱部２４ｂが可動する場合があることを含んでいる。このような第１加熱部２４ｂとしては、例えば、半田鏝を用いることができる。

第２接続部２５は、隣接する太陽電池モジュール４の一端部４’同士を、第１配線材９を介して接続する役割を有している。また、第２接続部２５は、第２運搬部２５ａおよび第２加熱部２５ｂを有している。第２運搬部２５ａは、第２配線材１０が収納されているボックス等から第２配線材１０を取り出して太陽電池ストリング４の他端部側４’’の所望の位置に第２配線材１０を配置するものである。このような第２運搬部２５ａは、例えば、第１運搬部２４ａと同様の装置で構成される。第２加熱部２５ｂは、太陽電池モジュール４と第２配線材１０とを接続する部位の近傍を加熱し、第２配線材１０を被覆した半田を溶かして、太陽電池モジュール４と第２配線材１０とを接続する役割を有する。このような、第２加熱部２５ｂとしては、例えば、半田鏝を用いることができる。

輸送ユニット２６は、パレット２１から第１搬送部２２に太陽電池ストリング４を供給する役割を有している。このような輸送ユニット２６としては、例えば、太陽電池ストリング４を持ち上げる吸着部を有している搬送アームを備えた装置等を用いることができる。また、本実施形態において、輸送ユニット２は、太陽電池ストリング４を２つずつ順次供給しているが、第１搬送部２２および第１接続部２４の大きさに応じて、供給数を適宜変更できる。一方で、本実施形態のように、第１搬送部２２に太陽電池ストリング４を２つずつ順次供給する機構であれば、効率良くストリングペア１１を作製することができる。なお、輸送ユニット２６は、第１接続部２４で接続されたストリングペア１１を吸着部で持ち上げて、第２搬送部２３に輸送する機構を有していてもよい。このような形態であれば、本実施形態のように、第１搬送部２２と第２搬送部２３とに分けた搬送ユニットを利用する場合に、太陽電池ストリング４の輸送が容易になる。

次に、太陽電池モジュール製造装置２０を用いた、太陽電池マトリックス５の製造方法の実施形態について図４および図５を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、パレット２１より取り出した第１太陽電池ストリング４ａと第２太陽電池ストリング４ｂを第１搬送部２２上に並列に配列する。次いで、第１搬送部２２を可動させて、第１太陽電池ストリング４ａおよび第２太陽電池ストリング４ｂの一端部４’が第１接続部２４に到達するように、第１太陽電池ストリング４ａおよび第２太陽電池ストリング４ｂをｙ軸の正方向（太陽電池ストリングの長手方向Ａ）へ移動させる。次に、図５（ｂ）に示すように、第１太陽電池ストリング４ａと第２太陽電池ストリング４ｂの一端部同士と第１配線材９とを半田付けして電気的に直列接続し、ストリングペア１１を形成する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、第１搬送部２２をｙ軸の負方向へ駆動し、後述の第２搬送部２３をｘ軸の正方向へ駆動したときに、ストリングペア１１の他端部４’’が第２接続部２５の位置にくるようにする。次に、ストリングペア１１を輸送ユニット２６で第２搬送部２３へ輸送する。

上述の工程を繰り返し、図５（ｄ）に示すように、第２搬送部２３上に複数のストリングペア１１を並列に配列する。そして第２搬送部２３をｘ軸の正方向へ可動させて、他端部４’’が第２接続部２５に到達するまでストリングペア１１を搬送する。次いで、図５（ｅ）に示すように、第２接続部２５でストリングペア１１の他端部４’’同士（例えば、第２太陽電池ストリング４ｂと第３太陽電池ストリング４ｃの他端部同士）と第２配線材１０とを半田付けして電気的に直列接続する。以上の工程により、並列に整列した太陽電池ストリング４（例えば、図５（ｅ）において第１太陽電池ストリング４ａと第２太陽電池ストリング４ｂと第３太陽電池ストリング４ｃ）が電気的に一体化されて太陽電池マトリックス５を組み立てることができる。

このように本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造装置２０では、太陽電池ストリング４をその長手方向Ａに沿う方向に搬送する搬送ユニット（第１搬送部２２）を用いて接続ユニット（第１接続部２４）に近づけることができるため、太陽電池ストリングの長さに応じて、接続ユニット、具体的には第１接続部２４の第１加熱部２４ｂを複雑に可動させることなく、太陽電池ストリング４同士を接続することができる。すなわち、本実施形態において、第１加熱部２４ｂは、図４中のｙ方向には実質的に可動せず、ｚ方向にのみ動くような機構であってもよいため、接続工程を簡素化することができる。それゆえ、本実施形態によれば、接続ユニットの動作を簡素化することができるので、部品の取出ミスや接続部の位置ズレ等を低減できる。

また、本実施形態では、第１搬送部２２が太陽電池ストリング４の長手方向Ａに可動する機構であるため、例えば、太陽電池ストリング４を構成する太陽電池素子の個数を変更して、太陽電池ストリング４の長さを変えたとしても、第１搬送部２２の設定を変更するだけで異なるサイズの太陽電池マトリクス５、ひいては太陽電池モジュールＸを容易に製造できる。そのゆえ、本実施形態では、接続ユニットを複雑に可動させることによって生じる不具合を低減できるため、生産性を向上させることができる。

なお、本発明の太陽電池モジュールの製造装置は、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更してもよい。例えば、図６に示すように、第１搬送部２２上に並列した第１ストリングの配列方向の間隔を調整するために、第１搬送部２２にステージを用いてｙ方向へ微小に可動するような機構を設けてもよい。また、第２加熱部２５ｂは、太陽電池ストリング４の長手方向Ａや配列方向Ｂには、実質的に非可動としてもよい。

Ｘ：太陽電池モジュール
１：透光性基板
２、２’：充填材
３：太陽電池素子
４：太陽電池ストリング
４ａ：第１太陽電池ストリング
４ｂ：第２太陽電池ストリング
４ｃ：第３太陽電池ストリング
４ｄ：第４太陽電池ストリング
４ｅ：第５太陽電池ストリング
４ｆ：第６太陽電池ストリング
５：太陽電池マトリックス
６：裏面保護材
７：端子ボックス
８：インナーリード
９：第１配線材
１０：第２配線材
１１：ストリングペア
２０：太陽電池モジュール製造装置
２１：パレット
２２：第１搬送部
２３：第２搬送部
２４：第１接続部
２４ａ：第１運搬部
２４ｂ：第１加熱部
２５：第２接続部
２５ａ：第２運搬部
２５ｂ：第２加熱部
２６：輸送ユニット

Claims (6)

1. 複数の太陽電池素子を直線上に配置して電気的に直列に接続してなる複数の太陽電池ストリングを、該太陽電池ストリングの長手方向と直交する方向に配列し、隣接する前記太陽電池ストリングの一端部同士または他端部同士をそれぞれ配線材を介して電気的に接続する接続ユニットと、
   前記太陽電池ストリングを前記接続ユニットに向かって前記長手方向に沿う方向に搬送する第１搬送部を有する搬送ユニットとを備え、
   前記接続ユニットは、前記太陽電池ストリングと前記配線材との接続部を加熱する加熱部を有し、該加熱部は、前記太陽電池ストリングの搬送方向に対して非可動であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
2. 前記接続ユニットは、第１の前記太陽電池ストリングおよび第２の前記太陽電池ストリングの前記一端部同士を接続するとともに、第３の前記太陽電池ストリングおよび第４の前記太陽電池ストリングの前記一端部同士を接続する第１接続部と、前記第２の太陽電池ストリングおよび前記第３の太陽電池ストリングの前記他端部同士を接続する第２接続部とを有す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. 前記搬送ユニットは、前記第１接続部で接続された複数の前記太陽電池ストリングを前記第２接続部に向かって前記太陽電池ストリングの配列方向に搬送する第２搬送部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
4. 前記搬送ユニットの前記第１搬送部に複数の前記太陽電池ストリングを供給する輸送ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造装置。
5. 前記輸送ユニットは、前記第１搬送部に前記太陽電池ストリングを２つずつ順次供給することを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
6. 前記第１搬送部は、複数の前記太陽電池ストリングの配列方向の間隔を調整する機構をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造装置。

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