JP2011525720A - 太陽電池モジュールを構造化する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、太陽電池モジュールの構造化装置に関する。加工すべき太陽電池モジュールの上に設けられる保持装置は、太陽電池モジュールを保持する保持手段を持っている。保持は無接触で行われる。保持装置の下にある範囲に、縦方向及び横方向に可動に支持される構造化工具が設けられている。こうして構造化工具は太陽電池の全面を加工することができる。

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の太陽電池モジュールを構造化する装置に関する。

太陽電池モジュール光起電力形設備は、片側を被覆されている実質的に扁平なガラス板を持っている。被覆は大抵の場合複数の重なる層から成り、これらの層の少なくとも１つが導電性である。製造技術上の理由から、ガラスモジュールはまとまって被覆を設けられている。大きい電流を発生するために、設けられている被覆が個々の部分に中断されねばならない。適当な工具による表面の純機械的構造化のほかに、これらの太陽電池モジュールの光学的構造化が行われた。

光学的構造化では、かなりの精度で薄いか又は非常に薄い中断部を被覆に形成するレーザによって、被覆が製造される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０３３２９６号明細書から、太陽電池モジュールを構造化する装置が公知である。この構造化装置は、この装置内で、太陽電池モジュールを輸送する輸送システムを持っている。太陽電池モジュールの輸送及び保持のため、輸送システムは多数の空気ノズルを備えており、これらの空気ノズルにより太陽電池モジュールが浮動する。被覆は輸送システムから遠い方の太陽電池モジュールの上側にある。輸送システム及び構造化すべきガラス板の下に、構造化工具即ちレーザが設けられている。レーザは太陽電池モジュールの輸送方向に対して横向きに可動である。

被覆の構造化のため、レーザの焦点が被覆の範囲へ向けられ、レーザ光線が太陽電池モジュールのガラス板を透過する。レーザの集束範囲で被覆が蒸発せしめられ、それにより所望の中断が行われる。

太陽電池モジュールの輸送方向に一致する太陽電池モジュールの縦方向における構造化のために、レーザの動作範囲にわたってモジュールを移動せねばならない。ガラス板の下に設けられている空気ノズルのため、輸送方向に交差して延びる僅かな間隙に相当する動作範囲しか存在しない。構造化のためガラスはこの動作範囲にわたって移動し、その際太陽電池の構造化が完了するまで、この過程が反復される。

動作範囲の上には吸取り装置が設けられて、構造化の際生じる粒子又は廃ガスを太陽電池モジュールの表面から吸取る。そうしないとこれらの粒子又は廃ガスが残って、場合によっては隣接する範囲におけるレーザの再度の構造化行程を妨げることがある。

太陽電池モジュールの下に設けられている輸送システムのため、レーザの運動自由度が著しく限定される。レーザは、上述したように、太陽電池モジュールの輸送方向に対して横向きに可動である。モジュールの構造化のために、それを反復してレーザ上で動かさねばならない。それにもかかわらず、ガラス板は容易に破壊することがあるので、ガラス板を極めて慎重に動かさねばならない。特に高い加速度はガラス板の回避すべき負荷を示す。その結果レーザによる太陽電池の加工は比較的ゆっくり行われる。

更にレーザの比較的限られた可動性により、集束範囲及び個々の軌道の精度が限定される。特にレーザの配置及びガラスの運動により、構造化が付加制御されず、太陽電池モジュールの精度従って品質がその影響を受ける。

本発明の課題は、一層速い加工時間及び一層高い加工品質により、最初にあげた種類の装置を改善することである。

本発明による課題を解決するための装置は請求項１の特徴を持っている。太陽電池モジュールが構造化工具から遠い方にある上側に保持される。太陽電池モジュールは、上方へ向きかつ被覆される上側で装置へ入れられ、そこでこの側に設けられる保持装置により保持される。それにより太陽電池モジュールの下側は空いており、保持装置によっても、被覆を傷つける危険が最小にされる。こうして例えば落下する物体が保持装置上に載ることはない。太陽電池モジュールの上側は、損傷の原因となる動かない物体のそばを通されない。

本発明の好ましい構成では、太陽電池の保持が無接触で行われる。無接触保持によって、太陽電池モジュールの損傷の危険も同様に最小にされる。薄くて品質の悪いガラスが、太陽電池モジュールの製造のために使用される。しかしこのガラスは高級な扁平ガラスより安価であるだけでなく、取扱いの際傷つき易い。従って太陽電池モジュールの無接触取扱いは、損傷の減少に寄与するか、又はガラス破損から保護する。

本発明の好ましい展開では、保持装置が少なくとも１つなるべく複数の保持手段を持っている。これらの保持装置は太陽電池の上側にわたって均一に分布している。均一な分布はガラスの変形を少なくし、それにより一層精密な構造化及び損傷の回避に寄与する。無接触保持のため、太陽電池モジュールの上側に、圧縮空気を使用して保持手段により、負圧が発生される。保持手段は、太陽電池モジュールの上側へ半径方向に噴出される圧縮空気によりモジュールを吸引し、これがベルヌーイ原理と称される。ベルヌーイつかみとも称される保持手段と太陽電池との間に、圧縮空気が逃げることにより僅かな間隙が生じる。こうして太陽電池モジュールは保持装置の下で浮動する。

無接触で保持する保持手段の別の実施形態では、保持手段が吸引空気により太陽電池モジュールを吸引する、圧縮空気により同時に空気クッションが形成される。従って太陽電池モジュールが吸引空気により保持されて、保持装置の下で浮動する。

構造化工具が保持装置の下に可動に設けられているのがよい。ガラスモジュールの下に保持装置がなくなることにより、空間を構造化工具のために利用することができる。保持手段を持つ保持装置は太陽電池を１つの位置に動かないように保持するので、太陽電池モジュールの下にある構造化工具は、動きながら構造を被覆に形成することができる。更に保持装置の下の自由空間により、構造化装置の寿命も改善される。ガラス破損の場合、本発明による装置によって、費用をかけて輸送装置を浄化する必要がない。ガラスのかけらを自由空間に簡単に放置しておくことができ、後になって除去することができる。

好ましい実施形態では、構造化工具が、少なくとも１つの車及び少なくとも１つのレーザなるべく複数のレーザを持っている。レーザは縦方向及び横方向に可動である。複数のレーザにより太陽電池モジュールの一層速い加工が可能である。なぜならば、同時に複数の中断部がレーザにより被覆へ形成可能だからである。レーザは、太陽電池モジュールのガラスを破壊することがある加速度の影響を受けない。これにより構造化の際更に加速を行うことができる。

有利な展開によれば、車がレーザを設ける支持体を持ち、この支持体が、平行に延びる２つの案内体上を加工すべき太陽電池モジュールの縦方向に移動可能である。支持体にあるレーザが構造化工具の横方向に移動可能である。それによりレーザは、加工すべき太陽電池モジュールの下で二次元的に動かされる。二次元移動可能性により更に、太陽電池モジュールの縦方向及び横方向に並行又は同時の運動を行うことが可能である。案内体がガラスモジュールの縦方向に設けられているので、支持体は一様に移動可能である。

支持体が自由端に案内体の１つに一致する車台を持っていると有利である。車台により車が案内体に結合され、それにより支持体の正確な移動が行われる。支持体は案内体の縦範囲に対して横向きに設けられている。支持体自体も同様に案内体を持ち、この案内体にレーザが設けられている。各レーザはほぼ靴箱の大きさの箱に収容され、この箱は、既に述べたように、１０ｇまでの高い加速度に耐える。レーザを持つ箱は、支持体上になるべく隣接して並んで設けられ、支持体の長さ範囲にわたって平行に移動可能である。特にレーザはまとまって移動するのが、個々にも制御可能なので、例えば１つ又は複数のレーザを支持体の一端の範囲に、１つ又は複数のレーザを支持体の他端に、１つ又は複数のレーザを支持体の中間範囲に位置させ、そこから再び並んで設けることができる。

本発明の有利な構成によれば、案内体が太陽電池モジュールと共に１つの面に設けられている。この配置によって、レーザの可能な運動が、ガラス板の上側にあるレーザの焦点の精度に影響を及ぼすことはない。運動は“ピッチング”、“ローリング”及び“ヨーイング”と称され、レーザの推移する３つの軸線により回転方向を決定する。しかしモジュールの面を車台の１つの回転軸線又は精度に用いられる車台の点と一致させることも可能である。

本発明の別の有利な実施例では、構造化工具の加工範囲の下に空いた空間が残っている。太陽電池モジュールの上に保持装置を配置することにより、装置を著しく小さく構成できるが、特に保持装置を支持する構造も十字形台として構成することができる。十字形台は顧客にとって一層軽い構造を可能にする。なぜならば装置の輸送が容易になるからである。従って空間は空いているので、落下するガラス板は破壊したガラス板の破片のための場所がここに生じる。すでに述べたように、破壊したガラス板は装置から直ちに除去しなくてもよい、なぜならばこれらの破片は加工過程に影響を及ぼさないからである。掃除は後の時点で行うことができる。その代りに、破片を集める桶を設けることもできる。

保持装置が、太陽電池モジュールの面に対して平行に、９０°自由に回転可能であると、特に有利である。太陽電池モジュール上の被覆の構造化は非常に複雑で、異なる形状を持つことがある。このためレーザ光線をガラス板にわたって横及び縦に移動させるだけでなく、対角線状に又はガラス板の１つの辺に対して斜めにも移動させることが必要である。保持装置及びそれに保持されるガラス板の回転により、この構造化方法を容易に実現することができる。

保持装置が、レーザにより蒸発せしめられる層粒子を吸取るために用いられるのが好ましい。レーザは、その集束範囲で太陽電池モジュールの被覆を加熱し、それにより被覆が加熱されるか蒸発せしめあれる。これにより太陽電池モジュールの上側に、除去すべき汚物粒子が形成される。本発明によれば、保持装置は上側へ圧縮空気を作用させる複数のベルヌーイつかみから形成されている。空気はつかみから側方へ逃げ、それにより太陽電池モジュールから汚物粒子を簡単に除去し、これらの汚物粒子は１つ又は複数のつかみの空気流により捕捉される。燃焼の際生じる廃ガスは強い流れにより側方へ排出される。太陽電池モジュールの縁の側方範囲又はその上に、廃ガス及び汚物粒子を吸取る吸取り装置を設けるのがよい。

有利な構成によれば、位置ぎめ補助手段が太陽電池モジュールの側方に設けられて、少なくとも一部太陽電池モジュールの面にある。位置ぎめ補助手段により、太陽電池モジュールの位置ぎめ及び／又は固定が可能である。保持装置による太陽電池モジュールの無接触保持により、太陽電池モジュールが側方へ移動することがある。側方移動を回避するため、位置ぎめ補助手段が太陽電池モジュールを側方で保持するストッパ縁として役立つ。その結果上側全体を被覆で被覆し、これをレーザによって加工することが有利に可能である。

装置のそれ以外の有利な構成は従属請求項からわかる。

本発明の好ましい実施例が図面により以下に詳細に説明される。

本発明による装置の第１の縦辺からの側面斜視図を示す。 本発明による装置の第２の縦辺からの側面斜視図を示す。 本発明による装置の下からの斜視図を示す。 本発明による装置の平面図を示す。 本発明による装置の第１の正面図を示す。 保持装置を持つ構造化工具の部分図を示す。

図面の図１及び２は、本発明による装置の第１及び第２の縦辺からの斜視図を示す。装置は、横桁２、縦桁３及び足４から形成される下枠１を持っている。下枠は十字形台のように形成されている。足４の下側には調節片５が設けられ、それによりその下にある下地の凹凸を補償することができる。

下枠１の縦辺にあるそれぞれ３つの足４上に、側方支持素子６，７が設けられている。足４はその上側に水平面を形成し、それのより支持素子６，７が水平に支持されている。足４にある調節片５により、下枠１の水平支持のために再調節することができる。更に足４と支持素子６，７との間に、それぞれ１つの結合素子が位置している。結合素子は足４と支持素子６，７との結合に役立つ。結合素子も同様に調節可能であり、それにより支持素子６及び７を水平な位置へもたらすことができる。

支持素子６，７はむくに構成され、小さい熱膨張係数を持っている。支持素子６，７は逆Ｌ形支持体として構成されている。Ｌの下側は支持素子６，７の上側として用いられ、支持素子６，７の互いに対向する脚辺の内側は、他方の支持素子６，７の方を向いている。足４に載る支持素子６，７の部分は、その寸法において、上側を形成する他方の脚辺より大きく形成されている。

対向する支持素子６，７の間に保持装置９が位置している。支持素子６及び７のそれぞれ外方へ向く稜１０の範囲に担持素子１１が載って、支持素子６及び７と固定的に結合されている。従って担持素子１１は装置の幅全体にわたって延びている。図には全部で３つのこのような担持素子１１が示され、並んで設けられている。装置の他の実施形態では、図示したものより多いか又は少ない担持素子１１を設けることが必要なこともある。担持素子は大きい荷重を受止めるために構成されている。

担持素子１１の下側に互いに平行にＵ形材１２が設けられている。Ｕ形材１２の一方の脚辺は担持素子１１の下側に結合されている。担持素子１１に結合される脚辺に対して平行になっている他方の脚辺には、保持手段１３が設けられている。保持手段１３はＵ形材１２の外側に載り、下枠１の方へ向いている。Ｕ形材１２は複数の保持手段１３を持っている。保持手段１３は、Ｕ形材により担持素子１１の下側に均一に分布され、その際できるだけ小さい網目が保持手段１３に設けられている。

同様に支持素子６及び７の上側８に案内体１４が設けられている。案内体１４は支持素子６及び７の内側稜１５の範囲に設けられている。案内体１４は互いに正確に平行に延びている。支持素子６及び７のそれぞれの案内体１４に車台１６が案内されている。車台１６は少なくとも一部案内体１４の上に延び、担持素子１１により上方を区画される。担持素子は、案内体１４の範囲でこれから間隔をおいている。従って車台１６は担持素子１１と案内体１４との間を通されることができる。

車台１６は案内体１４より幅広く構成され、内側稜１５から突出している。車台１６の側方に取付け具１７が設けられて、支持素子６，７の内方へ向く脚辺の下へ延びている。取付け具１７は車台１６の上へも延び、こうして車台に載っている。それぞれの取付け具１７の下側に支持体１８が結合され、取付け具１７の間に延びて、これらを互いに結合している。車台１６、取付け具１７及び支持体１８から成る構造は、いわゆる車１９を形成している。取付け具１７は垂直に車台１６から支持体１８へ内側稜１５に沿って延びている。支持体１８自体は、それぞれの取付け具１７を越えて側方に外方へ延びている。従って支持体１８は少なくとも一部上側８及び案内体１４の下にある。支持体１８は、足４に結合される支持素子６及び７の脚辺により側方を区画される。

支持体１８も同様に、本発明の実施例ではレール２０として構成される案内体を持っている。レール２０は支持体１８の全長にわたって延びている。レール２０は支持体１８の外側に結合されている。

支持体１８には複数のレーザ２１が設けられている。レーザ２１はレール２０に可動に結合されている。レーザ２１は、支持体１８の側方で装置の幅にわたって可動である。レーザはそれぞれ箱に収容され、これらの箱が個々にレール２０と結合されている。従ってレーザ２１は個々に又はまとまって支持体１８にわたって動かされる。レーザ２１は保持装置９の方へ向けられている。従ってレーザ２１のレーザ光線は垂直な方向へ延びる。

支持体１８に結合されるレーザ２１を持つ車１９は、装置の縦範囲において従って支持素子６及び７に沿って可動である。レーザ２１は同時にこの運動に対して横向きに移動せしめられる。図１〜６に示す実施例ではそれぞれ４つのレーザ２１が支持体１８に設けられている。しかし本発明の別の構成では、それにより多いか又は少ないレーザも設けられている。

保持装置９は扁平ガラスを持つ太陽電池モジュール２３の保持に用いられる。その際太陽電池モジュール２３は、保持手段１３により保持装置９の下に保持される。保持手段１３はいわゆるベルヌーイつかみとして構成されている。ベルヌーイつかみは、太陽電池モジュールの表面へ吹付けられる空気流により負圧を発生し、それにより吹付けられる太陽電池モジュールがベルヌーイつかみの方へ吸引される。ベルヌーイつかみとして構成されて保持装置９上に位置せしめられる多数の保持手段１３により、例えば太陽電池モジュール２３のような大きい物体を保持することができる。ベルヌーイつかみにより太陽電池モジュール２３の表面へ吹付けられて逃げて行く空気流により、太陽電池モジュール２３を保持手段１３との間に接触は起こらない。太陽電池モジュール２３とベルヌーイつかみとの間には小さい間隙が残り、この間隙を通って逃げる空気が側方又は半径方向へ流出する。

太陽電池モジュール２３は、吹付けられる表面に、保持手段１３の方へ向く被覆を持っている。この被覆を構造化するため、レーザ２１が、太陽電池２３の下で車１９上で太陽電池モジュール２３の寸法にわたって移動せしめられる。太陽電池モジュール２３は、支持素子６及び７が張る面より小さく、それによりレーザ２１は太陽電池モジュール２３の前面に達する。レーザ２１は、太陽電池モジュールの下から、燃焼により中断部の形の構造化を被覆に形成し、その際被覆は燃焼するか又は蒸発する。従って太陽電池モジュール２３の無接触保持により保持手段１３（ベルヌーイつかみ）の範囲でも構造化過程が行われる。それにより太陽電池モジュール２３及び保持手段１３の移動をやめることができる。ベルヌーイつかみにより太陽電池モジュール２３の表面へ吹付けられる空気流により、被覆の燃焼により生じる粒子が導出される。更に燃焼の際生じるガスも吹払われる。保持装置９の上及びその側方に設けられている１つ又は複数の吸取り装置は図示されていない。吸取り装置は、ベルヌーイつかみにより吹払われる粒子及びガスを受入れる。

側方で太陽電池モジュールの位置を保つ位置ぎめ補助手段は図示されていない。保持装置９による太陽電池モジュール２３の無接触保持により、外部の影響により太陽電池モジュール２３を移動させることができる。しかし太陽電池モジュール２３の被覆の構造化のために、太陽電池モジュール２３の位置を保持することは重要である。位置ぎめ補助手段は、側方から太陽電池モジュール２３へ近づけられるピン又は他の位置ぎめ手段から成っていてもよい。

図示しない他の実施例では、保持装置９は太陽電池２３の面に対して平行に回転可能である。その際太陽電池モジュール２３が時計方向又は反時計方向に９０°に回されると十分である。太陽電池モジュールの構造化は非常に複雑なので、太陽電池２３を持つ保持装置９の回転により、加工時間を短縮することができる。

レーザ２１による構造化は、太陽電池モジュール２３の下でレーザ２１の正確な案内を必要とする。即ち太陽電池モジュール２３の表面にある被覆の燃焼は、レーザ光線の集束範囲においてのみ行われる。レーザの案内の不正確さを回避するために、特に、太陽電池モジュール２３を案内体１４の高さに保持することが考慮される。しかし車１９の回転軸線がモジュール２３の面にあるようにすることが考慮される。この配置により、レーザ２１の集束範囲が太陽電池２３の被覆の範囲に安定に留まる。

Claims (12)

1. なるべくガラス板を持つ太陽電池モジュールを構造化する装置であって、太陽電池モジュールを保持する保持装置、及び太陽電池モジュール上にある少なくとも１つの被覆を構造化する少なくとも１つの構造化工具を有し、太陽電池モジュールが構造化工具から遠い方にある上側に無接触で保持されるものにおいて、保持装置が、吸引空気により太陽電池モジュールを吸引するように構成されている少なくとも１つなるべく複数の保持手段を持っていることを特徴とする、装置。
2. 保持装置が少なくとも１つなるべく複数の保持手段を持ち、太陽電池モジュールの上側に、圧縮空気を使用して保持手段により、太陽電池を保持するためのベルヌーイ効果による負圧が発生されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 保持装置が、付加的な空気クッションを発生するように構成されている少なくとも１つなるべく複数の保持手段を持ち、空気クッションの下で太陽電池モジュールが浮動することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 構造化工具が保持装置の下に可動に設けられていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。
5. 構造化工具が、少なくとも１つの車及び少なくとも１つのレーザ、縦方向及び横方向に可動ななるべく複数のレーザを持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。
6. 車がレーザを設ける支持体を持ち、この支持体が、平行に延びる２つの案内体上を加工すべき太陽電池モジュールの縦方向に移動可能であり、支持体にあるレーザが構造化工具の横方向に移動可能であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 支持体が自由端に案内体の１つに一致する車台を持っていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 案内体が太陽電池モジュールと共に１つの面に設けられていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の装置。
9. 構造化工具の加工範囲の下に空いた空間が残っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。
10. 保持装置が、太陽電池モジュールの面に対して平行に、９０°自由に回転可能であることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。
11. 保持装置が、レーザにより蒸発せしめられる層粒子を吸取るために用いられることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。
12. 位置ぎめ補助手段が太陽電池モジュールの側方に設けられて、太陽電池の位置ぎめ及び／又は固定のために少なくとも一部太陽電池モジュールの面にあることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の装置。

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