JP2012256733A - 太陽電池モジュール製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池ストリングの位置決めの精度を向上できる太陽電池モジュール製造装置を得る。
【解決手段】太陽電池モジュール製造装置１０は、複数の太陽電池ストリング２を配列して太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造装置であって、前記太陽電池ストリングの端面における３つの箇所の位置を計測する計測部１５（光量センサ１６−１〜１６−３）と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記太陽電池ストリングの位置ずれ量を演算する演算部と、前記演算されたずれ量を補正しながら、前記太陽電池ストリングを目標位置へ移動させる移動部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール製造装置に関する。

従来の太陽電池モジュールの製造方法では、太陽電池素子の外形を基準に太陽電池素子を整列して太陽電池ストリングを作成している。太陽電池素子は、製造時の不具合等によって、外形にばらつきが生じている場合がある。このため、太陽電池素子の外形を基準に太陽電池素子同士の位置合わせを行うと、精度良く位置決めすることが困難になる。

それに対して、特許文献１には、太陽電池素子における基板の受光面に設けられた電極のパターンを基準として太陽電池素子同士の位置合わせを行うことが記載されている。これにより、特許文献１によれば、精度良く太陽電池素子同士を配列させることができるとされている。

特開２０１１−９４６０号公報

特許文献１には、太陽電池ストリング同士の位置合わせを行う際にどのようにしたら太陽電池ストリングの位置決めの精度を向上できるのかについて具体的な記載がない。

一方、太陽電池ストリングの位置決め方法に関しては、太陽電池ストリングの外形を利用して機械的に位置決めをおこなう方法と、電極のパターンを基準としてストリングの位置決めを行う方法がある。機械的な位置決めの場合、太陽電池素子（太陽電池セル）に機械的なストレスをかけるので、太陽電池セルの破損に繋がりやすい。また、電極のパターンを基準に位置決めした場合、電極のパターンに接合されるタブ線の変形による影響を受けて正確に位置決めができなくなることがある。また、太陽電池セルの外形ではなく電極のパターンが基準であるが故に太陽電池ストリング間の間隔がばらつく傾向にあり、外観上に問題が残る可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池ストリングの位置決めの精度を向上できる太陽電池モジュール製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる太陽電池モジュール製造装置は、複数の太陽電池ストリングを配列して太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造装置であって、前記太陽電池ストリングの端面における３つの箇所の位置を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記太陽電池ストリングの位置ずれ量を演算する演算部と、前記演算されたずれ量を補正しながら、前記太陽電池ストリングを目標位置へ移動させる移動部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池セルにおける電極のパターンの印刷位置のばらつきの影響を受けることなく太陽電池ストリングの位置ずれ量を捉えることができ、太陽電池ストリングの位置決めを行うことができるので、太陽電池ストリングの位置決めの精度を向上できる。

図１は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール製造装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における太陽電池ストリングの構成を示す図である。 図３は、実施の形態１におけるストリング搭載装置の構成を示す図である。 図４は、実施の形態１における計測部の構成を示す図である。 図５は、実施の形態１における計測部の構成を示す図である。 図６は、実施の形態１における計測部の動作を示す図である。 図７は、実施の形態１における計測部の動作を説明するためのグラフである。 図８は、実施の形態１における演算処理装置及び制御装置の構成を示す図である。 図９は、実施の形態１における太陽電池モジュールの構成を示す図である。 図１０は、実施の形態２における計測部の構成を示す図である。 図１１は、実施の形態３におけるストリング搭載装置の構成を示す図である。 図１２は、比較例を説明するための図である。 図１３は、他の比較例を説明するための図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる太陽電池モジュール製造装置１０について図１を用いて説明する。

太陽電池モジュール製造装置１０は、複数の太陽電池ストリング２を（例えば、ガラス等の透明絶縁性の）基板６上に配列して太陽電池モジュール７を製造する（図９参照）。具体的には、太陽電池モジュール製造装置１０は、ストリング作成装置１９、ストリング搭載装置１７、ストリングアレイパレット装置１８、演算処理装置１２を備える。

ストリング作成装置１９は、図２に示すように、複数の太陽電池セル１−１〜１−５を複数のタブ線３を介して連続的に接続して太陽電池ストリング２を作成する。

ストリング搭載装置１７は、ストリング作成装置１９によって作られた太陽電池ストリング２をストリング作成装置１９から取出し、ストリングアレイパレット装置１８へ移動させる。ストリング搭載装置１７は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ軸のアクチュエータ（サーボモータ、ロボット）等を有しており、例えば吸着機構や把持機構等により太陽電池ストリング２を保持しながら、設定データにより指定された各停止ポイントへ移動させることができる。図３は、ストリング搭載装置１７が太陽電池ストリング２をストリングアレイパレット装置１８へ移動させる途中の状態を上面から見た図である。

ストリングアレイパレット装置１８は、太陽電池ストリング２の位置ずれを計測するための計測部１５を有する。計測部１５は、太陽電池ストリング２の端面における３つの箇所の位置を計測する。

具体的には、ストリングアレイパレット装置１８には、計測部１５として例えば３つの光量センサ１６−１〜１６−３が設置されている。各光量センサ１６は、図５に示すように、太陽電池セル１が配されるべき位置を間にして上下に配された発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂを有する。図５では、発光素子１６ａが上側に配され受光素子１６ｂが下側に配される場合が例示されているが、逆でもかまわない。

ストリング搭載装置１７は、ストリング作成装置１９によって作られた太陽電池ストリング２を、ストリングアレイパレット装置１８における所定の計測基準位置へ移動させる。すなわち、太陽電池ストリング２は、縦横および回転方向のずれを計測するため測定ポイントまで移動させたあと、３点の光量センサ１６−１〜１６−３にて計測し、この計測位置データと、マスターゲージによりゼロ点合わせをした太陽電池ストリング２の基準位置データとを比較する。これにより、太陽電池ストリング２のずれ量および回転量を求める。以下に計測基準位置データの取得方法を図５により説明する。

太陽電池ストリング２のずれ量および回転量を測定するためにストリングアレイパレット装置１８のテーブル上に取り付けられた３箇所の光量センサ１６−１〜１６−３を遮光する位置、例えば、図３に一点鎖線で示される計測基準位置に移動させる。

このときの測定基準となる計測基準位置の設定方法を説明する。光量センサ１６にストリング搭載装置１７の中心線とマスターゲージのＸＹθの中心線とが一致するようにセットされたマスターゲージを保持し、光量センサ１６−１〜１６−３により検知される光の量が全光入力時と全光遮へい時との遮光量の中心となるような位置にストリング搭載装置１７を移動させる（図３〜図５参照）。そして、マスターゲージの３点、すなわち３箇所の光量センサ１６−１〜１６−３が均等に遮光されるように位置調整し、そのとき計測された位置のデータを計測基準位置データとして例えば演算処理装置１２（図８参照）に記憶させる。

ここで、遮光量の中心値とは、光量センサ１６の発光素子１６ａから出力される光の遮蔽量に比例して受光素子１６ｂで受光される光量を０％〜１００％とした場合、５０％にあたる位置（例えば、図７に示す点（ＬＡ１，ＳＬ１）に対応した位置）のことを指す。遮光量の中心値に対応した測定ポイントを測定基準位置とする。

太陽電池ストリング２の端面２１における３つの箇所の計測データは、毎回太陽電池ストリング２がこの測定基準位置まで移動された状態で取得され、図８に示すように、演算処理装置１２に取り込まれる。演算処理装置１２は、取り込まれた３点の計測データから太陽電池ストリング２の計測位置データを生成し、計測位置データと予め記憶している計測基準位置データとを比較演算することにより、太陽電池ストリング２のＸ、Ｙ方向のずれ量および回転角ずれ量を求める（図６（ａ）、（ｂ）参照）。図７は、太陽電池ストリング２により光量センサ１６の遮光量と遮光寸法とを示したグラフで、遮光量と遮光寸法とが比例することを示している。このグラフから、遮光量に比例した計測データを３点について計測基準位置データと比較することにより、位置ずれ量を演算できることが理解される。

演算処理装置１２は、遮光により導きだされる遮光寸法データ、すなわち位置ずれ量のデータをストリング搭載装置１７におけるコントローラ１１に送信する。コントローラ１１は、変換部１１ａを有している。変換部１１ａは、受信した位置ずれ量を補正量に変換する。変換部１１ａは、例えば、位置ずれ量をキャンセルするように（例えばＸ、Ｙ、θ方向の位置ずれ量に対して符号を反転させることなどにより）、位置ずれ量を補正量に変換する。そして、コントローラ１１は、この補正データをティーチングデータとして登録させたサーボモータアドレス値またはロボットティーチングデータ値の各軸に対し加減演算し、最終的な移動データ先として移動部１３に対する各軸（Ｘ、Ｙ、θ軸）の移動指令を生成する。これにより、移動部１３は、演算されたずれ量を補正しながら、すなわち、変換部１１ａにより変換された補正量に従って、太陽電池ストリング２を目標位置（すなわち、基板６上における配列させるべき位置）へ移動させる。結果的に、コントローラ１１は、太陽電池ストリング２の位置ずれの補正データ値を加減処理することにより、マスターゲージを基準位置にセットした状態となるように擬似的に位置決めさせることになる。

すなわち、移動部１３は、各軸（Ｘ、Ｙ、θ軸）のモータＭ１〜Ｍ３を有する。各軸（Ｘ、Ｙ、θ軸）のモータ（移動部）Ｍ１〜Ｍ３は、補正値に対応した各軸（Ｘ、Ｙ、θ軸）の移動指令に従った電力で駆動される。このとき、ストリング搭載装置１７は、その移動位置データを各モータＭ１〜Ｍ３のエンコーダ（パルス計測器）により検出してコントローラ１１にフィードバックしている。なお、Ｙ軸、θ軸の移動指令をストリング搭載装置１７に入力し、またＸ軸の移動指令についてはストリングアレイパレット装置１８に入力し、補正動作を行わせることも可能である。

このような方法により、太陽電池ストリング２の位置を計測し、その位置ずれの補正データの処理を行うことにより、ストリング作成装置１９から取り出される太陽電池ストリング２に対して、非接触にてその位置ずれ量を計測し位置決めをすることができる。そして、このような補正動作を太陽電池ストリング２がストリング作成装置１９から取出されストリングアレイパレット装置１８に搭載される毎に行うことにより、基板６上に、複数の太陽電池ストリング２−１〜２−３が略等間隔（例えば、図９に示す間隔Ｄ_１２≒間隔Ｄ_２３）で配列されたストリングアレイ５を作成することができる。

ここで、仮に、図１２に示すように、太陽電池ストリング２の外形を利用して機械的に位置決めをする場合について考える。この場合、例えば、複数の位置決めアクチュエータ９２２により太陽電池ストリング２に対して周囲４方向から機械的なストレスをかける。このため、太陽電池ストリング２における太陽電池セル１がその機械的なストレスにより破損する可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、太陽電池ストリング２の位置ずれを非接触で計測するので、計測時における太陽電池セル１の破損を低減できる。

あるいは、仮に、図１３に示すように、太陽電池セル１における電極１ａ、１ｂのパターンを基準として太陽電池ストリング２の位置決めを行う場合について考える。この場合、電極１ａ、１ｂのパターンに接合されるタブ線３の変形による影響を受けて正確に位置決めができなくなることがある。また、太陽電池セル１の外形ではなく電極１ａ、１ｂのパターンが基準であるが故に太陽電池ストリング２間の間隔（図９参照）がばらつく傾向にあり、外観上に問題が残る可能性がある。また、電極１ａ、１ｂのパターンの印刷位置のばらつきにより誤差が発生する可能性があり、太陽電池ストリング２の位置決めの精度が低下する傾向にある。これにより、例えば図９に示すタブ線３とジャンパータブ４−１、４−２の接合位置がずれて接触不良等が発生する可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、計測部１５が、太陽電池ストリング２の端面における３つの箇所の位置を計測し、演算処理装置１２が、計測部１５による計測結果に基づいて、太陽電池ストリング２の位置ずれ量を演算し、移動部１３が、演算された位置ずれ量を補正しながら、太陽電池ストリング２を目標位置へ移動させる。これにより、電極１ａ、１ｂのパターンの印刷位置のばらつきの影響を受けることなく太陽電池ストリング２の位置ずれ量を捉えることができ、太陽電池ストリング２の位置決めを行うことができるので、太陽電池ストリング２の位置決めの精度を向上できる。したがって、例えば図９に示すタブ線３とジャンパータブ４の接合位置のずれを低減できる。すなわち、太陽電池ストリングの各列の基準搭載位置から補正値をフィードバックすることによりストリング間寸法についても均一に配列することが可能となり、品質および外観の向上を図ることができる効果が得られる。

また、実施の形態１では、変換部１１ａが、演算処理装置１２により演算された位置ずれ量を補正量に変換し、移動部１３は、その変換された補正量に従って、太陽電池ストリング２を目標位置へ移動させる。これにより、太陽電池ストリング２の取り出しから搭載までの工程を分割することなく太陽電池ストリング２の位置決めをすることが可能となるため、太陽電池ストリング２の搭載精度を向上しながら、製造タクトの短縮も実現できる。

また、実施の形態１では、計測部１５により計測されるべき３つの箇所は、図４に示すように、太陽電池ストリング２の端面２１における、太陽電池ストリング２の長手方向に沿った第１の中心線２２と長手方向に垂直な第２の中心線２３とで区切られる４つの領域２１ａ〜２１ｄのうちの互いに異なる領域に位置している。例えば、光量センサ１６−１が領域２１ｃに位置し、光量センサ１６−２が領域２１ｄに位置し、光量センサ１６−３が領域２１ｂに位置している。演算処理装置１２は、複数の太陽電池ストリング２が配列されるべき平面内におけるＸ軸方向及びＹ軸方向とその配列されるべき平面に垂直な軸周りの回転方向であるθ軸方向とについて、太陽電池ストリング２のずれ量を演算する。これにより、太陽電池ストリング２の端面２１の外形を全体的に捉えることができるので、個々の太陽電池セル１の外形のばらつきについての影響を受けにくいため、太陽電池ストリング２の位置決めの精度を向上できる。

なお、上記の説明にて入手した補正値のデータをそのままコントローラ１１に記憶させておけば、例えばはんだ接合工程においても接合ツールの移動位置を補正値により変化させることもでき、取出し位置のばらつきによる対する接合不良等の問題を解決することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる太陽電池モジュール製造装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、３つの光量センサ１６を利用して太陽電池ストリング２の位置ずれ量を計測しているが、実施の形態２では、図１０に示す３つのファイバセンサ２１６を利用して太陽電池ストリング２の位置ずれ量を計測する。ファイバセンサ２１６は、発光素子２１６ａから射出された光が受光素子２１６ｂで受光されたか否かを検知する。すなわち、ファイバセンサ２１６は、太陽電池セル１により遮光された状態でオンし、太陽電池セル１により遮光されない状態でオフする。このような３つのファイバセンサ２１６を使用した方法においても、太陽電池ストリング２の端面２１における３つの箇所の位置を計測し、太陽電池ストリング２の位置ずれ量を演算して、その補正値を求めることも可能である。

具体的には、ストリング搭載装置１７により太陽電池ストリング２を計測基準位置まで移動させたあと、この位置のアドレスデータ値を仮想ゼロ点として演算処理装置１２に記憶させる。その後、３つのファイバセンサ２１６の全てがオフする位置まで逆転動作させ、再度各ファイバセンサ２１６がオンする位置アドレスデータ値を記憶しながら、仮想ゼロ点と比較し位置ずれ量を求め、その位置ずれ量から変換された補正値に基づいて移動先アドレスを決定させることができる。

このように、実施の形態２においても、３つのファイバセンサ２１６を含む計測部２１５による計測結果に基づいて、演算処理装置１２が、太陽電池ストリング２の位置ずれ量を演算する。これにより、簡易な構成で太陽電池ストリング２の位置ずれ量を評価することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる太陽電池モジュール製造装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

ストリング搭載装置１７やストリングアレイパレット装置１８をサーボモータ等のアクチュエータと組み合わせた場合、どうしても機構の性質上、バックラッシ等の機械誤差が発生する可能性がある。この問題を解決するために以下の方法を用いて位置補正を実行させることもできる。

図１１に示すストリング搭載装置３１７は、その移動位置データを各モータＭ１〜Ｍ３のエンコーダ（パルス計測器）により検出するのではなく、ストリング搭載装置１７の走行軸に並行して取り付けられたリニアスケール３１４により検出する。これにより、ストリング搭載装置３１７は、その実際の搭載装置の停止位置を読取り、現在位置の測定ツールとしてリニアスケール３１４を代替えすることも可能である。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュール製造装置は、太陽電池モジュールの製造に有用である。

１、１−１〜１−５ 太陽電池セル
２、２−１〜２−３ 太陽電池ストリング
３ タブ線
４、４−１、４−２ ジャンパータブ
５ ストリングアレイ
６ 基板
７ 太陽電池モジュール
１０ 太陽電池モジュール製造装置
１１ コントローラ
１１ａ 変換部
１２ 演算処理装置
１３ 移動部
１５ 計測部
１６、１６−１〜１６−３ 光量センサ
１６ａ 発光素子
１６ｂ 受光素子
１７ ストリング搭載装置
１８ ストリングアレイパレット装置
１９ ストリング作成装置
２１ 端面
２１ａ〜２１ｄ 領域
２２ 第１の中心線
２３ 第２の中心線
２１５ 計測部
２１６ ファイバセンサ
２１６ａ 発光素子
２１６ｂ 受光素子
３１４ リニアスケール
３１７ ストリング搭載装置
９２２ 位置決めアクチュエータ
Ｍ１〜Ｍ３ モータ

Claims (3)

1. 複数の太陽電池ストリングを配列して太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュール製造装置であって、
   前記太陽電池ストリングの端面における３つの箇所の位置を計測する計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づいて、前記太陽電池ストリングの位置ずれ量を演算する演算部と、
   前記演算されたずれ量を補正しながら、前記太陽電池ストリングを目標位置へ移動させる移動部と、
   を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール製造装置。
2. 前記演算された位置ずれ量を補正量に変換する変換部をさらに備え、
   前記移動部は、前記変換された補正量に従って、前記太陽電池ストリングを目標位置へ移動させる
   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製造装置。
3. 前記３つの箇所は、前記太陽電池ストリングの端面における、前記太陽電池ストリングの長手方向に沿った第１の中心線と長手方向に垂直な第２の中心線とで区切られる４つの領域のうちの互いに異なる領域に位置しており、
   前記演算部は、前記複数の太陽電池ストリングが配列されるべき平面内における第１の方向及び第２の方向と前記配列されるべき平面に垂直な軸周りの回転方向とについて、前記太陽電池ストリングのずれ量を演算する
   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製造装置。

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