JP2013206904A

JP2013206904A - 太陽電池セル組立装置

Info

Publication number: JP2013206904A
Application number: JP2012070822A
Authority: JP
Inventors: Noboru Chiba; 昇千葉; Hideto Ishida; 秀人石田
Original assignee: Alpha Design Co Ltd
Current assignee: Alpha Design Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】従来太陽電池素子をバスバーで結線させる際、ほとんどが手作業でされており、品質が不安定で歩留まりが悪く太陽電池モジュールを安価に製作することができなかった。太陽電池素子の自動化した結線装置がもとめられていた。
【解決手段】本発明ではバスバーの製造ライン上の延長線上にセルを載置する方法で効率的な太陽電池素子の結線方法を提案する。本発明に係る内容であればフラックスを塗布することが容易で不完全部分無く線材に塗布することができる。効率がよく経済的な太陽電池セル組立装置を提供するものである。
【選択図】図1

Description

本出願は太陽電池素子(以下セルという)を用いて、太陽電池パネルもしくは太陽電池モジュールを作るためのセルの結線方法及び装置に関するものである。

地球温暖化防止等の観点からクリーンエネルギーとして太陽発電の用途開発が急速に広がってきている。太陽電池はセルをバスバーといわれる線材等で結線する。
通常太陽光発電の場合、一枚のセルのみでは出力が低い為、複数枚のセルを直列に結線し、電圧が増すようにする必要がある。
更にこのように複数結線した縦長のセル列を数列並列に結線して電流を増すようにした上でパーッケージされたものが太陽電池モジュール、もしくは太陽電池パネルといわれるものである。

以上のような太陽電池モジュール製作の前工程ではセル20とバスバー21が上下に重ねられ結線されている。
このように結線する為には、割れやすいセル20と薄くて細いバスバー21を所定位置に正確に半田付けしなくてはならない為人手による細かい作業を必要とし、自動化することができなかった。
特にバスバー21は上面がプラス側電極として、また下面がマイナス側電極としてセル20に接続するべく、両面を半田付け可能にするために半田付け用金属があらかじめ付着されている。このようなバスバー21はボビン90に巻き取られて提供されている。

ボビン90から引き出されたリボン(線材92)には長期間巻き取られていた為のそりが残留している。そのままセルの組立に使用すると、湾曲、蛇行、そり、引っかかりの原因になりバスバー21が変形して不良品を出してしまう可能性があった。
また、最悪の場合バスバー21の変形によって半田後に熱影響との相乗効果でセルを割ってしまうことがあった。

従来方法としては図9に図示する同一出願人による特願2010-45923が提案されている。線材矯正装置91は複数の水平ロール911や垂直ロール912の間を線材92を移動方向に引き出すことによって矯正する旨提案されている。
図4に図示するように、セル20の表面部（マイナス側電極面）201と隣のセル20の裏面部(プラス側電極面)202とを順次バスバー21によって直列に結線することによって太陽電池モジュール205は大きな電圧を発生することができる。

そのためには図4(e)に図示されるようにバスバー21は段付き部213が形成され、マイナス電極211とプラス電極212がそれぞれセル21のマイナス側電極面201とプラス側電極面202に通電するように結線されなくてはならない構成になっている。
特許文献1に記載された従来例(特願2010-45923)について図5、図6で説明する。
ボビン90に巻きつけられて提供される線材92は、ボビンローラ部902に配設され線材92(以下実施例においてもバスバー21の原材料を線材92と称す)を供給する。なお図示された従来例の太陽電池セル組立装置98は内蔵された制御部99によって制御される。

線材92はチャック93によって仮組み位置94に所定長さ分引き出される。該引き出された線材92は中間部213が段付け装置によって形成され、その後切断部913によって切断されて、所定長さになった状態で仮組み位置94に移送される。

仮組み位置94には、セル吸着ヘッド915によってセル台916にあらかじめ移送されているセル20を吸着保持して該仮組み位置94に載置する。その表面であるマイナス側電極面201にバスバー21のマイナス電極面211を載置する。その後ベルトコンベア918を駆動させて仮組み位置に載置されたセル20を移動方向に所定距離移動する。そしてバスバー21のプラス電極面212の上に新しいセル20を載置して、バスバー21のプラス電極212とセル20のプラス側電極面202が接触するように仮組みされる。この状態は図4の(b)に図示されたように仮組みされている。

次に所定距離ベルトコンベア918が駆動し、仮組み状態で組み立て中の太陽電池モジュール206を移動方向(X方向)に移動させ、仮組みした組立中の太陽電池モジュール206の仮組み箇所を半田付け部944直下に移動し、半田付けヒータ945を下降して組立中の太陽電池モジュール206の仮組み箇所を半田付けし、完成した太陽電池モジュール205を製造する構成になっている。

同様に同一出願人による特願2011-176312が提案されている。特にフラックスが使われており、フラックスは、はんだ付けされる金属表面の酸化膜を化学的に除去し、はんだ付け可能な金属表面にする。フラックスは、はんだ付けに欠かせないもので、プリント配線板のはんだ付けから特殊金属のはんだ付けまで、広く使用されている。

特願2010-45923 特願2011-176312

図5図６に示すような従来装置(特許文献1)や他の装置(特許文献2)でも充分に太陽電池モジュールを製作できたが、本出願は更に効率よくすると共に、安価に提供できるようにしようとするものである。
図5図6に示す太陽電池セル組立装置98はシリンジ921,922が線材92の上部にフラックスを塗布する構成になっている。
そしてシリンジ923.924がセル台916に載置されたセル20のマイナス側電極面201にフラックスを塗布する構成になっている。

線材92はボビン９０から引き出され水平ロール911と垂直ロール912によって矯正されるようにチャック９３によってX1方向に引き出される。
一定長さ引き出された線材92は切断部913によって切断されバスバー２１として仮組み位置94にチャック９３によって移送される。

また、セル台916に載置されたセル20のマイナス側電極面201にシリンジ923.924によってフラックスが塗布される。その後セル20は複数のセル吸着ヘッド915に吸着保持されて仮組み位置94に移送され、あらかじめチャック93によって仮組み位置94に移送されたバスバー21と仮組みされる。

上記の様な方法は、セル台916に載置したセル20にフラックスを塗布するシリンジ923.924とリボン受け渡し部９３０近傍の線材92にフラックスを塗布するシリンジ921.922を必要としシリンジが多くなるので制御部９９による制御及びシリンジ921〜924内のフラックスの量が不足しないように管理することが必要となる。
シリンジ数が少なくなれば制御部９９による制御を容易にすることができると共に管理する手間も軽減することができる。

特許文献2に提案されている特願は図7のような構成をしている。そして段落0023に矯正の完了した線材92にフラックス塗布部334によって半田付けが容易になるようにフラックス剤が塗布される構成になっている。フラックス塗布部334は通過する線材92に上下左右方向からフラックスを吹きつけ、線材92全体にフラックスが塗布されるように構成されている。と記載されている。
このような構成でも充分であるが、更に簡便な方法で均一にフラックスを線材92に塗布することが望まれている。また、塗布圧力や流量などを正確に制御部99で制御する必要があり、更なる簡便な方法が望まれている。

そこで、太陽電池セルとバスバーを半田付けする装置であって、所定数のバスバー用リボンを所定長さ移動方向に突出させて支持するリボン保持部と、前記リボン保持部に支持された前記バスバー用リボンを掴んで所定長さ移動方向に引き出すリボン搬送部と、前記バスバー用リボンを所定長さで切断するリボン切断部と、前記リボン切断部の手前で前記バスバー用リボンが液体吸着材の穴を貫通するように配設したリボン塗布部と、前記リボン塗布部の前記液体吸着材にフラックスを供給するシリンジ部とを備えたことを特徴とする太陽電池セル組立装置を提供するものである。

更に前記リボン塗布部は前記リボン保持部に配設されており、前記リボン塗布部は前記液体吸着材の中を前記バスバー用リボンを通過させて形成していると共に、前記リボン塗布部は前記液体吸着材の中を複数の前記バスバー用リボンを通過させて形成していると共に、前記リボン塗布部の液体吸着材は上部液体吸着材と下部液体吸着材に分けられており前記バスバー用リボンの上部と下部をおのおの別に塗布することができるようにしたことを特徴とする太陽電池セル組立装置を提供するものである。

本発明によってボビンから引き出した線材が所定長さに切断されてバスバーに成形される直前にフラックスを線材の表面全体に均一に塗布することができるようになった。
液体吸着材（例えばスポンジ等）の中央部に切り込みを入れ、切り込み内に線材を通すことによって塗布部を形成することができるので、安価に製作できる。
また、切り込みは線材の太さや幅などの形状に応じて切り込みのように切り込み形状を変化させることにより、どのような形状の線材にも塗り残し無くフラックスを塗布することができる。

そして図4（C）のように液体吸着剤の切り込みを複数製作して複数の線材を通すようにすれば、少数もしくは1つのシリンジで液体吸着材にフラックスを供給することができるので、より経済的な塗布部を提供することができる。
当該発明によれば、図6に示す従来方法よりもシリンジの数を減らすことができると共に、セル0にフラックスを塗布するためのセル台が不要になり工程を省略して安価に提供することもできる。

図7に示す太陽電池セル組立装置の塗布部の方法では、フラックスを線材に上下左右から吹き付けて塗布する方法が取られており、均一に塗布するための圧力を設定しなければならないと共に吹き付け部のノズル形状を設定しなければならない。
本発明では、液体吸着材の形状を変更すればよいだけなので均一な塗布を容易に設定することができる。

また、液体吸着材にシリンジを用いてフラックスを滴下するように構成したので、単位時間当たりの滴下数を設定すれば液体吸着材に含ませるフラックス量が設定でき容易に塗布状態を管理できる。
したがって液体吸着材にフラックスが充分に浸透していれば、線材に塗布不良を発生することなく、均一にまんべんなく塗布することが可能である。

液体吸着材は安価でありフラックスが固まった場合は容易に交換することができる。フラックスが固まって硬くなった場合は躊躇なく交換することができるので、常に新しい液体吸着材30が使用可能で均一な塗布を確保できる。

リボン保持台によって液体吸着材がX1方向に移動しないようにすると共に線材の端部をチャッキングしやすいように保持すると共に、液体吸着材がずれない様に保持することができ合理的である。
液体吸着材のフラックス吸着量が飽和になって液だれした場合は溝に集めることができるので余分なフラックスを合理的に処理することができる。
また、溝にフラックスが溜まるように構成すれば、液体吸着材を浸しておくことができ、液体吸着材が乾燥して不完全な塗布にならないようにすることができる。

本発明はボビン90に巻き取られて提供された線材92をバスバー21に加工し、セル20と仮組みした後半田付けし、太陽電池モジュール205を作成するように構成した太陽電池セル組立装置に関するもので以下にその構成を説明する。

図1は本発明に係る太陽電池セル組立装置1の全体図を図示したものである。太陽電池セル組立装置1は架台3の中に設置された制御部2によって制御されるよう構成されている。
ボビン90によって提供された線材92は矯正部4でねじれや曲がりなどが取り去られ、リボン保持台33に端部929を保持されている。リボン保持台33によって端部929をX1方向に突き出すように保持されている線材92の端部929をチャック10が掴んでX1方向に引き出す構成になっている。

線材92はチャック10が端部929を掴んでX1方向に移動することによって矯正部4の水平ロール911と垂直ロール912の間を引き抜かれることによって矯正される。また、このことによってボビン90に巻き取られている線材92がX1方向に引き出される。

線材92はボビン90の回転によって自然降下し、センサ901に線材92が接触するとボビン90の回転が停止し、線材92は一定量のたわみを有して供給される。
常にたわみのある状態で線材92が供給されるので、チャック10が端部929を掴んでX1方向に一定距離引っ張っても、引っ張り力はボビン90には伝わらないようにたわみ量が与えられているので、一定力でチャック10が移動することができる。
一定力でかつ一定速度で線材92を引き出すことによって矯正部4は設定した通りに線材92を矯正することができる。

図3のように線材92はリボン保持台33のX1方向（進行方向）に端部929を突き出すように配置されている。
チャック10はX2方向に移動してリボン保持台33から突き出した端部929を掴んでX1方向に引き出す構成になっている。

端部929を掴んだチャック10は一定距離X1方向に移動すると一旦停止する。このとき段付き部41の上刃411が下降して線材92に段部213を形成する。
段部213が形成されると上刃411が上昇すると共に端部929を掴んだチャック10は更に一定距離X1方向に移動して一旦停止する。このとき切断部40の上刃401が下降して線材92が切断されバスバー21が形成される。

残った線材92は図3の端部929のようにリボン保持台33に突出した状態で保持される。チャック10に掴まれた状態で線材92が切断されて成形されたバスバー21はそのままチャック10によってX1方向にある仮組み部11まで移載され図4の(e)のような状態にセル20と重ねあわされて仮組みされる。
その後ベルトコンベア918によって更にX1方向に移送される。

所定位置にバスバー21を移送したチャック10はバスバー21を載置した後は次のバスバー21を形成する為にX2方向に移動して端部929を掴んで同様の作業を繰り返す様制御される。

前述したように仮組み部11では図4の(e)のような太陽電池モジュールの形状になるように仮組みされる。仮組みされたセル20とバスバー21はベルトコンベア918によってX1方向に移送される。次のバスバー21はチャック10によって新たにリボン保持台33から移送される。
そしてセル20はセル吸着ヘッド915によって仮組み部11に移送される。

図6に図示するような従来装置であればセル20はセル台916に載置されシリンジ923.924によってフラックスがセル20に塗布された後、セル吸着ヘッド915によって仮組み位置94に移送される。

本発明はセル台916がなくてもバスバー21にフラックスを塗布できる構成になっているので、セル台916の位置までの他のベルトコンベア等の移転方法（図示しない）で移送される。移送されたセル20を、セル吸着ヘッド12によって吸着保持し、仮組み部11に移送され図4の(e)の太陽電池モジュール205の形状になるように仮組みされる。

本発明も図5図6の従来の装置も同じくモジュール205はベルトコンベア918によってX1方向に送られて、半田付け部944及び半田付けヒータ945の位置で半田付けされ、太陽電池モジュール205が成形される構成になっている。

従来の太陽電池セル組立装置98の仮組み位置94と本発明に係る太陽電池セル組立装置1の仮組み部11は、同じ構成の位置である。図5に係る従来の太陽電池セル組立装置98であれば仮組み位置94には、セル台916上でフラックスを塗布されたセル20をセル吸着ヘッド915によって仮組み位置94に移送される。

更にシリンジ921.922でフラックスを塗布されたバスバー21をチャック93に掴まれて仮組み位置94に移送されることによって、太陽電池モジュール205が仮組みされ、X1方向の半田付け部944にベルトコンベア918によって移送されて完成する。

図7に図示されるような従来式の太陽電池セル組立装置981も同様である。
塗布部334では霧吹きのようにフラックスを上下左右から線材92に吹き付けて塗布する構成になっている。フラックスが乾くと固まるので、塗布部334のノズルがフラックスによって閉ざされてしまうことも考えられる。
本発明に係る太陽電池セル組立装置1の塗布方法は上記のようにフラックスが固まることが少ないと共に液体吸着材30が吸着したフラックスが固まっても簡単に交換できるようになっている。

これらの新旧の太陽電池セル組立装置1、98、981の何れも、仮組み位置94.941及び仮組み部11からX1方向に移動した部分の構成は同じであり、半田付け部944を経て太陽電池モジュール205が成形される。

図2を用いて本発明に係る塗布部35を説明する。塗布部35はリボン保持台33とシリンジ32と液体吸着材30とで形成されている。
リボン保持台33は、溝34が形成されている。リボン保持台33のX1方向には衝立部331が形成されている。衝立部331のX2方向に液体吸着材30が取り付けられておりシリンジ32からフラックスを滴下するように構成されている。

リボン保持台33の衝立部331には線材92が通り抜けられると共に図3のように端部929を保持するような穴332が開いている。穴332の大きさは線材92を通して保持するが、液体吸着材30は通らないような大きさに形成されている。
そして端部929の位置がずれないように保持することによってチャック10が掴み易いように構成されている。

チャック10によってX1方向に引っ張り出された線材92は液体吸着材30を通過することによってフラックスが塗布される。線材92の移動と共に液体吸着材30もX1方向に移動しようとするが、衝立部331に制止させられて定位置にとどまるよう構成されている。

液体吸着材30は図4の(a)(b)(c)のような構成をしている。(a)の液体吸着材の切り込み312は線材92が通過する程度の大きさに開けられている。
液体吸着材30は例えばスポンジ等であり、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質の柔らかい物質である。液体にひたすと孔内の空気と置換される形で液体を吸い取り、また外部からの力で容易に放出する特性を有するものが使用されている。

従って切り込み311,312を線材92が通過するときに、液体吸着材30が含んだフラックスを線材92に塗布するように構成されている。

液体吸着剤30の形状は図4の(a)〜(b)の様でもよく、切り込みの形状も同様に様々な形状が考えられる。上記したように液体吸着剤30はスポンジのような弾力性のある材料であり、線材92によって外部圧力を与えるような切込み311.312を通過させることによって確実に線材92にフラックスを塗布することができるようになっている。

液体吸着材30の形状寸法L,M,Nを変化させることで液体吸着材30のフラックス含有量や塗布時における線材92との接触時間を変化させることができ、不完全な塗布無く実行することができる。

また、図4(b)のNを大きくすることにより、図4(c)のような形状にすることができる。リボン保持台33の数箇所の溝341.342をつなげて一体化することによって、図4(c)のような形状の液体吸着材301が設置でき、複数の線材92を通過させることができる。
このような構成にすることでシリンジ32の数を減らすことができる。

また、液体吸着材30は図4（d）のように上部吸着材305と下部吸着材306のように別々に配置してフラックスを吸着させて塗布するよう構成しても良い。
この構成であれば、上記吸着材305の下部に線材92の上部を接触させるように通過させれば線材92の上部のみにフラックスを塗布することができる。
同様に下部吸着材306の上部に線材92の下部を接触させるように通過させれば、線材92の下部のみにフラックスを塗布することができる。

上記構成を用いればバスバー21の断部を境にバスバー21の上部のみないし下部のみを別々に塗布することができる。
このような構成であれば、バスバー21がセル20に接触する方向のみフラックスを塗布できるので、フラックスの使用量を大幅に削減することができる。

また、溝34はフラックスが溜まるように構成し液体吸着材30を浸すようにすれば、液体吸着材30のフラックス含み量を一定に保つことができる。
リボン保持台33の線材92を保持する穴332は左右から把持するような形状でも良い。
また、液体吸着材30はリボン保持台衝立部331の前方(X1方向)に接着させておくように構成しても良い。

また、図2図3ではシリンジ32からフラックスを液体吸着材301に滴下するように図示したが、シリンジ32は液体吸着材30に接触してフラックスを供給するようにしても良い。
上述したようにリボン保持台33に掘り込まれた溝34にフラックスを溜めて液体吸着材30に補給するように構成しても良い。

本発明によってボビン90から引き出した線材92が所定長さに切断されてバスバー21に成形される直前にフラックスを線材92の表面全体に均一に塗布することができるようになった。
液体吸着材30（例えばスポンジ等）の中央部に切り込み311を入れ、切り込み311内に線材92を通すことによって塗布部35を形成することができるので、安価に製作できる。
また、切り込み311は線材92の太さや幅などの形状に応じて切り込み312のように切り込み形状を変化させることにより、どのような形状の線材にも塗り残し無くフラックスを塗布することができる。

そして図4（C）のように液体吸着剤30の切り込み311を複数製作して複数の線材92を通すようにすれば、少数もしくは1つのシリンジ32で液体吸着材30にフラックスを供給することができるので、より経済的な塗布部35を提供することができる。
当該発明によれば、図6に示す従来方法よりもシリンジ32の数を減らすことができると共に、セル20にフラックスを塗布するためのセル台916が不要になり工程を省略して安価に提供することもできる。

図7に示す太陽電池セル組立装置981の塗布部334の方法では、フラックスを線材92に上下左右から吹き付けて塗布する方法が取られており、均一に塗布するための圧力を設定しなければならないと共に吹き付け部のノズル形状を設定しなければならない。
本発明では、液体吸着材30の形状を変更すればよいだけなので均一な塗布を容易に設定することができる。

また、液体吸着材30にシリンジ32を用いてフラックスを滴下するように構成したので、単位時間当たりの滴下数を設定すれば液体吸着材30に含ませるフラックス量が設定でき容易に塗布状態を管理できる。
したがって液体吸着材30にフラックスが充分に浸透していれば、線材92に塗布不良を発生することなく、均一にまんべんなく塗布することが可能である。

液体吸着材30は安価でありフラックスが固まった場合は容易に交換することができる。フラックスが固まって硬くなった場合は躊躇なく交換することができるので、常に新しい液体吸着材30が使用可能で均一な塗布を確保できる。

リボン保持台31によって液体吸着材30がX1方向に移動しないようにすると共に線材92の端部をチャッキングしやすいように保持すると共に、液体吸着材30がずれない様に保持することができ合理的である。
液体吸着材30のフラックス吸着量が飽和になって液だれした場合は溝34に集めることができるので余分なフラックスを合理的に処理することができる。
また、溝34にフラックスが溜まるように構成すれば、液体吸着材30を浸しておくことができ、液体吸着材30が乾燥して不完全な塗布にならないようにすることができる。

本発明は以上のような構成を利用した発明であり、そのような構成を使用した装置である。

本発明は太陽電池セルの組立だけでなく、他の電子部品組立装置に応用することができる。

本発明に係る本体の斜視図である。チャックと塗布部の拡大図である。塗布部の拡大図である。液体吸着材と太陽電池モジュールの図である。従来の太陽電池セル組立装置の横方向からの斜視図である。従来の太陽電池セル組立装置の横方向からの斜視図である。他の従来の太陽電池セル組立装置の斜視図である。

1
本体(太陽電池セル組立装置)
2
制御部
3
架台
4
矯正部
10
チャック
11 仮組み部
12 セル吸着ヘッド
20
セル
201
マイナス側電極面
202
プラス側電極面
205
太陽電池モジュール
206
組み立て中太陽電池モジュール
21
バスバー
211
マイナス電極
212
(バスバーの)プラス電極
213
(バスバーの)段部
30
液体吸着材
301
液体吸着材
305
上部吸着材
306 下部吸着材
311 切り込み
312 切り込み
32
シリンジ
321
シリンジ
322 シリンジ
33
リボン保持台
331
衝立部
332
穴
334 塗布部
34
溝
341
溝
342 溝
35 塗布部
40
切断部
401 上刃
41
段付け部
411 上刃

90
ボビン
901
センサ
902
ボビンローラー部
911
水平ロール
912
垂直ロール
913
切断部
915 セル吸着ヘッド
916 セル台
918 ベルトコンベア
92 線材
921
シリンジ
922
シリンジ
923
シリンジ
924
シリンジ
929
端部
93 チャック
930
リボン受け渡し部
94
仮組み部
941 仮組み位置
944 半田付け部
945 半田付けヒータ
98
太陽電池セル組立装置
981 太陽電池セル組立装置
99 制御部

Claims

太陽電池セルとバスバーを半田付けする装置であって、
所定数のバスバー用リボンを所定長さ移動方向に突出させて支持するリボン保持部と、
前記リボン保持部に支持された前記バスバー用リボンを掴んで所定長さ移動方向に引き出すリボン搬送部と、
前記バスバー用リボンを所定長さで切断するリボン切断部と、
前記リボン切断部の手前で前記バスバー用リボンが液体吸着材の穴を貫通するように配設したリボン塗布部と、
前記リボン塗布部の前記液体吸着材にフラックスを供給するシリンジ部とを備えたことを特徴とする太陽電池セル組立装置。
前記リボン塗布部は前記リボン保持部に配設されていることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル組立装置。
前記リボン塗布部は前記液体吸着材の中を複数の前記バスバー用リボンを通過させて形成していることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル組立装置。
前記リボン塗布部の液体吸着材は上部液体吸着材と下部液体吸着材に分けられており前記バスバー用リボンの上部と下部をおのおの別に塗布することができるようにしたことを特徴とする請求項1記載の太陽電池セル組立装置。