JP2013225580A - 太陽電池モジュールの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池パネルと枠体とが剥れにくい、より強固な接着の実現を図りつつ、接着剤の使用量を必要最小限に抑えて、太陽電池モジュールの美観の向上と製造コストの抑制を図ることができる太陽電池モジュールの製造装置を得ること。
【解決手段】太陽電池パネル１の裏面に金属製の枠体１４が接着された太陽電池モジュールの製造装置５０であって、接着剤を吐出して、太陽電池パネルの裏面または枠体に接着剤を塗布する吐出部１９と、枠体１４が接着される領域の凹凸を検出するパネル側検出部１７と、枠体１４の太陽電池パネル１への接着面の凹凸を検出する枠体側検出部２０と、検出された太陽電池パネル１の凹凸および枠体１４の凹凸に基づいて太陽電池パネルの裏面または枠体への接着剤の塗布量を調整する制御部１８と、を備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造装置および製造方法に関し、特に太陽電池パネルに枠部材を貼り付けて構成される太陽電池モジュールの製造装置および製造方法に関する。

太陽電池セルは、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作成されることが多い。このような太陽電池セルを透明性基板と裏面シートとで挟み、その間に充填材を封入することで、太陽電池セルへの物理的衝撃からの保護が図られた太陽電池パネルが作成される。そして、太陽電池パネルに対して、例えばアルミニウムといった金属性の枠体が組付けられて、より一層の強度の向上が図られた太陽電池モジュールが作成される。

通常、太陽電池モジュールは、家屋の屋根の上やビルの屋上などの野外に設置されるため、風雨などからの保護の必要性から、金属性の枠体には高い機械的強度と耐候性能が要求される。また、野外に設置するための架台と太陽電池モジュールを接続し固定するためにもこの金属製の枠体は使用される。

太陽電池パネルへの枠体の組付方法としては、太陽電池パネルを位置決めした後、互いに対向する２つの端部（両端部）に枠体の溝部を平行方向から圧入することにより取付け、枠体が外力により外れないようにネジ締め固定する方法が一般的である。この一般的な組付方法では、圧入やネジ締め固定など作業が煩雑になりがちであるため、例えば特許文献１では、太陽電池パネル裏面に接着剤層を介して枠体を直接接着する製造方法が開示されている。

特開２０１１−２２２９３０号公報

上記従来技術では、太陽電池パネルと枠体を強固に接着させる必要がある。そのために、接着剤の使用量を増やせば、はみ出した接着剤によって太陽電池モジュールの美観が損なわれたり、接着剤の使用量の増加によって製造コストが増大したりしてしまう。そこで、太陽電池パネルと枠体とを接着させる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池パネルと枠体とが剥れにくい、より強固な接着の実現を図りつつ、接着剤の使用量を必要最小限に抑えて、太陽電池モジュールの美観の向上と製造コストの抑制を図ることが求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池パネルと枠体とが剥れにくい、より強固な接着の実現を図りつつ、接着剤の使用量を必要最小限に抑えて、太陽電池モジュールの美観の向上と製造コストの抑制を図ることができる太陽電池モジュールの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、本発明は、太陽電池パネルの裏面に金属製の枠体が接着された太陽電池モジュールの製造装置であって、接着剤を吐出して、太陽電池パネルの裏面または枠体に接着剤を塗布する吐出部と、枠体が接着される領域の凹凸を検出するパネル側検出部と、枠体の太陽電池パネルへの接着面の凹凸を検出する枠体側検出部と、検出された太陽電池パネルの凹凸および枠体の凹凸に基づいて太陽電池パネルの裏面または枠体への接着剤の塗布量を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、接着面の凹凸に応じた適切な厚さで接着剤を塗布することが可能となる。これにより、太陽電池パネルと枠体とのより強固な接着を図りつつ、余分な接着剤のはみ出しを抑えた美観の向上、および製造コストの増大の抑制を図ることができるという効果を奏する。

図１は、太陽電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図２は、太陽電池パネルを側面から見た断面図である。 図３は、太陽電池モジュールの平面図である。 図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。 図５は、図３に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。 図６は、太陽電池モジュールを裏面側から見た図である。 図７は、枠体の概略構成を示す側面図である。 図８は、図３に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。 図９は、図８に示すＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図であり、接着剤を均一な厚みで塗布した状態を示す図である。 図１０は、接着剤を塗布するために太陽電池パネルが吸着された状態を示す図である。 図１１は、太陽電池モジュールの製造装置の概略構成を示すブロック図である。 図１２は、接着剤塗布ノズルの概略構成を示す断面図である。 図１３は、接着剤塗布ノズルの概略構成を示す断面図である。 図１４は、太陽電池パネルと長辺側枠体との接着部分を拡大した部分拡大断面図である。 図１５は、太陽電池モジュールの製造工程を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの製造装置および製造方法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。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．
まず、太陽電池モジュールの構造の概略について説明する。図１は、太陽電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。図２は、太陽電池パネルを側面から見た断面図である。図３は、太陽電池モジュールの平面図である。

太陽電池モジュール７は、太陽電池パネル１と枠体１４とを備える。太陽電池モジュール７は、太陽電池パネル１に対して枠体１４を圧入せずに取り付ける、いわゆる枠体圧入装着レスモジュールである。

図２に示すように、太陽電池パネル１は、投光性基板２と、表面充填材３と、太陽電池セル４と、裏面充填材５と、裏面シート６の積層体で構成されている。太陽電池パネル１は、投光性基板２側から照射された太陽光が太陽電池セル４に入射することで、電力を発生させる。なお、以下の説明において、太陽光が照射される投光性基板２側面を表面といい、その反対面側である裏面シート６側面を裏面という。

図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図５は、図３に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。図６は、太陽電池モジュール７を裏面側から見た図である。枠体１４は、太陽電池パネル１の裏面側に接着される。枠体１４は、アルミニウムなどの金属を用いて構成される。枠体１４は、長辺側枠体８と短辺側枠体１１とを有する。

長辺側枠体８は、平面視における太陽電池パネル１の長辺と略平行に延びるように設けられ、長辺側の端部に接着される枠体１４である。短辺側枠体１１は、平面視における太陽電池パネル１の短辺と略平行に延びるように設けられ、短辺側の端部よりも中央側に寄せた位置に接着される。短辺側枠体１１は、図６に示すように２本の長辺側枠体８の間に掛け渡すように設けられる。

長辺側枠体８の天面には、図４に示すように、段差が形成されており、その段差の低い部分が太陽電池パネル１を載せるための段差受け部９となる。段差受け部９の上面には、太陽電池パネル１の裏面シート６と長辺側枠体８とを接着させるために接着剤１０が塗布されている。太陽電池パネル１の天面のうち段差の高い部分、すなわち太陽電池パネル１が載せられない部分（露出天面８ａ）は、太陽電池パネル１の表面よりも低くなるように形成される。これにより、太陽電池パネル１の表面の水はけ悪化および積雪地域での雪の滞留重みによるモジュール枠変形外れの発生を抑えることができる。

図５に示すように、短辺側枠体１１は、その天面の全体が太陽電池パネル１を載せるための短辺側受け部１２となる。短辺側受け部１２には、太陽電池パネル１の裏面シート６と短辺側枠体１１とを接着させるための接着剤１０が塗布されている。短辺側枠体１１の本数は、太陽電池モジュール７の強度が確保できるのであれば、図に示すような２本に限定されず、１本でも３本でも任意の本数を取り付ければよい。長辺側枠体８と短辺側枠体１１との接合は、太陽電池モジュール７の強度が確保できない場合を除き、ネジ締めを行わない構造とする。

次に、太陽電池モジュール７の製造装置、特に太陽電池パネル１と枠体１４とを接着させる着装置について説明する。太陽電池パネル１は、全体を一様の厚さで形成することが難しい。太陽電池パネル１は、投光性基板２と、表面充填材３と、太陽電池セル４と、裏面充填材５と、裏面シート６との積層体で構成されているが、太陽電池パネル１の端部には、積層方向に太陽電池セル４が無いために、太陽電池パネル１の外周部分では厚みが薄くなっている。そのため、太陽電池パネル１の外周部分とその他の部分では、図２でＰとして示す厚みの差が生じる。

図７は、枠体１４の概略構成を示す側面図である。一般的に、枠体１４はアルミニウム製の引抜でできており、枠体１４には反りによる凹凸が発生する。その上下方向反り量１４ａは枠体１４の全長に対して１％ほどである。

図８は、図３に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。なお、図８では、長辺側枠体８を省略して示している。厚みに差の生じている太陽電池パネル１と、反りが生じている枠体１４とを接着剤１０で接着させる際、均一な厚みで接着剤１０を塗布しようとすると、太陽電池パネル１の裏面と枠体１４との最大隙間１５ａ以上の厚さで接着剤１０を塗布する必要がある。

この場合、太陽電池パネル１と枠体１４との隙間が最大隙間１５ａよりも小さくなる部分では余分な接着剤１０を塗布することになる。図９は、図８に示すＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図であり、接着剤１０を均一な厚みで塗布した状態を示す図である。図９に示すように、接着剤１０が枠体１４の横方向にはみだし、外観状の問題が発生するとともに接着剤１０の塗布量が多くなり、製造コストが増加してしまう。

図１０は、接着剤１０を塗布するために太陽電池パネル１が吸着された状態を示す図である。図１１は、太陽電池モジュール７の製造装置５０の概略構成を示すブロック図である。製造装置５０は、図１１に示すように、パネル側凹凸検出装置（パネル側検出部）１７、制御装置１８、接着剤塗布ノズル（吐出部）１９、枠体側凹凸検出装置（枠体側検出部）２０、駆動装置（駆動部）２８を備える。製造装置５０は、太陽電池パネル１の凹凸や枠体１４の反りに応じて、接着剤１０の塗布量を制御する。

パネル側凹凸検出装置１７は、太陽電池パネル１の裏面（裏面シート６側面）の凹凸を検出する。例えば、接着される枠体１４の長手方向に沿って、レーザー光などを用いて非接触方式で連続スキャンする。検出された凹凸のデータは、制御装置１８に送信される。

枠体側凹凸検出装置２０は、枠体１４の接着面の反りを含めた凹凸を検出する。例えば、枠体１４の接着面の長手方向に沿って、レーザー光などを用いて非接触方式で連続スキャンする。検出された凹凸のデータは、制御装置１８に送信される。

接着剤塗布ノズル１９は、その先端から接着剤１０を吐出し、太陽電池パネル１の裏面に接着剤１０を塗布する。図１２，１３は、接着剤塗布ノズル１９の概略構成を示す断面図である。接着剤塗布ノズル１９には、接着剤１０を吐出する複数の吐出口１９ａが形成されている。吐出口１９ａのそれぞれには、吐出口１９ａの開度を変化させる絞り弁２４が設けられている。この絞り弁２４の開度を変化させることで、吐出口１９ａごとに接着剤１０の吐出量を変化させることができる。

図１３では、左側の吐出口１９ａに設けられた絞り弁２４の開度が大きくされ、右側の吐出口１９ａに設けられた絞り弁２４の開度が小さくされている。したがって、左側の吐出口１９ａからの吐出先のほうが、右側の吐出口１９ａからの吐出先よりも接着剤１０が厚く塗布される。

駆動装置２８は、接着剤塗布ノズル１９を移動させる。太陽電池パネル１の裏面や枠体１４の接着面に沿って接着剤塗布ノズル１９を移動させることで、所望の領域に接着剤を塗布することが可能となる。

制御装置１８は、パネル側凹凸検出装置１７と枠体側凹凸検出装置２０とから送信された凹凸のデータに基づいて、太陽電池パネル１と枠体１４とを接着させた場合の両者の隙間の間隔を算出する。また、制御装置１８は、算出された隙間の間隔に応じて、駆動装置２８による接着剤塗布ノズル１９の移動速度や、絞り弁２４の開度を制御して、算出された隙間の間隔に応じた厚さで接着剤１０が塗布されるように、接着剤１０の吐出量を制御する。

太陽電池パネル１の端部に沿って設けるのではなく、太陽電池パネル１の短辺側の端部よりも中央側に寄せた位置に設けられる短辺側枠体１１の場合には、短辺側枠体１１の短手方向には、太陽電池パネル１と短辺側枠体１１との隙間の間隔は、ほとんど変化しない。一方、短辺側枠体１１の長手方向には、図８に示すように、太陽電池パネル１の長辺側の端部側で太陽電池パネル１と短辺側枠体１１との隙間の間隔が大きくなる。

そこで、制御装置１８は、駆動装置２８を制御して、接着剤塗布ノズル１９を短辺側枠体１１の長手方向に沿って移動させるとともに、隙間の間隔が大きくなる部分では接着剤塗布ノズル１９の移動速度を小さくし、隙間の間隔が小さくなる部分では接着剤塗布ノズル１９の移動速度を大きくする。これにより、太陽電池パネル１と短辺側枠体１１との隙間の間隔が大きくなる部分での接着剤１０の塗布量が多くなり、接着剤１０を厚く塗布することができる。

図１４は、太陽電池パネル１と長辺側枠体８との接着部分を拡大した部分拡大断面図である。太陽電池パネル１の端部に沿って設けられる長辺側枠体８の場合には、図１４に示すように長辺側枠体８の短手方向に沿って、太陽電池パネル１と短辺側枠体１１との隙間の間隔が変化する。

具体的には、太陽電池パネル１の長辺側の端部に近づくにしたがって、太陽電池パネル１と短辺側枠体１１との隙間の間隔が大きくなる。したがって、長辺側枠体８の長手方向に沿って接着剤塗布ノズル１９を移動させた場合には、移動速度を変化させても、長辺側枠体８の短手方向に沿って接着剤１０の厚さを変化させることが難しい。

そこで、制御装置１８は、図１２，１３に示すように、接着剤塗布ノズル１９の吐出口１９ａに設けられた絞り弁２４の開度を調節することで、接着剤１０の厚さを変化させる。すなわち、太陽電池パネル１の長辺側の端部よりに形成された吐出口１９ａに設けられた絞り弁２４の開度を大きくすることで、太陽電池パネル１の長辺側の端部に塗布される接着剤１０を厚くする。

このように、制御装置１８は、接着剤塗布ノズル１９の移動方向に沿って接着剤１０の厚さを異ならせる場合には、接着剤塗布ノズル１９の移動速度を制御し、接着剤塗布ノズル１９の移動方向と略垂直な方向に沿って接着剤１０の塗布厚さを異ならせる場合には、絞り弁２４の開度を制御する。

次に、太陽電池モジュール７の製造手順、特に太陽電池パネル１と枠体１４とを接着させる手順について説明する。図１５は、太陽電池モジュール７の製造工程を説明するためのフローチャートである。

まず、図１０に示すように、太陽電池パネル１の投光性基板２側を複数の吸着ユニット１６で吸着して、太陽電池パネル１の反りを矯正した状態で位置決めを行う（ステップＳ１）。次に、パネル側凹凸検出装置１７で、太陽電池パネル１の裏面（裏面シート６側面）の凹凸を検出する（ステップＳ２）。

次に、枠体側凹凸検出装置２０で、枠体１４の接着面の反りを含めた凹凸を検出する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２とステップＳ３の順番は逆になってもよいし、同時に行われてもよい。

次に、制御装置１８は、太陽電池パネル１と枠体１４との隙間の間隔、すなわち接着剤１０の塗布厚さを算出する（ステップＳ４）。次に、制御装置１８は、太陽電池パネル１と枠体１４との隙間の間隔に応じて、接着剤塗布ノズル１９の移動速度、および絞り弁２４の開度を決定する（ステップＳ５）。

例えば、接着剤塗布ノズル１９の移動方向に沿って接着剤１０の塗布厚さが異なっている場合であって、塗布厚さの最小厚さが１ｍｍで、その時の接着剤塗布ノズル１９移動速度を１００ｍｍ／秒とする。そして、太陽電池パネル１と枠体１４との隙間の間隔が最大で２ｍｍの場合には、当該箇所では接着剤１０の塗布厚さが２ｍｍになるように、接着剤塗布ノズル１９移動速度を１／２の５０ｍｍ／秒とする。同様に、接着剤塗布ノズル１９の移動方向と略垂直な方向に接着剤１０の塗布厚さが異なっている場合にも、塗布厚さに応じて絞り弁２４の開度を調節すればよい。

次に、決定された移動速度、および開度で接着剤塗布ノズル１９を移動させて、接着剤１０を太陽電池パネル１の裏面に塗布する（ステップＳ６）。なお、枠体１４側に接着剤を塗布するように構成してもよい。

接着剤１０が塗布された部分に枠体１４を当接させることで（ステップＳ７）、太陽電池パネル１と枠体１４の接着工程が終了する。なお、太陽電池パネル１の製造工程については、公知な様々な手法を用いればよく、詳細な説明は省略する。

ここで、接着剤１０の硬化時間は、一般的に長いため、太陽電池パネル１と枠体１４とを当接させたあと、吸着ユニット１６による吸着をすぐに解除しないほうが望ましい。また、接着剤１０が硬化するまで枠体１４の上に重石などを乗せておくことで、接着剤剥がれの発生を抑えることができる。また、両面テープなどの速乾性の高いものを併用して、太陽電池パネル１と枠体１４とを接着させることでも、接着剤剥がれの発生を抑えることができる。

以上説明したように、接着剤塗布ノズル１９の移動速度や絞り弁２４の開度を変化させて接着剤１０を塗布することで、接着面の凹凸に応じた適切な厚さで接着剤を塗布することが可能となる。これにより、太陽電池パネル１と枠体１４とのより強固な接着を図りつつ、余分な接着剤１０のはみ出しを抑えた美観の向上、および製造コストの増大の抑制を図ることができる。

なお、枠体１４の反りが無視できるほどに小さい場合には、太陽電池パネル１の裏面の凹凸だけを検出するように構成してもよい。また、接着剤塗布ノズル１９の移動方向に沿って接着剤１０の塗布厚さが異なる場合と、移動方向と略垂直な方向に接着剤１０の塗布厚さが異なる場合とで、共通のノズルを用いているが、それぞれ別個のノズルを用いてもよい。また、パネル側凹凸検出装置１７についても、長辺側枠体８が接着される部分の凹凸を検出する検出装置と、短辺側枠体１１が接着される部分の凹凸を検出する検出装置とを別個に設けてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造装置は、金属製の枠体が太陽電池パネルに接着される太陽電池モジュールの製造装置に有用である。

１ 太陽電池パネル
２ 投光性基板
３ 表面充填材
４ 太陽電池セル
５ 裏面充填材
６ 裏面シート
７ 太陽電池モジュール
８ 長辺側枠体
８ａ 露出天面
９ 段差受け部
１０ 接着剤
１１ 短辺側枠体
１２ 短辺側受け部
１４ 枠体
１４ａ 反り量
１５ａ 最大隙間
１６ 吸着ユニット
１７ パネル側凹凸検出装置（パネル側検出部）
１８ 制御装置（制御部）
１９ 接着剤塗布ノズル（吐出部）
１９ａ 吐出口
２０ 枠体側凹凸検出装置（枠体側検出部）
２４ 絞り弁（弁部）
２８ 駆動装置（駆動部）
５０ 製造装置

Claims (6)

1. 太陽電池パネルの裏面に金属製の枠体が接着された太陽電池モジュールの製造装置であって、
   接着剤を吐出して、前記太陽電池パネルの裏面または前記枠体に前記接着剤を塗布する吐出部と、
   前記枠体が接着される領域の凹凸を検出するパネル側検出部と、
   前記枠体の前記太陽電池パネルへの接着面の凹凸を検出する枠体側検出部と、
   検出された前記太陽電池パネルの凹凸および前記枠体の凹凸に基づいて前記太陽電池パネルの裏面または前記枠体への前記接着剤の塗布量を調整する制御部と、を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
2. 前記吐出部を移動させる駆動部をさらに備え、
   前記制御部は、前記駆動部を制御して前記吐出部の移動速度を変化させて前記接着剤の塗布量を調整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. 前記吐出部には、前記接着剤を吐出する複数の吐出口が形成され、
   前記吐出口の開度を変化させる弁部をさらに備え、
   前記制御部は、前記弁部を制御して前記吐出口ごとの開度を変化させて前記接着剤の塗布量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造装置。
4. 太陽電池パネルの裏面に金属製の枠体が接着された太陽電池モジュールの製造方法であって、
   接着剤を吐出して、前記太陽電池パネルの裏面または前記枠体に前記接着剤を塗布する吐出部と、
   前記枠体が接着される領域の凹凸を検出し、
   前記枠体の前記太陽電池パネルへの接着面の凹凸を検出し、
   検出された前記太陽電池パネルの凹凸および前記枠体の凹凸に基づいて、前記太陽電池パネルと前記枠体を接着させた場合の両者の隙間の間隔を算出し、
   前記隙間の間隔に応じて前記太陽電池パネルの裏面または前記枠体への前記接着剤の塗布量を調整することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記接着剤を吐出する吐出部の移動速度を変化させて前記接着剤の塗布量の調整が行われ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方法。
6. 接着剤を吐出する複数の吐出口に設けられた弁部の開度を変化させて前記接着剤の塗布量の調整が行われることを特徴とする請求項４または５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

Images