JP2015506655A - 光電池集光モジュールの工業的配線及び最終検査するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、光電池集光モジュールの工業的配線及び最終検査するための方法及び装置に関し、モジュールフレームと、レンズペインと、センサ担体ペインと、電線ガイドとを備え、以下の特徴を備える：ａ）個々のセンサ（１１）と接続部品（１７）と集電接触板（１９）の間を非接触で接続線を接続するためのレーザ接触設備であって、センサ担体ペイン（１３）上の配線ガイドは、それぞれ、基本構造として並列に接続された５つのＣＰＶセンサを有しており、前記並列回路は直列接続されており、ｂ）電気的性能を検査するための設備であって、各ＣＰＶセンサ（１１）に所定の電圧が印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光が検出され、その値が求められ、発見された製造不良が修正され、ｃ）完成された集光モジュールの気密性を試験するための設備（５）であって、圧縮空気がこれらのモジュールの内側に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行される。【選択図】図１

Description

技術分野及び背景技術

集光された太陽輻射と共に仕事をする光電池の分野においては、すでに、長年にわたって様々な取り組みが行われている。この場合、太陽輻射は、ミラー及び／又はレンズによって集光され、特別な集光型太陽電池上に導かれる。対応する集光型光電池システムは、現在、カスティーリャ＝ラ・マンチャ州プエルトリャノにおいて、集光型光電池（ＣＰＶ）システムのためのスペインの研究所（ＩＳＦＯＣ）においてテストされている。太陽光は、従来のシリコン太陽電池よりもずっと効果的な小型の太陽電池に当たるまでに、強度が４００乃至１０００倍になるように、レンズ又はミラーを用いて束ねられる。

これに関して、特許文献の中から以下の先行技術を参照する。

ＵＳ ４ ８３４ ８０５ Ａは、以下の特徴を備えた光電池発電モジュールを開示している。個々のセルが積層基板中に分布された半導体結晶光電池の配置であって、各セルは２つの導電層で囲まれ、１つの絶縁層によって分離されている。このモジュールは、複数のレンズで形成された光搬送層をさらに備え、光搬送層は積層基板から離れた位置に配置され、光搬送層に入射した光はレンズによって基板内部に集光され、レンズ層、基板層及びこれらの間の空間の厚みは２インチ以下である。

ＤＥ １０ ２００６ ００７ ４７２ Ａ１は、それらの上に太陽電池が取り付けられるレンズペイン及びベースペインと、レンズペインとベースペインを結合するように、レンズペインとベースペインの縁に沿って周囲を取り囲むように配置されたフレームを備えた光電池集光モジュールを開示している。

この公知の集光モジュールは、高い費用対効果を生みだし、耐久性を有し、レンズペイン又はベースペイン上に取り付けることができないか又はそれらの上に取り付けることが困難な追加の部品を簡単に且つ柔軟に一体化させることを可能にするように、改良されるべきである。また、そのような集光モジュールの製造を可能にする方法が開発されるべきである。

ここで扱われた問題は、一方で、少なくとも１つの第１シールコンパウンド及び／又は接着コンパウンドをレンズペインとフレーム及び／又はベースペインとフレームの間のフレームに沿って配置し、他方で、少なくとも１つの第２シールコンパウンドを少なくともフレームの長手方向のカバー部の周囲に沿って配置し、２つのシールコンパウンド及び／又は接着コンパウンドの硬化時間及び／又はガス透過性の点に関して異ならせることによって、解決される。

光電池集光モジュールの製造方法は以下の特徴を有している。具体的には、レンズペインとベースペインを結合するフレームは、レンズペインとベースペインの縁に沿って配置されており、一方で、少なくとも１つの第１シールコンパウンド及び／又は接着コンパウンドがレンズペインとフレーム及び／又はベースペインとフレームの間のフレームに沿って配置され、他方で、少なくとも１つの第２シールコンパウンドが少なくともフレームの長手方向のカバー部の周囲に沿って配置され、２つのシールコンパウンド及び／又は接着コンパウンドの硬化時間及び／又はガス透過性の点に関して異なる。

接着コンパウンドの１つが、製造工程において、ＵＶ光によって単に板を固定するためにだけに機能しているという事実を、ここでは推測することはできない。

ＤＥ １０ ２０１０ ０１６ ６７５ Ａ１は、光電池モジュール、複数の光電池セルを電気的に接続する方法及び複数の光電池セルを電気的に接続する設備を開示している。それによれば、複数の光電池セルを電気的に接続する方法は、以下のステップを備えている。
１）第１の光電池セルの前面側に複数の第１の接触線を貼り付けるステップ、
２）第１の光電池セルの背面側に複数の第２の接触線を貼り付けるステップ、
３）第２の光電池セルの背面側に前記複数の第１の接触線を貼り付けるステップ、
４）第２の光電池セルの前面側に前記複数の前記第２の接触線を貼り付けるステップ、ここで、
５）複数の前記第１の接触線と複数の前記第２の接触線は、互いにずれて配置されている。

この文献から、改良された光電池モジュールが創作されるべきである、すなわち、光電池モジュールの接触構造及び接触バンド（接触線）の数と寸法が最適な方法で組み合わされるべきである、という同様の解決すべき課題を推測することができる。

この発明に係る装置及び方法で扱われた課題は、実用上、集光モジュールの長期安定性を達成するように、工業的に製造された集光モジュールを経済的に、且つ、信頼性良く、工業的に接続しうる装置及びそれに対応する方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載された装置によって達成される。請求項１に係る発明は、モジュールフレームと、レンズペインと、センサ担体ペインと、電線ガイドとを備えた光電池集光モジュールを工業的に配線及び最終検査するための装置であって、以下の特徴を備える：
ａ）個々のセンサ（１１）と接続部品（１７）と集電接触板（１９）の間を非接触で接続線を接続するためのレーザ接触設備であって、センサ担体ペイン（１３）上の配線ガイドは、それぞれ、基本構造として並列に接続された５つのＣＰＶセンサを有しており、センサ担体ペイン（１３）に貼り付けられるべき電気的接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）は、貯蔵された供給部から自動的に取り外され、それらに対応する保持手段の領域に移動され、レーザ接触設備によって接続される前に、接触の相手は、自動制御された保持手段によりそれらの目標位置に固定され、前記レーザ接触設備は、接続されるべき２つの導体が接続工具によって接触されないこと、ごく短時間だけ過熱され、それによって事実上変形されないことを保証し、前記保持手段の位置決めは、前記集光モジュール上のマークに向かって、レーザ制御された方法で方向合わせされ；
ｂ）電気的性能を検査するための設備であって、各ＣＰＶセンサ（１１）に所定の電圧が印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光が検出され、その値が求められ、発見された製造不良が修正され、
ｃ）完成された集光モジュールの気密性を試験するための設備（５）であって、圧縮空気がこれらのモジュールの内側に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行される。

また、この課題は、請求項２に記載された方法によって達成される。請求項２に係る発明は、モジュールフレームと、レンズペインと、センサ担体ペインと、電線ガイドとを備えた光電池集光モジュールを工業的に配線及び最終検査するための方法であって、以下の特徴を有する：
ａ）センサ担体ペイン（１３）が取り付けられると、直ぐに、集光モジュールが電気的接触の製造領域に移動され；
ｂ）必要とされる接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）が貯蔵された供給部からそれぞれ取り外され、自動制御された保持手段によって位置決めされ、自動制御されたレーザ接触設備により電気的に導通するように接続され；
ｃ）接触された補助回路の前記集電接触板（１９）が電気的に接続され、その結果集電線（８，９）が外部接続部品に供給され、その後、前記集光モジュールにレンズペイン（１６）が取り付けられ；
ｄ）前記集光モジュールが電気的な性能を試験するための設備に移動され、そこで所定の電圧が各ＣＰＶセンサ（１１）に印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光が検出され、その値が求められ；
ｅ）その後、前記集光モジュールは、完成された集光モジュールの気密性を試験するための設備（５）に移動され、圧縮空気がこれらのモジュールの内側に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行され；
ｆ）生成された光束の測定及び気密性試験の結果を用いて当該集光モジュールの品質が評価され、それに応じて等級分けが行われる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の方法において、前記センサ担体ペイン（１３）に取り付けられるべき前記電気的接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）は、貯蔵された供給部から自動的に取り外され、対応する保持手段の領域に移動されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の方法において、レーザ接触設備によって接続される前に、接続の相手は、自動制御された保持手段によりそれらの目標位置に固定され、前記レーザ接触設備は、接続されるべき２つの導体が接続工具によって接触されないこと、ごく短時間だけ過熱され、それによって事実上変形されないことを保証することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法において、前記保持手段の位置決めは、前記集光モジュール上のマークに向かって、レーザ制御された方法で方向合わせされることを特徴とする。

集光モジュールを製造するための設備を示す平面図。 集光モジュールを示す断面図。 センサ担体ペインの一部の領域を示す図。 集光モジュールのセンサ担体ペインの全領域を示す図。 図４の詳細を示す図。 使用されるレーザ接触設備の断面図。

以下に、本発明に係る装置について詳細に説明する。図１は集光モジュールを製造するための設備を示す平面図であり、図２は集光モジュールを示す断面図である。しかしながら、ここでは、製造設備全体のうち参照符号が付された部分のみについて説明する。集光モジュールの配線の部分を除いて、製造工程は本発明の一部ではない。

このようなモジュールの配線の部分において、センサ担体ペイン１３は、既にモジュールのフレームに結合されており、配線後の次の処理工程において、センサ担体ペイン１３と平行に、且つ反対側に配置されたレンズペイン１６に結合される。レーザヘッド１を運ぶ門型レーザ支持体２は、図１に示された接触スペース３に設置されている。この門型レーザ支持体２によって、モジュールフレームは、接触されるべき各位置において、レーザヘッド１のそばまで到達される。気密性試験のための試験スペース５及びその後の電気的試験のための試験スペース６については後述する。積み上げスペース４は、実質的に、気密性試験のための試験スペース５及びそれに続く電気的試験のための試験スペース６における結果によって決定される、品質検査段階における等級分けを可能にする。

図２は、集光モジュールの断面を示す。これは、拡大表示することによって、支持モジュールフレームを備えた集光モジュールの断面を見やすくしている。レンズ１５を備えたレンズペイン１６が上面側であり、センサ担体ペイン１３は下面側であることが理解できる。ここで、モジュールフレームは、その詳細な構造を寸法に関して忠実に示すことを可能にするために、横方向の両側部の一定の範囲が破断されるように描かれている。図中右側において、符号１５は、レンズペイン１６中の使用されたフレネルレンズ１５を表し、符号１４は、それに対応するセンサ担体ペイン１３中のＣＰＶセンサ１１の接触点、符号１２はそれに伴う冷却及び接触板１０の接触点を表す。右側に描かれたＣＰＶセンサの接触点１４と、２本の破断線で分離され、最初のＣＰＶセンサの左側の他のＣＰＶセンサ１１の冷却及び接触板１０上の接触点１２との間の接続線もまた、この領域に描かれている。もちろん、これらは２本の破線で分離されているので、これら２つのＣＰＶセンサは、実際のところ、直接相互接続されてはいない。図示された集光モジュールの中央のウェブ７の領域には、マイナス極性の集電線８とプラス極性の集電線９が描かれている。

図３は、センサ担体ペイン１３の１２個の部分領域のうちの１つを示し、全体は図４に示す。例示のために、センサ担体ペイン１３上の冷却及び接触板１０、そのような接触板１０上の接触点１２、及びＣＰＶセンサの接触点１４は、上から見た状態で、図示された最上列の１９個のＣＰＶセンサ１１の離れたところに示されている。センサ担体ペイン１３の右側では、プラス極性を有する集電接触板１９が図の上側に、マイナス極性を有する集電接触板が図の下側に配置されている。電力を発生させるために、基本構造として、それぞれ５つのＣＰＶセンサが並列に接続され、並列回路の電圧を一緒に足し合わせるために、これらの並列回路が順に直列接続されている。図３において、それぞれ５つのＣＰＶセンサの並列回路が１９組直列に接続され、これらのＣＰＶセンサはこの部分領域の長手方向に拡がっている。さらに、図示された部分領域では、５つのＣＰＶセンサによる同数の並列回路が、幅の広い方の側に配置されているので、その電圧も一緒に足し合わされる。それゆえ、図３に示された部分領域の合計の電圧は、それぞれ５つのＣＰＶセンサが並列に接続された１９列の合計のさらに２倍になる。６つの部分領域を２組結合することによって、全体の電圧として１０００Ｖを達成することができる。

図４は、集光モジュールのセンサ担体ペイン１３を示す。図２における断面図に描かれた集光モジュールの中央ウェブ７は、上から見て、全長さにわたって、センサ担体ペイン１３の中央部に位置している。符号１８で示された第２の横方向ウェブ１８は、集光モジュールのうちトータルで５つの部分の左側に設けられている。図２に示す断面図から、マイナス極性を有する集電線８とプラス極性を有する集電線９は、センサ担体ペインの幾何学的中央から接続部品の領域の端部に向けて、集光モジュールによって供給されるほぼ全ての電流を通すことが推測される。この接続部品は描かれていない。さらに、符号１９で示された集電接触板が、センサ担体ペイン１３の横方向の右側部の端に描かれている。図中右側に描かれた円は、センサ担体ペイン１３の４つの領域の４つの角を取り囲んでおり、図５においても拡大されて描かれている。

図５は、図４の一部分を詳細に示すものであって、図４中の円と同じものを示している。この円の中央には、図４に示す集光モジュールの中央ウェブ７が位置している。同様に、横部材１８は、中央ウェブ７に対して直交するように取り付けられている。それぞれの領域の接続部品１７は、中央ウェブ７の上側と下側にそれと並行に取り付けられており、それぞれ図３に示す１つの部分領域の１つの集電接触板１９から他の領域の集電接触板１９に導通されている。集電接触板１９には、それぞれ図示された１２個のセンサ担体ペインの部分領域の全ての電流が流れるため、それらの負荷容量に関して、それに対応するように設計されている。図４の全体にわたって表示された接続部品１７は、１２個の部分領域の全てを電気的に直列接続することを保証する。中央ウェブ７を横切る断面は、図５の下半分においてＡ−Ａ断面線に沿って描かれており、そこから同じ円の中に描かれていた横部材１８の構造がわかる。センサ担体ペイン１３及び中央ウェブ７に加えて、横部材１８のうち、中央ウェブ７の右側と左側には、円形の開口が形成されており、各開口を貫通するように、接続部品１７が設けられている。その下に描かれたＢ−Ｂ断面では、９０度回転した断面であるので、接続部品１７がブリッジ形状をしていることがわかる。

図６は、使用されたレーザ接触設備の断面を示す。このレーザ接触設備は、２つの電気的な導体の間の電気的な接続として、非接触で、素早く、且つ、信頼性が高い接触を保証する。この領域におけるレーザの使用は、接続されるべき２つの導体が接続工具によって接触されていなくてもよいこと、それらが非常に短い時間しか過熱されないこと、及びそれによってほとんど変形されず、それによって自動調節手段によって処理が可能であることを保証する。このレーザ接触設備は、門型レーザ支持体の搬送ヘッド用の持ち上げ軸２２によってガイドされ、制御される。図示した例では、接続部品は、それぞれ把持部２０及びレーザ２１により集電接触板１９に電気的に導通するように接続される。

レーザ接触設備によって接触されるべき接触部品又は接触の相手を保持するために、集光モジュールの特定のマークに向かってレーザ制御された方法で方向付けされた、それに対応する保持手段が用意されている。これら保持手段の使用は、単独では描かれていない。

必要な全ての電気的な接続が接続され、レンズペイン１６が取り付けられると、直ぐに、製造された集光モジュールは電気的性能を試験するための設備に運ばれ、各ＣＰＶセンサ（１１）に所定の電圧が印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光は検出され、値が測定される。この領域で製造欠陥が発見されたときは、その欠陥は手作業で又は自動的に修正される。

集光モジュールの最終製造工程に続いて、集光モジュールは気密性を試験する設備（５）に運ばれ、圧縮空気がこれらのモジュールの内部に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行される。

この複雑な動作工程の制御及び使用されたセンサの信号処理は、特別な制御プログラムを必要とする。

１ レーザヘッド
２ 門型レーザ支持体
３ 接触スペース
４ 積み重ねスペース
５ 試験スペース（気密性試験）
６ 試験スペース（電気性能）
７ 集光モジュールの中央ウェブ
８ 集電線（マイナス極性）
９ 集電線（プラス極性）
１０ 冷却及び接触板
１１ ＣＰＶセンサ（光吸収体）
１２ 板１０の接触点
１３ 集光モジュールのセンサ担体ペイン
１４ ＣＰＶセンサ（光吸収体）の接触点
１５ レンズ
１６ レンズペイン
１７ 接続部品（フラットリボン又はケーブル）
１８ 横部材
１９ 集電接触板
２０ 把持部
２１ レーザ
２２ 門型レーザ支持体の搬送ヘッドの持ち上げ軸

Claims (5)

1. モジュールフレームと、レンズペインと、センサ担体ペインと、電線ガイドとを備えた光電池集光モジュールを工業的に配線及び最終検査するための装置であって、以下の特徴を備える：
   ｄ）個々のセンサ（１１）と接続部品（１７）と集電接触板（１９）の間を非接触で接続線を接続するためのレーザ接触設備であって、センサ担体ペイン（１３）上の配線ガイドは、それぞれ、基本構造として並列に接続された５つのＣＰＶセンサを有しており、センサ担体ペイン（１３）に貼り付けられるべき電気的接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）は、貯蔵された供給部から自動的に取り外され、それらに対応する保持手段の領域に移動され、レーザ接触設備によって接続される前に、接触の相手は、自動制御された保持手段によりそれらの目標位置に固定され、前記レーザ接触設備は、接続されるべき２つの導体が接続工具によって接触されないこと、ごく短時間だけ過熱され、それによって事実上変形されないことを保証し、前記保持手段の位置決めは、前記集光モジュール上のマークに向かって、レーザ制御された方法で方向合わせされ；
   ｅ）電気的性能を検査するための設備であって、各ＣＰＶセンサ（１１）に所定の電圧が印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光が検出され、その値が求められ、発見された製造不良が修正され、
   ｆ）完成された集光モジュールの気密性を試験するための設備（５）であって、圧縮空気がこれらのモジュールの内側に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行される。
2. モジュールフレームと、レンズペインと、センサ担体ペインと、電線ガイドとを備えた光電池集光モジュールを工業的に配線及び最終検査するための方法であって、以下の特徴を有する：
   ｇ）センサ担体ペイン（１３）が取り付けられると、直ぐに、集光モジュールが電気的接触の製造領域に移動され；
   ｈ）必要とされる接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）が貯蔵された供給部からそれぞれ取り外され、自動制御された保持手段によって位置決めされ、自動制御されたレーザ接触設備により電気的に導通するように接続され；
   ｉ）接触された補助回路の前記集電接触板（１９）が電気的に接続され、その結果集電線（８，９）が外部接続部品に供給され、その後、前記集光モジュールにレンズペイン（１６）が取り付けられ；
   ｊ）前記集光モジュールが電気的な性能を試験するための設備に移動され、そこで所定の電圧が各ＣＰＶセンサ（１１）に印加され、レンズ（１５）を介してそこから出射された光が検出され、その値が求められ；
   ｋ）その後、前記集光モジュールは、完成された集光モジュールの気密性を試験するための設備（５）に移動され、圧縮空気がこれらのモジュールの内側に注入され、圧縮空気の漏れの試験が実行され；
   ｌ）生成された光束の測定及び気密性試験の結果を用いて当該集光モジュールの品質が評価され、それに応じて等級分けが行われる。
3. 前記センサ担体ペイン（１３）に取り付けられるべき前記電気的接続線、接続部品（１７）及び集電接触板（１９）は、貯蔵された供給部から自動的に取り外され、対応する保持手段の領域に移動されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. レーザ接触設備によって接続される前に、接続の相手は、自動制御された保持手段によりそれらの目標位置に固定され、前記レーザ接触設備は、接続されるべき２つの導体が接続工具によって接触されないこと、ごく短時間だけ過熱され、それによって事実上変形されないことを保証することを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記保持手段の位置決めは、前記集光モジュール上のマークに向かって、レーザ制御された方法で方向合わせされることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。

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