JP6113749B2 - 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

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 Download PDF

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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、複数のレンズ(15)を備えたレンズペイン(16)と、前記複数のレンズ(15)に対向する位置に設けられた複数のCPV(集光型太陽電池)センサ(11)を備えたセンサ担体ペイン(13)と、上面に前記レンズペイン(16)を保持し、下面に前記センサ担体ペイン(13)を保持するモジュールフレーム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、
a)前記複数のCPV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するためのレーザ接触設備をさらに備えており、センサ担体ペイン(13)上において、前記複数のCPVセンサ(11)は並列に接続されており、前記センサ担体ペイン(13)に接続されるき接続部品(17)及び集電接触板(19)が、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、前記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ように、且つ、加熱によって変形されないように所定の時間だけ加熱され、前記保持手段の位置決めは、前記光電池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、前記接続部品(17)は、それぞれブリッジ形状を有しており、把持部(20)は、前記接続部品(17)及び前記集電接触板(19)が接続工具によって接触されないように、前記ブリッジ形状の部分で前記接続部品(17)を保持し;
b)電気的性能を検査するための設備をさらに備えており、前記複数のCPVセンサ(11)に所定の電圧が印加され、前記レンズから出射された光が検出され、その値が求められ、それによって発見された製造不良が修正され、
c)完成された光電池集光モジュールの気密性を試験するための設備(5)をさらに備えており、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。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の装置において、前記センサ担体ぺイン(13)上に複数の前記光電池集光モジュールが長手方向及び幅方向に配列されており、上から見てセンサ担体ペイン(13)の幅方向に中央部に全長さにわたって中央(7)が位置しており、長手方向に隣接する2つの前記光電池集光モジュールの間に、前記中央(7)に対して直交するように横方向(18)が設けられており、前記横方向(18)は開口を有しており、前記接続部品(17)は、前記開口を貫通するようにガイドされることを特徴とする。
また、この課題は、請求項3に記載された方法によって達成される。請求項3に係る発明は、複数のレンズ(15)を備えたレンズペイン(16)と、前記複数のレンズ(15)に対向する位置に設けられた複数のCPV(集光型太陽電池)センサ(11)を備えたセンサ担体ペイン(13)と、上面に前記レンズペイン(16)を保持し、下面に前記センサ担体ペイン(13)を保持するモジュールフレーム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、
a)前記センサ担体ペイン(13)が前記モジュールフレームに取り付けられると、直ぐに、光電池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、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ように、且つ、加熱によって変形されないように所定の時間だけ加熱し、前記接続部品(17)は、それぞれブリッジ形状を有しており、把持部(20)は、前記接続部品(17)及び前記集電接触板(19)が接続工具によって接触されないように、前記ブリッジ形状の部分で前記接続部品(17)を保持し;
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、前記光電池集光モジュールにレンズペイン(16)が取り付けられ;
d)前記光電池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、前記レンズ(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、それによって発見された製造不良が修正され;
e)その後、前記光電池集光モジュールは、完成された光電池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光電池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4に係る発明は、請求項3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接続部品(17)及び前記集電接触板(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。
また、前記保持手段の位置決めは、前記光電池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ように構成してもよい。
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7が位置している。同様に、横部材18は、中央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13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7に加えて、横部材18のうち、中央梁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加熱されないこと、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
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(横方向梁)
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. 複数のレンズ(15)を備えたレンズペイン(16)と、前記複数のレンズ(15)に対向する位置に設けられた複数のCPV(集光型太陽電池)センサ(11)を備えたセンサ担体ペイン(13)と、上面に前記レンズペイン(16)を保持し、下面に前記センサ担体ペイン(13)を保持するモジュールフレーム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、
    a)前記複数のCPV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するためのレーザ接触設備をさらに備えており、センサ担体ペイン(13)上において、前記複数のCPVセンサ(11)は並列に接続されており、前記センサ担体ペイン(13)に接続されるき接続部品(17)及び集電接触板(19)が、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、前記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ように、且つ、加熱によって変形されないように所定の時間だけ加熱され、前記保持手段の位置決めは、前記光電池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、前記接続部品(17)は、それぞれブリッジ形状を有しており、把持部(20)は、前記接続部品(17)及び前記集電接触板(19)が接続工具によって接触されないように、前記ブリッジ形状の部分で前記接続部品(17)を保持し;
    b)電気的性能を検査するための設備をさらに備えており、前記複数のCPVセンサ(11)に所定の電圧が印加され、前記レンズから出射された光が検出され、その値が求められ、それによって発見された製造不良が修正され、
    c)完成された光電池集光モジュールの気密性を試験するための設備(5)をさらに備えており、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、
    ことを特徴とする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。
  2. 前記センサ担体ペイン(13)上に複数の前記光電池集光モジュールが長手方向及び幅方向に配列されており、上から見てセンサ担体ペイン(13)の幅方向に中央部に全長さにわたって中央(7)が位置しており、長手方向に隣接する2つの前記光電池集光モジュールの間に、前記中央(7)に対して直交するように横方向(18)が設けられており、
    前記横方向(18)は開口を有しており、前記接続部品(17)は、前記開口を貫通するようにガイドされることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 複数のレンズ(15)を備えたレンズペイン(16)と、前記複数のレンズ(15)に対向する位置に設けられた複数のCPV(集光型太陽電池)センサ(11)を備えたセンサ担体ペイン(13)と、上面に前記レンズペイン(16)を保持し、下面に前記センサ担体ペイン(13)を保持するモジュールフレーム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、
    a)前記センサ担体ペイン(13)が前記モジュールフレームに取り付けられると、直ぐに、光電池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、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ように、且つ、加熱によって変形されないように所定の時間だけ加熱し、前記接続部品(17)は、それぞれブリッジ形状を有しており、把持部(20)は、前記接続部品(17)及び前記集電接触板(19)が接続工具によって接触されないように、前記ブリッジ形状の部分で前記接続部品(17)を保持し;
    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、前記光電池集光モジュールにレンズペイン(16)が取り付けられ;
    d)前記光電池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、前記レンズ(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、それによって発見された製造不良が修正され;
    e)その後、前記光電池集光モジュールは、完成された光電池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光電池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、
    ことを特徴とする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。
  4. 前記センサ担体ペイン(13)に取り付けられるべき前記接続部品(17)及び前記集電接触板(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3に記載の方法。
  5. 前記保持手段の位置決めは、前記光電池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3又は請求項4に記載の方法。
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