JP6271686B1 - 太陽電池モジュールのリサイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス基板を割ること無く、ガラス基板と他の材料との間への切り込み、剥離を確実かつ容易に行うことが可能である。【解決手段】太陽電池モジュール100を搬送する複数の上流搬送手段を有する上流搬送部22、搬送された太陽電池モジュールのガラス基板101と他の材料との間に当接して剥離するブレード1を有する刃物部35、剥離されたガラス基板を搬送する複数の下流搬送手段を有する下流搬送部36、上流搬送部より上流側で太陽電池モジュールの端部でガラス基板と他の材料との間に前切り込み刃具201を当接して所定の長さを剥離する前切り込み装置部200、前切り込み装置部、上流搬送部、刃物部、下流搬送部のそれぞれの動作を制御する中央処理制御装置を備える。【選択図】図4

Description

本発明は、太陽電池モジュールのリサイクル装置に関する。
使用済の太陽電池モジュールの構成材料(ガラス基板、封止剤、太陽電池セル、配線材、バックシート等)を再利用するために、各材料を互いに分離する必要がある。ガラス基板から、太陽電池セルを含む他の材料を分離する際に、リサイクル装置が用いられる。
従来のリサイクル装置として、特許文献1に記載された封止剤を加熱して軟化させ、加熱したブレードを、太陽電池セルと共に粉砕工程によりひび割れを入れたガラス基板と他の材料との間に当接させて分離するものがあった。
特許文献1に記載されたリサイクル装置では、特許文献1に添付された図6等を参照しても、モジュールの搬送機構やブレードの動作について詳細に説明されていない。このため、ガラス基板と他の材料との間に確実にブレードを当接させて分離するための機構が不明であり、改善の余地があった。
そこで、本願の発明者により出願された特許文献2において、太陽電池モジュールの反り等にも追従し、ガラス基板を割ることなく他の材料との間にブレードを当接させて短時間で効率良く剥離することが可能な太陽電池モジュールのリサイクル装置が提案されている。
特許5574750号公報 特願2015−085201号公報
しかしながら、特許文献2により提案された装置では、ガラス基板と他の材料との間への最初の切り込みが容易でない場合が考えられた。
本発明は上記事情に鑑み、特許文献2で提案された太陽電池モジュールのリサイクル装置において、ガラス基板を割ること無く、ガラス基板と他の材料との間への切り込み、剥離を確実かつ容易に行うことが可能な太陽電池モジュールのリサイクル装置を提供することを目的とする。
本発明は、ガラス基板と他の材料とをブレードにより剥離する太陽電池モジュールのリサイクル装置において、
前記太陽電池モジュールを与えられて搬送する複数の上流搬送手段を有する上流搬送部と、
前記上流搬送部により搬送された前記太陽電池モジュールに対し、前記ガラス基板と前記他の材料との間に当接して剥離するブレードを有する刃物部と、
剥離された前記ガラス基板を搬送する複数の下流搬送手段を有する下流搬送部と、
前記上流搬送部より上流側において、前記太陽電池モジュールの端部において前記ガラス基板と前記他の材料との間に前切り込み刃具を当接して所定の長さを剥離するため、前記前切り込み刃具を有する前切り込み装置部と、
前記前切り込み装置部、前記上流搬送部、前記刃物部、前記下流搬送部のそれぞれの動作を制御する中央処理制御装置と、
を備えることを特徴とする。
本発明の太陽電池モジュールのリサイクル装置によれば、ガラス基板を割ること無く、ガラス基板と他の材料との間への切り込み、剥離を確実かつ容易に行うことが可能である。
太陽電池モジュールの構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態による太陽電池モジュールのリサイクル装置における前切り込み装置部の動作を示す縦断面図である。 同太陽電池モジュールのリサイクル装置における上流搬送部及び刃物部の動作を示す縦断面図である。 同太陽電池モジュールのリサイクル装置における前切り込み装置部、上流搬送部、刃物部、下流搬送部を示す縦断面図である。 同刃物部のブレードの分割状態を示す正面図及び上面図である。 同刃物部のバッファ機構を示す縦断面図である。 同刃物部を拡大して示す縦断面図及び横断面図である。 同刃物部の他のバッファ機構を示す縦断面図及び上面図である。 同刃物部の刃先形状の例を示す平面図である。 同刃物部におけるブレードの刃先の位置を示す縦断面図である。 上記太陽電池モジュールのリサイクル装置における上流搬送部の上流搬送ローラの構成を示す縦断面図及び側面図である。 同上流搬送ローラにおける下側搬送ローラのバッファ機構を示す縦断面図である。 同上流搬送部におけるIRランプヒータの配置を示す縦断面図である。 同上流搬送部におけるIRランプヒータの配置を示す側面図である。 上記太陽電池モジュールのリサイクル装置における下流搬送部の構成を示す縦断面図及び側面図である。 上記太陽電池モジュールのリサイクル装置における前切り込み刃部の構成を示す縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態による太陽電池モジュールのリサイクル装置について、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、図1を参照し太陽電池モジュール100の概略構成について説明する。
太陽電池モジュール100は、ガラス基板101とバックシート105との間に、複数の太陽電池セル102が配線材103により接続された状態で封止剤104により封止された構成を備えている。
この太陽電池モジュール100において、ガラス基板101と、他の材料に相当するセルマトリクス106とを分離する。
本実施の形態による太陽電池モジュールのリサイクル装置における構成の一つとして、前切り込み装置部200の概略構成について、図2を用いて説明する。
前切り込み装置部200は、図2(a)に示されるように、搬入された太陽電池モジュール100が、上側搬送ローラ41a、42a、43aと、上側搬送ローラ41a、42aに対向配置された下側搬送ローラ41b、42bの間を通過して矢印で示された図中右方向に移動する。
図2(b)に示されるように、後述する前切り込み刃具201における前切り込み刃44の位置から、さらに前切り込み刃具201の長さ(所定長さ)に相当する距離を移動し、太陽電池モジュール100が停止する。矢印で示されたように前切り込み刃44を図中上方へ移動させて、太陽電池モジュール100の裏面側のセルマトリクス106に当接する。
この後、図2(c)に示されたように、太陽電池モジュール100を矢印で示された図中左側に後退させ、ガラス基板101からセルマトリクス106を部分的に取り除く。これにより、太陽電池モジュール100の図中右側端部から、前切り込み刃44が当接した位置までの、前切り込み刃具201の長さ(所定長さ)に相当する距離の分だけガラス基板101の表面が露出した前切り込み部45を形成する。
図2(d)に示されるように、矢印で示されたように前切り込み刃44を図中下方へ移動させて、太陽電池モジュール100の裏面側のセルマトリクス106から離脱させた後、太陽電池モジュール100を矢印で示された図中右側に移動させる。
このように、後述する後の工程におけるブレード1のガラス基板に沿った高さ方向の位置決めと、ガラス基板上の他の構成材(セルマトリクス106)の端面が整えられることで、ガラス基板を割ること無く、ブレード1によるガラス基板に沿ったガラス基板と他の構成材との間への切り込み、そして剥離(分離)を確実かつ容易に行うことができる。
前切り込み部45が形成された太陽電池モジュール100は、図2(d)を用いて上述したように、再び図中右方向に移動して、次の工程で上流搬送部22に搬入される。
上流搬送部22では、図3(a)に示された構成において、上側搬送ローラ3aの高さは一定に保持される。一方、下側搬送ローラ3bの高さは、太陽電池モジュール100の厚みの変動に追従可能なように、後述するバッファ機構が設けられており、下側搬送ローラ3bを上下方向に駆動する図示されないシリンダのレギュレータの圧力を、ガラス基板101により押し下げ可能でかつ確実にガラス基板101を下から支持可能な値に予め設定しておく。また、ブレード1の高さは、後述するサーボ機構により上下に移動が可能である。さらに、ブレード1の刃先が矢印のように回動して太陽電池モジュール100の反りに追従できるように、ブレード1には後述するようにバッファ機構が設けられている。
そして、図3(b)に示されたように、上側搬送ローラ3aと下側搬送ローラ3bとで太陽電池モジュール100を挟持した状態で、矢印で示された図中右方向に搬送する。太陽電池モジュール100の表面を押さえローラ11で押さえた状態で、太陽電池モジュール100のガラス基板101とセルマトリクス106との間に加熱したブレード1を当接させて、ガラス基板101からセルマトリクス106を分離する。
本実施の形態に係わる太陽電池モジュールのリサイクル装置は図4に示されるように、上述した前切り込み装置部200の他に、上流搬送部22、刃物部35、下流搬送部36を備えている。
前切り込み装置部200は、搬入された太陽電池モジュール100に対して前切り込み処理を行う前切り込み刃具201と、搬入台から与えられた太陽電池モジュール100を前切り込み刃具201へ搬送する前切り込み搬送ローラ40として、上側搬送ローラ41a、42a、43a、下側搬送ローラ41b、42bを有する。
上流搬送部22は、前切り込み装置部200から与えられた太陽電池モジュール100を搬送する上流搬送ローラ27として、複数の上側搬送ローラ3aと、これと対向配置された同数の下側搬送ローラ3bと、太陽電池モジュール100を予熱するIR(赤外線)ランプヒータ19とを有する。
刃物部35は、太陽電池モジュール100のガラス基板101からセルマトリクス106を剥離する剥離刃としてのブレード1と、剥離の際に太陽電池モジュール100の表面を押さえる押さえローラ11とを有する。
下流搬送部36は、太陽電池モジュール100の剥離後、剥離ガラス基板108を搬送する下流搬送ローラ28としての上側搬送ローラ38a、下側搬送ローラ38bと、この剥離ガラス基板108を搬出するために載置する搬出台26と、剥離セルマトリクス107を搬送する剥離セルマトリクス搬送ベルト20とを有する。
なお、前切り込み刃具201、上流搬送部22、刃物部35、下流搬送部36が有するそれぞれの構成要素の動作を制御するため、中央処理制御装置34が設けられている。
以下、1)刃物部、2)上流搬送部、3)下流搬送部、さらに本実施の形態における特徴的な構成である4)前切り込み刃具201の詳細な構成について、それぞれ説明する。
1)刃物部
図5(b)に、ブレード1周囲の構成を示す正面図、図5(a)にその上面図を示す。また、図6の縦断面図にブレード1を上下に移動させるサーボ機構を示す。
図5(b)において紙面に垂直な方向に、太陽電池モジュール100が搬送される。図5(a)において図中下方から上方に向って太陽電池モジュール100が搬送される。
IRランプヒータ19により太陽電池モジュール100が予熱され、押さえローラ11により太陽電池モジュール100が押さえられた状態で、ブレード1により剥離され、剥離ガラス基板108が下流搬送ローラ28により搬送され、剥離セルマトリクス107が剥離セルマトリクス搬送ベルト20により搬送される。
ブレード1を上下方向に移動させるサーボ機構について説明する。
ブレード1は、長手方向に沿って複数箇所に分割されており、例えば本実施の形態では10分割されており、それぞれブロック12に取り付けられている。ブロック12は、ナット状筒18に接続されている。中央処理制御装置34により制御されてモータ14が正方向に回転あるいは逆方向に回転すると、その回転軸であるボルト状軸17が正転あるいは逆回転し、これに伴いナット状筒18が上下に回転移動する。このナット状筒18の回転移動に伴って、ブロック12及びブレード1が上下に移動する。
図7(a)にブレード1及びブロック12の正面図、図7(b)にその上面図を示す。
上述したように、ブロック12にブレード1が取り付けられており、またブロック12内には分割刃毎に独立して動作する棒状のヒータ13が内蔵されている。ヒータ13の動作は、中央処理制御装置34により制御される。これにより、分割刃毎に加熱し剥離を円滑に行うことができる。
ブレード1の分割刃12には、例えばバネ等を有するバッファ機構4がそれぞれ独立して設けられている。このバッファ機構4によって、それぞれの分割刃が矢印のように独立して粘性、減衰性を伴って回動し、太陽電池モジュール100における各部分の反り等の性状に、細かく追従し、あらゆる形状の太陽電池モジュール100に対応することができる。
ブレード1の各分割刃の他の構成の一例について、図8(a)に正面図、図8(b)にその上面図を示す。
ブレード1が取り付けられたブロック12に、ストッパボルト24を介してパネル8が接続されており、パネル8にエアシリンダ9が取り付けられている。またブロック12には、断熱材25a、25b、25cを間に介して、カートリッジヒータ7と、断熱軸受23を介在して軸10が取り付けられている。エアシリンダ9が図中左右方向に伸縮することにより、軸10が矢印で示されたように回動し、ブロック12に取り付けられたブレード1の各分割刃が矢印のように、粘性、減衰性を伴って回動し、刃先がガラス基板101とセルマトリクス106との剥離面の性状に追従する。
このようにして、ブレード1の分割刃毎に設けられたエアシリンダ9がバッファ機構4として作用し、粘性、減衰性を伴うダンパー効果を生じる。
またブロック12に内蔵されたカートリッジヒータ7は、分割刃毎に対応して設けられており、中央処理制御装置34の制御によりそれぞれ独立して分割刃を加熱することができる。
図9(a)〜図9(d)に、ブレード1の分割刃の刃先形状の例を示す。図6(a)に示されたブレード1aは細かい鋸刃形状を有し、図9(b)に示されたブレード1bは粗い鋸刃形状を有し、図9(c)に示されたブレード1cは直線状の刃形状を有し、図9(d)に示されたブレード1dは波状の刃先形状を有する。これらの刃先形状はいずれも一例であり、ブレード1の刃先形状はこれらの形状に限定されない。
ブレード1の刃先は、図10に示されるように、刃先の先端から鉛直方向に延在する線上に、押さえローラ11の軸心がほぼくるように、押さえローラ11と太陽電池モジュール100のガラス基板101を挟んで太陽電池モジュール100の剥離面に刃先が当接される。
なお、ブレード1の上面のガラス基板101への当接角度は、例えば0度から2度の範囲としてもよい。
2)上流搬送部
上流搬送部22が有する上流搬送ローラ27の構成を図11に示す。
上述したように、上流搬送ローラ27には上側搬送ローラ3aと下側搬送ローラ3bとが含まれる。モータ14の回転駆動が上側歯車15a、下側歯車15bにより伝達され、上側搬送ローラ3a及び下側搬送ローラ3bが回転する。ここで、上側搬送ローラ3aはその高さ位置が固定されている。
一方、下側搬送ローラ3bは、図12に拡大して示されたように、下側搬送ローラ3bが取り付けられた下側ローラ軸30を回転可能に支持するベアリング31が軸固定板32を介してエアシリンダ9内の軸10に取り付けられている。上側搬送ローラ3aが取り付けられた上側ローラ軸29を回転可能に指示する図示されないベアリングは、一定の高さに固定されている、
これにより、下側搬送ローラ3bは上下方向に粘性、減衰性を伴って移動することができ、太陽電池モジュール100の厚みの変動に追従可能なダンパー効果を有する。
また、上流搬送部22はIRランプヒータ19を有し、その配置を図13の正面図、図14の側面図に示す。
このIRランプヒータ19は、太陽電池モジュール100の封止剤104を加熱溶融するためのものであり、複数の上側搬送ローラ3aのそれぞれの間、及び最後尾に位置する上側搬送ローラ3aと押さえローラ11との間に、IRランプヒータ取付フレーム33に取り付けられた状態で配置されている。しかし、IRランプヒータ19は、複数の上側搬送ローラ3aのそれぞれの間、あるいは最後尾に位置する上側搬送ローラ3aと押さえローラ11との間に、少なくとも1個設けられていればよい。
3)下流搬送部
下流搬送部36の構成について、図15(a)の正面図、図15(b)の側面図を用いて説明する。
下流搬送ローラ28には、上側搬送ローラ38aと下側搬送ローラ38bとが含まれる。モータ14の回転駆動が上側歯車37a、下側歯車37bにより伝達され、上側搬送ローラ38a及び下側搬送ローラ38bが回転し、剥離ガラス基板108を矢印方向に搬送する。
上側搬送ローラ38aはその高さ位置が固定されており、下側搬送ローラ38bは、図示されないエアシリンダにより上下方向に粘性、減衰性を伴って移動することができ、剥離ガラス基板108の厚みの変動に追従可能なダンパー効果を有する。そして、図4に示されたように、剥離ガラス基板108が搬出台26上に搬出される。
4)前切り込み刃具201
図16に示された前切り込み刃具201は、前切り込み刃44を上下に移動させるサーボ機構を有する。このサーボ機構は、例えば上述した刃物部35が備えるブレード1を上下に移動させるサーボ機構と同様であってもよい。前切り込み刃44は、ブレード1と異なり分割刃でなく1枚構成の刃であってもよく、バッファ機構を備えていなくともよい。しかし、前切り込み刃44がブレード1と同様に分割刃であってよく、ブレード1の分割刃に独立して設けられたバネ等を有するバッファ機構と同様に、前切り込み刃44の分割刃に独立して設けられたバネ等を有するバッファ機構を備えてもよい。この場合には、上述したブレード1の分割刃12と同様に、前切り込み刃44におけるそれぞれの分割刃がバッファ機構によりそれぞれ独立して粘性、減衰性を伴って回動し、太陽電池モジュール100における各部分の反り等の性状に、細かく追従することができる。
ここで前切り込み刃44は、図10に示された刃物部35におけるブレード1とは逆向きに設けられている。この向きの相違は、前切り込み刃44が、太陽電池モジュール100の端部のみにおいて、セルマトリクス106をガラス基板101から剥離して前切り込み部45を形成すればよいのに対し、ブレード1はセルマトリクス106全体をガラス基板101から剥離する必要があることによる。また向きだけでなく、前切り込み刃44はブレード1と比較しガラス基板101に対する角度が異なり、ガラス基板101に対してより大きく立つような角度に設けられることが望ましい。
ブレード1が取り付けられたブロック12には、ヒータ13が内蔵されている。前切り込み刃具201においても同様に、このような加熱機構を設けてもよい。
前切り込み刃具201におけるサーボ機構、バッファ機構は、刃物部35におけるサーボ機構、バッファ機構とそれぞれ同一の構成であってもよい。しかし、前切り込み部45のみを形成すればよいという使用目的に鑑み、刃物部35におけるものよりも簡易な構成で安価なものであってもよい。
なお、太陽電池モジュール100の裏面側のバックシート105に関し、予め剥離しておいた後、上記リサイクル装置を用いてリサイクル処理を行ってもよい。あるいは、バックシート105が付着した状態でリサイクル処理を行い、バックシート105を含んだ状態でセルマトリクス106をガラス基板101から剥離してもよい。
また、上述したリサイクル処理では、ガラス基板101とマトリクス106との間を剥離面としている。しかし、上記実施の形態によるリサイクル装置を用いて、太陽電池モジュール100におけるバックシート105と、他の部分、即ちガラス基板101及びセルマトリクス106とを含む部分との間を剥離面とし、バックシート105のみを剥離してもよい。
以上説明した本発明の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施の形態は、前切り込み刃具を有する前切り込み装置部を備え、太陽電池モジュールの端部に前切り込み部を予め形成した後、ガラス基板からセルマトリクスを剥離することにより、ガラス基板を割ること無く、ガラス基板とセルマトリクスとの間への切り込み、剥離を確実かつ容易に行うことが可能である。また本実施の形態では、有機溶媒等を用いることなく剥離処理を行うことにより、溶媒が侵入してセルマトリクスの再利用に支障をきたすおそれがない。さらに、前切り込み刃具201、刃物部35においてそれぞれサーボ機構、バッファ機構を設けたことにより、太陽電池モジュールを搬送する際に、上流側、下流側とも、上側搬送ローラ41a、42a、43a、3a、38aの高さ位置は固定し、下側搬送ローラ41b、42b、3b、38bの高さ位置はシリンダを用いて上下動できるようにダンピング作用を持たせて太陽電池モジュールの厚みの変動にも追従し、さらに前切り込み刃44、ブレード1の刃先をバッファ機構により粘性、減衰性を伴って回動することができるようにしたことにより、太陽電池モジュールの反りにも追従できることにより、確実に短時間で効率良く剥離することが可能である。
本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態は例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施の形態及びその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、上記実施の形態では、上流搬送部22がIRランプヒータ19を有する。しかし、必ずしも上流搬送部22がヒータを有する必要はなく、必要に応じて有すればよい。また、上記実施の形態ではブレード1は分割刃及びバッファ機構を備えている。しかし、ブレード1は1枚構成の刃であってもよく、またバッファ機構を備えていなくともよい。
また、さらに、上流搬送部22は上流搬送手段として、上側搬送ローラ3a、下側搬送ローラ3bを有し、下流搬送部36は下流搬送手段として、上側搬送ローラ38a、下側搬送ローラ38bを有する。しかし、搬送手段はローラには限定されず、搬送ベルト等、他の搬送手段であってもよい。
1 ブレード
3a、38a、41a、42a、43a 上側搬送ローラ
3b、38b、41b、42b 下側搬送ローラ
4 バッファ機構(ばね)
7 カートリッジヒータ
8 パネル
9 エアシリンダ
10 軸
11 押さえローラ
12 ブロック
13 ヒータ
14 モータ
15a、37a 上側歯車
15b、37b 下側歯車
17 ボルト状軸
18 ナット状筒
19 IRランプヒータ
20 剥離セルマトリクス搬送ベルト
21 搬入台
22 上流搬送部
23 断熱軸受
24 ストッパボルト
25a、25b、25c 断熱材
26 搬出台
27 上流搬送ローラ
28 下流搬送ローラ
29 上側ローラ軸
30 下側ローラ軸
31 ベアリング
32 軸固定板
33 IRランプヒータ取付フレーム
34 中央処理制御装置
35 刃物部
36 下流搬送部
40 前切り込み搬送ローラ
44 前切り込み刃
45 前切り込み部
100 太陽電池モジュール
101 ガラス基板
102 太陽電池セル
103 配線材
104 封止剤
105 バックシート
106 セルマトリクス
107 剥離セルマトリクス
108 剥離ガラス基板
200 前切り込み装置部
201 前切り込み刃具

Claims (2)

  1. ガラス基板と他の材料とをブレードにより剥離する太陽電池モジュールのリサイクル装置において、
    前記太陽電池モジュールを与えられて搬送する複数の上流搬送手段を有する上流搬送部と、
    前記上流搬送部により搬送された前記太陽電池モジュールに対し、前記ガラス基板と前記他の材料との間に当接して剥離するブレードを有する刃物部と、
    剥離された前記ガラス基板を搬送する複数の下流搬送手段を有する下流搬送部と、
    前記上流搬送部より上流側において、前記太陽電池モジュールの端部において前記ガラス基板と前記他の材料との間に前切り込み刃具を当接して所定の長さを剥離するため、前記前切り込み刃具を有する前切り込み装置部と、
    前記前切り込み装置部、前記上流搬送部、前記刃物部、前記下流搬送部のそれぞれの動作を制御する中央処理制御装置と、
    を備え
    前記前切り込み刃具は分割された複数の分割刃を有し、
    前記分割刃のそれぞれに独立して設けられたバッファ機構をさらに備え、
    前記バッファ機構により、前記分割刃のそれぞれが前記太陽電池モジュールの反りに追従することを特徴とする太陽電池モジュールのリサイクル装置。
  2. 前記前切り込み刃具は、前記切り込み刃を加熱する前切り込み刃用ヒータを有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リサイクル装置。
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