KR101075441B1 - 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템 및 라미네이트 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지 모듈을 높은 작업 처리량으로 양산할 수 있는 라미네이트 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지에는 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용한 결정형의 태양전지와, 아몰퍼스 실리콘(비결정 실리콘), CIGS(구리인듐갈륨세슘), CdTe(카드늄텔루리늄)등을 이용한 박막형 태양전지 등이 있다. 그러나 이들 결정형/박막형의 태양전지는 전지를 구성하는 성분이 외부 환경에 노출시 화학적 변화를 일으키기 쉽고, 또한 물리적인 충격에도 약하기 때문에, 일반적으로 전지부를 투명한 필름이나 강화 유리, 내열 유리 등으로 라미네이팅한 태양 전지 모듈이 이용되고 있다. 또한, 최근에는 건축 재료용 등에 이용되는 외벽재나 지붕재와 태양 전지를 일체화시킨 일체형 모듈 등도 제조되고 있다.
태양 전지 모듈의 라미네이팅은 비닐 필름이나 유리와 백시트 또는 후면유리 사이에 비닐필름, 예를 들면 EVA(에틸렌비닐아세테이트)수지 등의 충진재를 통해서 중간에 전지부를 끼워놓고, 진공 상태에서 가열하여 충진재를 녹임으로써 행하여지 고 있다.
종래, 이와 같은 태양 전지 모듈 등을 제조하기 위한 라미네이션 장치는 상방에 다이어프램을 구비하고 하방에 히터 패널을 구비한 라미네이트부에서 충진재를 융해시킨 후 다이어프램을 팽창시켜 태양 전지 모듈을 가압하는 장치가 공지되어 있다. 하지만, 전술한 라미네이션 장치는 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 다이어프램의 과도한 팽창으로 인한 다이어프램의 교체 주기가 매우 짧다. 둘째, 태양 전지 모듈이 반송 밸트에 의해 챔버 내부로 이송되기 때문에 챔버 내부의 완전 밀폐가 곤란하여 고진공 환경을 구현하기 어렵다. 셋째, 태양 전지 모듈을 가열하는 과정에서 온도 불균형이 발생된다.
이처럼, 최근에는 합리적인 생산 비용으로 대면적의 태양 전지를 효율적으로 양산할 수 있는 새로운 라미네이트 시스템에 대한 요구가 증대되고 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 연속 처리가 가능한 라미네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 신속한 처리가 가능한 라미네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 다이어프램의 교체 주기를 연장할 수 있는 라미네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 위아래에서 동시에 가압할 수 있는 라미 네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고진공의 환경을 제공할 수 있는 라미네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 균일하게 가열할 수 있는 라미네이트 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 라미네이트 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 라미네이트 시스템은 태양 전지 모듈을 공급하는 로더 컨베이어부; 상기 로더 컨베이어부로부터 태양 전지 모듈을 공급받아 라미네이션을 진행하는 복수의 라미네이션 챔버들을 갖는 라미네이터부; 및 상기 라미네이터부로부터 반출되는 공정 처리를 마친 태양 전지 모듈을 받아서 냉각 처리하는 언로더 컨베이어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라미네이터부는 상기 복수의 라미네이션 챔버들 각각은 독립적으로 태양 전지 모듈에 대한 공정이 진행되며, 이들은 직렬로 배치된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라미네이션 챔버는 진공 챔버;상기 진공 챔버의 내부를 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 다이어프램 시트; 상기 다이어프램 시트에 의해 구획된 상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되며, 상기 태양 전 지 모듈이 놓여지는 가열 스테이지; 상기 상부 공간에 설치되며, 상기 태양 전지 모듈의 예열 및 온도 유지를 위한 상부 히터; 및 상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되며, 상기 진공 챔버에서의 상기 태양 전지 모듈의 반송을 위한 반송 부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라미네이트 시스템은 상기 태양 전지 모듈이 상기 다이어프램 시트에 밀착되어 가압되도록 상기 가열 스테이지를 승강시키는 승강부재를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부 히터는 상기 다이어프램 시트에 포개진 상태로 설치되는 플레이트 형상의 실리콘 고무 히터(Silicon Rubber Heater)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 커버에 설치되며 상기 상부 공간에서 상기 상부 히터를 매달은 상태로 지지하는 무빙 부재를 더 포함하되; 상기 무빙 부재는 상기 다이어프램 시트가 팽창 또는 수축될 때 상기 상부 히터 및 상기 다이어프램 시트의 상하 이동을 가이드해주고, 그 이동 간격을 제한한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부 히터는 상기 실리콘 고무 히터의 후면에 부착 설치되는 완충 시트; 상기 완충 시트의 후면에 부착 설치되며, 상기 무빙 부재에 의해 지지되는 베이스 플레이트를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다이어프램 시트는 상기 상부 공간과 상기 하부 공간의 압력 차이에 의해 팽창 또는 수축된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반송 부재는 모터; 상기 모터에 의해 회전 되는 원동축; 상기 원동축에 일정 간격으로 연결되어 회전하는 피동축들; 상기 피동축들 각각에 키결합되어 회전되는 반송롤러를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반송롤러는 상기 피동축에 연결되는 원동풀리; 상기 가열 스테이지에 형성된 개구를 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출되어 상기 태양 전지 모듈의 저면과 접촉하는 종동풀리; 및 상기 원동풀리의 회전력을 상기 종동풀리로 전달하는 밸트를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반송 부재는 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 그리고 상기 가열 스테이지의 상면에서상기 태양 전지 모듈과 접촉하는 반송 롤러들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반송 롤러들은 상기 가열 스테이지에 형성된 다수의 제1개구들을 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라미네이트 시스템은 상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되며, 상기 진공 챔버에서 상기 태양 전지 모듈을 지지하는 다수의 제1지지부재들을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 진공챔버는 상기 태양전지모듈의 입/출입을 위한 출입구; 상기 출입구를 개폐하는 도어; 및 상기 도어에 설치되고, 개방된 상기 출입구를 통과하는 상기 태양전지모듈의 저면을 지지하는 제2지지부재들을 포함하되; 상기 제2지지부재는 볼 캐스터이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 승강 부재는 구동부; 상기 구동부에 의해 승강되는 수직 이동 프레임; 상기 수직 이동 프레임에 설치되고, 상기 진공 챔버의 바닥면을 통과하여 상기 가열 스테이지를 지지하는 복수개의 샤프트를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 승강 부재는 구동부; 상기 구동부에 의해 수평 방향으로 이동하는 수평 이동 프레임; 상기 수평 이동 프레임에 설치되는 경사 가이드레일들; 수직 방향으로 이동가능하게 설치되며, 상기 경사 가이드 레일을 따라 움직이는 이동레일을 갖는 그리고 상기 진공 챔버의 바닥면을 통과하여 상기 가열 스테이지를 지지하는 복수개의 샤프트를 포함한다.
본 발명은 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 라미네이트 방법은 태양 전지 모듈이 라미네이션 챔버로 로딩되는 단계; 상기 태양 전지 모듈을 상부와 하부에서 예열하면서 상기 라미네이션 챔버를 진공으로 만드는 단계; 상기 태양 전지 모듈을 위 아래에서 가압하는 단계; 상기 태양 전지 모듈이 가압된 상태에서 가열하면서 상기 태양의 충진재를 멜팅하고 큐어링하는 단계; 및 상기 태양 전지 모듈의 가압을 해제하고, 상기 라미네이션 챔버를 벤트 한 후 언로딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양 전지 모듈에 대한 가압 단계는 상기 태양 전지 모듈이 태양 전지 모듈의 상부에 설치된 다이어프램 시트에 밀착되어 가압되도록 상기 태양 전지 모듈이 놓여진 스테이지를 승강시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양 전지 모듈에 대한 가압 단계는 상기 다이어프램 시트가 공기압에 의해 팽창되어 상기 태양 전지 모듈을 위에서 아래방향으로 가압한다.
본 발명에 의하면, 태양 전지 모듈의 연속 처리 및 신속한 처리가 가능하다.
또한, 본 발명은 다이어프램 시트의 교체 주기를 연장할 수 있다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 위아래에서 동시에 그리고 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 본 발명은 고진공의 환경을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 16을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 실시예에서 태양 전지 모듈은 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용한 결정형의 태양전지, 아몰퍼스 실리콘(비결정 실리콘), CIGS(구리인듐갈륨세슘), CdTe(카드늄텔루리늄)등을 이용한 박막형 태양전지, 건축 재료용 등에 이용되는 외벽재나 지붕재와 태양 전지를 일체화시킨 일체형 모듈일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템의 평면 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템(1)은 로더 컨베이어부(800), 라미네이터부(100), 언로더 컨베이어 부(900)를 포함한다. 본 발명은 태양 전지 모듈(10)의 라미네이션 공정을 위한 인라인 시스템을 구축하여 생산성 향상을 기대할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에서는 1회당 3장의 태양 전지 모듈을 라미네이션 할 수 있도록 3개의 라미네이션 챔버(101)가 직렬로 구성하였다. 각각의 라미네이션 챔버는 독립적으로 운영되며, 3개의 라미네이션 챔버 중에서 하나의 챔버가 유지 보수를 위해 가동이 중단된다 하더라도 나머지 2개의 챔버에서는 지속적으로 공정을 진행 할 수 있도록 구성하였다. 이처럼, 독립적으로 운영되는 라미네이션 챔버(101)는 도 16에서와 같이, 라미네이션 챔버(101)들이 컨베이어 이송부(700)를 사이에 두고 병렬로 배치될 수도 있다.
(로더 컨베이어부)
로더 컨베이어부(800)는 피처리 모듈인 태양 전지 모듈을 라미네이터부(100)로 공급하는 공급부로써, 로더 컨베이어부(800)는 태양 전지 모듈(10)을 이송하는 롤러 컨베이어(810)를 포함한다. 롤러 컨베이어(810)는 로더 컨베이어부(800)에서 태양 전지 모듈을 일방향(라미네이터부 방향)으로 이송하기 위한 통상의 구성들로 이루어진다.
로더 컨베이어부(800)에는 3장의 태양 전지 모듈(10)이 대기하며, 라미네이터부(100)에서 공정을 마친 태양 전지 모듈들이 언로더 컨베이어부(900)로 반출되면, 로더 컨베이어부(800)에서 대기하고 있던 3장의 태양 전지 모듈은 롤러 컨베이어(810)에 의해 라미네이터부(100)로 반입된다. 이처럼, 로더 컨베이어부(800)는 3장의 태양 전지 모듈을 연속적으로 라미네이터부(100)로 공급할 수 있다. 도시하지 않았지만, 태양 전지 모듈은 별도의 컨베이어를 통해 로더 컨베이어부(800)로 제공된다.
(언로더 컨베이어부)
언로더 컨베이어부(900)는 라미네이터부(100)로부터 반출되는 공정 처리를 마친 태양 전지 모듈들을 받아서 냉각 처리하는 냉각부로써, 언로더 컨베이어부(900)에는 태양 전지 모듈을 이송하는 롤러 컨베이어(910)와, 태양 전지 모듈을 냉각시키는 팬 필터 유닛(920)들이 설치된다. 팬 필터 유닛(920)들은 롤러 컨베이어(910)에 지지되어 있는 태양 전지 모듈로 에어를 공급하는 송풍팬(922)을 포함하는 통상의 구성을 갖는다. 본 실시예에서는 에어 분사 냉각 방식이 채택되었으나, 이는 하나의 예에 불과하며 냉각 유닛은 에어 분사 냉각 방식 이외에도 다양한 냉각 방식이 적용될 수 있다. 도시하지 않았지만, 언로더 컨베이어부(900)에서 냉각 처리된 태양 전지 모듈들은 별도의 컨베이어 유닛을 통해 후속 공정 처리를 위한 설비로 반송되거나 또는 반송 로봇(도시하지 않음)에 의해 수납 용기에 수납된다.
(라미네이터부)
도 2는 도 1에 도시된 라미네이터부의 라미네이션 챔버를 보여주는 사시도이다. 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 라미네이션 챔버의 측면도 및 단면도이다. 도 5는 가열 스테이지가 분리된 하부 챔버를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 라미네이터부(100)는 3개의 라미네이션 챔버(101)가 직렬로 연결된 구성을 갖는다. 라미네이터부(100)는 3개의 라미네이션 챔버(101)를 구비함으로써 1회 공정 처리시 3장의 태양 전지 모듈을 동시에 처리할 수 있다. 각각의 라미네이션 챔버는 개별적으로 운영될 수 있기 때문에 어느 하나에서 문제가 발생된다 하더라도 나머지 2개의 챔버에서는 공정 진행이 가능하다.
(라미네이션 챔버)
라미네이션 챔버(101) 각각은 진공 챔버(110), 다이어프램 시트(130), 가열 스테이지(140), 반송 부재(150), 상부 히터(132), 승강 부재(170)를 포함한다.
진공 챔버(110)는 메인 프레임(102)에 설치되며, 상부면이 개방된 박스 형상의 하부 챔버(112)와 하부 챔버(112)의 개방된 상부면을 개폐하는 커버(120)를 포함한다. 커버(120)는 유지보수를 위해 일측에 설치된 커버 개폐장치(128)에 의해 개폐된다. 커버 개폐장치(128)는 커버(120)를 지지하는 커버 프레임(128a)과, 커버 프레임(128a)과는 축(128b) 결합되어 핸들(128c)을 돌리면 커버(120)가 축(128b)을 중심으로 들어 올려지는 구성으로 이루어진다. 본 발명에서 커버의 개폐를 위한 장치는 본 실시예에서 개시한 힌지 구동 방식 이외에 다양한 방식이 적용될 수 있다.
도 15에는 커버 개폐 장치의 다른 예가 도시되어 있다.
도 15에서와 같이, 커버 개폐 장치(160)는 커버(120)의 4 지점에 각각 설치되는 리프터로 이루어진다. 리프터는 커버(120)를 업다운 시키기 위한 실린더 구동 방식으로 이루어진다.
다시 도 2 내지 도 5를 참조하면, 진공 챔버(110)는 그 내부가 다이어프램 시트(130)에 의해 상부 공간(B)과 하부 공간(이하 처리 공간이라 함)(A)으로 구획된다. 하부 챔버(112)는 일측면에 태양 전지 모듈이 들어오는 입구(112a), 타측면에 처리 공간에서 태양 전지 모듈이 빠져나가는 출구(112b)를 포함한다. 그리고 하 부 챔버(112)는 양측면에 작업자가 처리 공간을 들여다볼 수 있는 윈도우창(113)들을 갖는다. 그리고 하부 챔버(112)의 바닥면에는 처리 공간을 진공 또는 대기압으로 만들기 위한 압력 조절 부재(미도시됨)가 연결되는 2개의 제1진공 포트(114)(도 4에 도시됨)를 갖는다. 진공 챔버(110)의 처리 공간은 압력 조절 부재에 의해 진공 또는 대기압으로 조절된다.
가열 스테이지(140)는 다이어프램 시트(130)에 의해 구획된 진공 챔버(110)의 처리 공간(A)에 설치된다. 태양 전지 모듈(10)은 반송 부재(150)에 의해 처리 공간(A)의 가열 스테이지(140) 상부에 위치된다. 가열 스테이지(140)에는 반송 부재의 종동풀리(156)이 삽입되어 돌출되는 제1개구(142)들과, 태양 전지 모듈의 가장자리를 지지하는 볼 캐스터(158)가 삽입되어 돌출되는 제2개구(143)들을 갖는다. 가열 스테이지(140)는 태양 전지 모듈을 공정 온도로 가열시키기 위해 발열된다.
도 6 및 도 7은 하부 챔버에 설치된 반송 부재를 보여주는 평면도 및 단면도이다. 참고로, 도 6 및 도 7에서는 가열 스테이지와 승강 부재를 생략하였다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 반송 부재(150)는 진공 챔버(110)에서의 태양 전지 모듈(10)의 반송을 담당한다. 반송 부재(150)는 진공 챔버(110)의 바닥면에 설치된다. 반송 부재(150)는 모터(151)에 의해 회전되는 원동축(152), 원동축(152)에 일정 간격으로 연결되어 회전하는 피동축(153)들, 피동축(153)들 양단에 키결합되어 피동축(153)과 함께 회전되는 반송롤러부(154)들을 포함한다.
반송롤러부(154)는 피동축(153)에 연결되는 원동풀리(155), 가열 스테이지(140)에 형성된 제1개구트(142)를 통해 가열 스테이지(140)의 상면으로 돌출되는 종동풀리(156)(태양 전지 모듈의 저면과 접촉하는 부분으로 롤러에 해당) 그리고 원동풀리(155)와 종동풀리(156)에 감겨져서 원동풀리(155)의 회전력을 종동풀리(156)로 전달하는 밸트(157)를 포함한다.
원동축(152)은 태양 전지 모듈(10)의 이송방향과 나란하게 설치되며, 피동축(153)은 태양 전지 모듈의 이송방향과 직교하는 방향으로 설치된다. 한편, 반송 부재(150)는 태양 전지 모듈의 중앙 부분만을 지지한 상태에서 반송하게 된다. 즉, 태양 전지 모듈은 반송 부재(150)에 의해 중앙 부분만이 지지되기 때문에 양측 가장자리 부분에서 쳐짐이 발생될 수 있다. 이러한 태양 전지 모듈의 가장자리 쳐짐을 방지하기 위해서 진공 챔버(110)의 바닥면에는 반송 부재(150)를 사이에 두고 양측으로 4개의 제1지지부재들이 설치된다. 제1지지부재들은 볼 캐스터(158)들로 이루어진다. 볼 캐스터(158)들은 태양 전지 모듈의 양측 가장자리를 지지하여 쳐짐을 방지한다.
도 8은 승강 부재를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 승강 부재(170)는 진공 챔버의 아래에 위치된다. 승강 부재는 구동부(171), 구동부(171)에 의해 수평 방향(화살표)으로 이동하는 수평 이동 프레임(172), 수평 이동 프레임(172)의 4지점에 각각 설치되는 경사 가이드레일(173), 경사 가이드 레일(173)을 따라 움직이는 이동레일(174)을 갖는 샤프트(175)들 그리고 샤프트(175)의 수직 이동을 가이드하는 수직 가이드 레일(176)을 포함한다. 4개의 샤프트(175)는 진공 챔버의 바닥면을 관통하여 진공 챔버의 처리 공간에 위치되는 가열 스테이지(140)에 각각 볼트 체결된다. 샤프트(175)은 진공 챔버(110)의 처리 공간이 진공을 유지할 수 있도록 샤프트의 외측 둘레를 밀폐하는 벨로우즈(178)를 갖는다.
도 9a은 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 상승된 상태를 보여주는 도면이다.
도 9a에서와 같이, 상술한 구성을 갖는 승강 부재(170)는 구동부(171)에 의해 수평 이동 프레임(172)이 a 방향으로 이동되면 샤프트(175)의 이동레일(174)이 경사 가이드 레일(173)의 상단으로 이동되면서 샤프트(175)를 상승시킨다. 따라서, 가열 스테이지(140)도 샤프트에 의해 상승 이동하게 되고, 가열 스테이지(140)에 놓여진 태양 전지 모듈(10)은 다이어프램 시트(130)에 밀착되면서 가압된다.
이처럼, 본 발명에서는 태양 전지 모듈이 가열 스테이지(140)에 가압되는 것이 아니라 가열 스테이지(140)에 놓여진 상태에서 다이어프램 시트(130)에 가압되는 것이다. 특히, 태양 전지 모듈(10)의 가압은 다이어프램 시트(130)가 처리 공간과 상부 공간의 압력차로 인해 처리 공간으로 부풀어진 상태에서 진행된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 라미네이션 챔버(101)에서는 태양 전지 모듈(10)이 상하 방향에서 동시에 가압된다.
여기서, 태양 전지 모듈로 가해지는 가압은 가열 스테이지(140)의 상승 동작에 의한 가압이 다이어프램 시트의 팽창에 의한 가압보다 크게 작용하게 된다. 즉, 다이어프램 시트의 팽창에 의한 가압은 보조적으로 작용된다.
이처럼, 다이어프램 시트(130)는 종래에 비해 팽창 정도를 줄일 수 있고, 무빙 부재들에 의한 팽창 정도가 조절됨으로써 과도한 팽창으로 인한 손상을 최소화 할 수 있다. 특히, 다이어프램 시트(130)는 높은 열과 공기 압력 차이에서 팽창과 수축을 반복하더라도 과도한 처짐 현상을 방지할 수 있고, 다이어프램 시트(130)의 가장자리에 집중되는 스트레스를 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 다이어프램 시트(130)의 탄력을 항상 유지할 수 있기 때문에 다이어프램 시트의 처짐과 탄력 저하 등으로 인해 발생되는 라미네이션 불량을 현저하게 줄일 수 있고, 교체 주기도 연장시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서는 태양 전지 모듈(10)로 가해지는 가압을 가열 스테이지(140)의 상승 높이에 따라 조절할 수 있다. 예컨대, 태양 전지 모듈에는 다양한 종류가 있으며, 모든 종류의 태양 전지 모듈에 동일한 압력을 가하게 되면 전지부 등이 파손되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 승강 부재(170)를 통해 가열 스테이지(140)의 상승 높이를 조절한다면 태양 전지 모듈에 과도한 힘이 가해지지 않도록 압력을 조절할 수 있다.
도 9b는 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 하강된 상태를 보여주는 도면이다.
도 9b에서와 같이, 승강 부재(170)는 구동부(171)에 의해 수평 이동 프레임(172)이 b 방향으로 이동하면, 샤프트(175)의 이동레일(174)이 경사 가이드 레일(173)의 촤하단으로 이동하게 되면서 샤프트(175)가 하강하게 된다. 따라서, 가열 스테이지(140)도 샤프트(175)를 따라 하강 이동하게 되고, 가열 스테이지(140)에 놓여진 태양 전지 모듈(10)은 반송 부재(150)의 종동풀리(156)들에 얹혀지게 된다.
이처럼, 본 발명의 승강 부재(170)는 4개의 샤프트(175)가 하나의 구동부(171)에 의해 승강되는 구조적인 특징을 갖는다. 또한, 본 발명의 승강 부재(170)는 경사 가이드 레일(173)과 이동레일(174) 구조를 채택하여 수평 이동을 수직 이동으로 전환시킴으로써 샤프트의 승하강시 흔들림이 발생되지 않는다. 따라서, 본 발명의 승강 부재(170)는 가열 스테이지를 안정적으로 승하강시킬 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 라미네이션 챔버(101) 3개가 직렬로 연결된다. 도어는 진공 챔버의 입구와 출구에 설치된다. 도어(180)는 진공 챔버(110)에 힌지(182) 결합되며, 도어(180)의 외측면에는 실린더 구동부(184)가 힌지 결합된다. 실린더 구동부(184)의 업다운에 의해 도어(180)는 진공 챔버의 입구/출구를 개폐한다.
도 14는 승강 부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 승강 부재(170a)는 진공 챔버의 아래에 위치된다. 승강 부재는 유입 실린더인 구동부(171a), 구동부(171)에 의해 수직 방향으로 이동하는 수직 이동 프레임(172a), 수직 이동 프레임(172)의 4지점에 각각 설치되는 샤프트(175a)들을 포함한다. 4개의 샤프트(175)는 진공 챔버의 바닥면을 관통하여 진공 챔버의 처리 공간에 위치되는 가열 스테이지(140)에 각각 볼트 체결된다. 샤프트(175a)은 진공 챔버(110)의 처리 공간이 진공을 유지할 수 있도록 샤프트의 외측 둘레를 밀폐하는 벨로우즈(178a)를 갖는다.
도시하지 않았지만, 승강 부재의 다른 예로, 가열 스테이지의 아래에 팽창 가능한 튜브를 설치하고, 공기를 튜브에 주입하여 튜브를 팽창시키는 것으로 가열 스테이지를 승강시킬 수도 있다.
도 10은 태양 전지 모듈이 도어에 설치된 볼캐스터들에 의해 지지된 상태를 보여주는 도면이다.
도 10에서와 같이, 도어(180)는 내측면(181)에 제2지지부재들이 설치된다. 제2지지부재들은 볼캐스터(186)들로 이루어진다. 볼케스터(186)들은 도어(180)가 개방되었을때 로더 컨베이어부(800)에서 진공 챔버(110)로 진입하는 태양 전지 모듈(10)을 지지하고, 이웃하는 진공 챔버들 사이의 공간에서 태양 전지 모듈을 지지하며, 진공 챔버(110)에서 언로더 컨베이어부(900)로 반출되는 태양 전지 모듈(10)을 지지한다.
본 발명에서는 라미네이션 챔버(101)들이 직렬로 배치된 구조로써, 각각의 라미네이션 챔버(101)에서는 독립적으로 태양 전지 모듈에 대한 공정이 진행된다. 특히, 본 발명에서는 태양 전지 모듈(10)이 라미네이션 챔버(101)에서 이웃하는 라미네이션 챔버(101)로 이송이 가능할 뿐만 아니라, 라미네이션 챔버(101)들 사이에서 도어(180)에 설치된 볼캐스터(186)들이 태양 전지 모듈(10)을 지지하게 된다. 따라서, 태양 전지 모듈(10)이 쳐짐 현상 없이 라미네이션 챔버(101)에서 이웃하는 라미네이션 챔버(101)로 안정적인 이송이 가능하다. 물론, 라미네이션 챔버(101)들 사이에 별도의 컨베이어 유닛을 설치하게 되면 태양 전지 모듈의 쳐짐 현상을 예방하고 안정적인 이송이 가능하다. 하지만, 컨베이어 유닛의 추가 설치는 비용 상승, 설비 면적 증가 등의 또 다른 문제점을 발생시킨다.
이처럼, 볼캐스터(186)들은 진공 챔버(110)와 로더 컨베이어부(800)(또는 진 공 챔버와 언로더 컨베이어부) 사이의 이송통로상에서 개방된 입구(또는 출구)를 통해 반입(또는 반출)되는 태양 전지 모듈(10)의 저면을 지지함으로써 태양 전지 모듈의 쳐짐을 최소화하고, 태양 전지 모듈의 안정적인 반송을 기대할 수 있다. 또한, 볼캐스터(158)들은 진공챔버와 진공챔버 사이의 이송통로상에서 이웃하는 진공챔버로 이동하는 태양 전지 모듈의 저면을 지지함으로써 태양 전지 모듈의 쳐짐을 방지하고 안정적인 반송을 기대할 수 있다.
도 11는 커버의 단면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 커버(120)의 저면에는 다이어프램 시트(130)가 설치된다. 커버(120)에는 다이어프램 시트(130)에 의해 처리 공간과 구획되는 별도의 상부 공간(B)이 제공된다. 다이어프램 시트(130)의 가장자리는 커버(120)의 저면 가장자리를 따라 설치된 시트 고정블럭(123)에 고정된다. 다이어프램 시트(130)는 열에 강하고 탄성이 있는 소재(예를 들면 실리콘 소재, 고무 소재 등)로 이루어지며, 상부 공간과 처리 공간의 압력차에 의해 팽창 또는 수축된다. 이때 다이어프램 시트(130)의 팽창 크기는 무빙 부재(190)들에 의해 제한된다.
커버(120)에는 상부 공간과 통하는 제2진공포트(122)가 구비되며, 제2진공포트(122)에는 상부 공간을 대기압 또는 진공으로 만들기 위한 압력 조절부재(미도시됨)가 연결된다. 커버(120)의 상부 공간(B)은 압력 조절 부재에 의해 진공 또는 대기압으로 조절된다.
상부 히터(132)는 커버(120)의 상부 공간에 위치된다. 상부 히터(132)는 태양 전지 모듈(10)의 예열 및 온도 유지를 위한 것이다. 기본적으로 태양 전지 모듈 은 가열 스테이지(140)에 의해 가열되지만, 가압 과정에서 태양 전지 모듈이 다이어프램 시트(130)와 접촉되면서 온도 다운 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 상부 히터(132)는 태양 전지 모듈(10)과 접촉되는 다이어프램 시트(130)의 온도를 높여줌과 동시에 태양 전지 모듈(10)을 간접적으로 예열해준다. 본 발명에서는 공정 진행시 상부 히터(132)에 의해 태양 전지 모듈의 예열 및 온도 유지 효과를 기대할 수 있다.
상부 히터(132)는 커버(120)에 설치된 4개의 무빙 부재(190)들에 의해 지지된다. 상부 히터(132)는 플레이트 형상의 실리콘 고무 히터(Silicon Rubber Heater)(133), 무빙 부재와 연결되는 베이스 플레이트(135) 그리고 실리콘 고무 히터(133)와 베이스 플레이트(135) 사이에 설치되는 완충 시트(134)를 포함한다. 이처럼, 상부 히터(132)는 실리콘 고무 히터(133)에 완충 시트(134) 그리고 베이스 플레이트(135)가 적층된 구성을 갖는다. 그리고, 상부 히터(132)의 실리콘 고무 히터(133)는 다이어프램 시트(130)에 포개진 상태로 설치되어 다이어프램 시트(130)를 가열함과 동시에 다이어프램 시트(130)에 가압되는 태양 전지 모듈(10)을 가열하게 된다.
한편, 무빙 부재(190)는 다이어프램 시트(130)가 팽창 또는 수축될 때 상부 히터(132) 및 다이어프램 시트(32)의 상하 이동을 가이드해주면서 그 이동 간격을 제한하는 역할을 갖는다. 무빙 부재(190)는 커버(120)에 설치되고, 수납공간을 갖는 하우징(192)과, 하우징(192)의 수납공간에 수직 이동 가능하도록 설치되며, 일단이 베이스 플레이트(135)에 연결되는 수직 로드(194) 그리고 수직 로드(194)와 하우징(192) 사이에 설치되는 볼 부시(196)를 포함한다.
도 12는 다이어프램 시트가 수축된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다. 도 13은 다이어프램 시트가 팽창된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 12에서와 같이, 다이어프램 시트(130)의 수축은 처리 공간(A)이 대기압상태이고 상부공간(B)이 진공상태에서 이루어진다. 이때, 그 수축 정도는 무빙 부재(190)에 의해 제한된다. 태양 전지 모듈(10)은 다이어프램 시트(130)가 수축된 상태에서 진공 챔버(110)로 반입/반출되는 것이 바람직하다.
도 13에서와 같이, 다이어프램 시트(130)의 팽창은 처리 공간(A)이 진공상태이고 상부공간(B)이 대기압상태에서 이루어진다. 이때, 그 팽창 정도는 무빙 부재(190)에 의해 제한된다. 태양 전지 모듈(10)은 팽창된 다이어프램 시트(130)에 가압되는 것이 바람직하다.
(라미네이터 공정)
상술한 구성을 갖는 라미네이트 시스템에서의 라미네이터 공정은 로딩단계-메인 공정 단계- 그리고 언로딩 단계로 크게 이루어진다.
우선, 로딩 단계는 3장의 태양 전지 모듈이 로더 컨베이어부(180)를 통해 라미네이트부(100)로 제공된다. 태양 전지 모듈의 로딩(또는 언로딩)은 다이어프램 시트(130)가 수축된 상태(상부 공간이 진공상태)에서 이루어지는 것이 바람직하다. 첫 번째로 반입되는 태양 전지 모듈은 첫 번째 라미네이션 챔버와 두 번째 라미네이션 챔버를 거쳐 세 번째에 위치한 라미네이션 챔버의 가열 스테이지(140)에 위치된다. 두 번째로 반입되는 태양 전지 모듈은 첫 번째 라미네이션 챔버를 거쳐 두 번째 라미네이션 챔버의 가열 스테이지에 위치된다. 그리고 마지막 세 번째로 반입되는 태양 전지 모듈은 첫 번째 라미네이션 챔버의 가열 스테이지에 위치된다. 챔버와 챔버 간의 태양 전지 모듈의 이송은 진공 챔버(110)에 설치된 반송 부재(150)들에 의해 이루어진다. 3장의 태양 전지 모듈이 각각의 라미네이션 챔버(101)의 가열 스테이지(140)에 위치되면, 각각의 라미네이션 챔버(101)는 도어(180)들에 의해 입구와 출구가 폐쇄된다.
메인 공정 단계는 예열, 모듈 가압, 멜팅, 큐어링으로 구분될 수 있다. 우선, 진공 챔버(110)의 처리 공간은 압력 조절 부재에 의해 대기압에서 진공으로 조절되고, 태양 전지 모듈(10)은 진공 챔버(110)가 기설정된 진공압(예를 들면 1 torr 이하)에 도달하는 동안 상부 히터(132)와 가열 스테이지(140)에 의해 예열된다. 진공 챔버(110)의 진공압이 기설정 압력에 도달되면, 상부 공간(B)을 벤트(vent)하여 다이어프램 시트(130)를 팽창시키고 가열 스테이지(140)를 승강시켜 태양 전지 모듈을 양쪽에서 가압한다. 이때, 가열 스테이지(140)의 히팅 온도는 110-160도, 상부 히터(132)의 온도는 가열 스테이지(140)의 히팅 온도보다 낮은 100도 정도가 바람직하다. 하지만, 이러한 온도 범위는 EVA(에틸렌비닐아세테이트)수지 등과 같은 충진재의 특성과 장비 특성에 따라 현저하게 달라질 수 있다.
태양 전지 모듈(10)은 가열 스테이지(140)와 다이어프램 시트(130)에 의해 양면에서 가압되면서 가열 스테이지(140)와 상부 히터(132)에 의해 1차 가열온도로 가열되면서 충진재가 멜팅되고, 그 이후 1차 가열 온도보다 높은 온도로 가열되면서 큐어링 처리된다. 멜팅 단계는 100-150도 정도에서 5-15분 정도 진행되며, 큐어 링 단계는 110-160도 정도에서 5-40분 정도 진행된다. 물론, 이러한 시간과 온도는 충진재의 특성과 장비 특성에 따라 달라질 수 있다.
이렇게 메인 공정이 완료되면, 가열 스테이지(140)를 하강시키고 진공 챔버(110)의 처리 공간을 진공에서 대기압으로 벤트하고, 상부 공간(B)은 대기압에서 진공으로 만들어서 다이어프램 시트(130)를 수축시킨다. 이 상태에서 진공 챔버(110)의 입구와 출구를 모두 개방한 후 태양 전지 모듈(10)을 언로더 컨베이어부(190)로 반출시킨다. 언로더 컨베이어부(190)로 반출된 태양 전지 모듈은 쿨링 유닛에 의해 냉각 처리된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템의 평면 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 라미네이터부의 라미네이션 챔버들을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 라미네이션 챔버의 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 라미네이션 챔버의 단면도이다.
도 5는 가열 스테이지가 분리된 하부 챔버를 보여주는 도면이다.
도 6은 하부 챔버에 설치된 반송 부재를 보여주는 평면도이다.
도 7은 하부 챔버에 설치된 반송 부재를 보여주는 단면도이다.
도 8은 승강 부재를 보여주는 도면이다.
도 9a은 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 상승된 상태를 보여주는 도면이다.
도 9b는 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 하강된 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 태양 전지 모듈이 도어에 설치된 볼캐스터들에 의해 지지된 상태를 보여주는 도면이다.
도 11는 커버의 단면도이다.
도 12는 다이어프램 시트가 수축된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 13은 다이어프램 시트가 팽창된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 14는 승강 부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 15는 커버 개폐 장치의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 16은 라미네이션 챔버들이 컨베이어 이송부를 사이에 두고 병렬로 배치된 라미네이트 시스템의 레이아웃이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 라미네이터부 101 : 라미네이션 챔버
110 : 진공 챔버 120 : 커버
130 : 다이어프램 시트 132 ; 상부 히터
140 : 가열 스테이지 150 : 반송 부재
170 : 승강 부재 180 : 로더 컨베이어부
190 : 언로더 컨베이어부
Claims (21)
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- 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템에 있어서:태양 전지 모듈을 공급하는 로더 컨베이어부;상기 로더 컨베이어부로부터 태양 전지 모듈을 공급받아 라미네이션을 진행하는 복수의 라미네이션 챔버들을 갖는 라미네이터부; 및상기 라미네이터부로부터 반출되는 공정 처리를 마친 태양 전지 모듈을 받아서 냉각 처리하는 언로더 컨베이어부를 포함하며,상기 라미네이션 챔버는진공 챔버;상기 진공 챔버의 내부를 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 다이어프램 시트;저면과, 상기 저면과 대향되고 상기 태양 전지 모듈이 놓여지는 상면 그리고 상기 저면에서 상기 상면으로 관통하는 제1개구들을 구비하고, 상기 다이어프램 시트에 의해 구획된 상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되는 가열 스테이지;상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되며, 상기 제1개구들을 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로부터 돌출되어 상기 태양 전지 모듈을 반송하는 반송롤러들을 갖는 반송 부재; 및상기 반송 부재에 의해 반송된 상기 태양 전지 모듈이 상기 가열 스테이지의 상면에 놓여지도록 상기 가열 스테이지의 상면이 상기 반송 부재보다 높은 위치로 승강시키고, 상기 가열 스테이지의 상면에 놓여진 상기 태양 전지 모듈을 상기 다이어프램 시트에 밀착시켜 하부 가압이 이루어지도록 상기 가열 스테이지를 승강시키는 승강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 라미네이트 시스템은상기 상부 공간에 설치되며, 상기 태양 전지 모듈의 예열 및 온도 유지를 위한 상부 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 상부 히터는상기 다이어프램 시트에 포개진 상태로 설치되는 플레이트 형상의 실리콘 고무 히터(Silicon Rubber Heater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 상부 공간에 설치되며 상기 상부 공간에서 상기 상부 히터를 매달은 상태로 지지하는 무빙 부재를 더 포함하되;상기 무빙 부재는상기 다이어프램 시트가 팽창 또는 수축될 때 상기 상부 히터 및 상기 다이어프램 시트의 상하 이동을 가이드해주고, 그 이동 간격을 제한하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제6항에 있어서,상기 상부 히터는플레이트 형상의 실리콘 고무 히터;상기 실리콘 고무 히터의 후면에 부착 설치되는 완충 시트;상기 완충 시트의 후면에 부착 설치되며, 상기 무빙 부재에 의해 지지되는 베이스 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 다이어프램 시트는상기 상부 공간과 상기 하부 공간의 압력 차이에 의해 팽창 또는 수축되는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 반송 부재는모터;상기 모터에 의해 회전되는 원동축;상기 원동축에 일정 간격으로 연결되어 회전하는 피동축들;상기 제1개구상에 위치되고, 상기 피동축들 각각에 키결합되어 회전되는 반송롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제9항에 있어서,상기 반송롤러는상기 피동축에 연결되는 원동풀리;상기 가열 스테이지에 형성된 상기 제1개구를 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출되어 상기 태양 전지 모듈의 저면과 접촉하는 종동풀리; 및상기 원동풀리의 회전력을 상기 종동풀리로 전달하는 밸트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 반송 부재는모터의 구동력을 전달받아 회전하는 그리고 상기 가열 스테이지의 상면에서상기 태양 전지 모듈과 접촉하는 반송 롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제11항에 있어서,상기 반송 롤러들은상기 가열 스테이지에 형성된 상기 제1개구들을 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 라미네이트 시스템은상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되며, 상기 진공 챔버에서 상기 태양 전지 모듈을 지지하는 다수의 제1지지부재들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제13항에 있어서,상기 제1지지부재는 볼 캐스터인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 진공챔버는상기 태양전지모듈의 입/출입을 위한 출입구;상기 출입구를 개폐하는 도어; 및상기 도어에 설치되고, 개방된 상기 출입구를 통과하는 상기 태양전지모듈의 저면을 지지하는 제2지지부재들을 포함하되;상기 제2지지부재는 볼 캐스터인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 승강 부재는구동부;상기 구동부에 의해 승강되는 수직 이동 프레임;상기 수직 이동 프레임에 설치되고, 상기 진공 챔버의 바닥면을 통과하여 상기 가열 스테이지를 지지하는 복수개의 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 승강 부재는구동부;상기 구동부에 의해 수평 방향으로 이동하는 수평 이동 프레임;상기 수평 이동 프레임에 설치되는 경사 가이드레일들;수직 방향으로 이동가능하게 설치되며, 상기 경사 가이드 레일을 따라 움직이는 이동레일을 갖는 그리고 상기 진공 챔버의 바닥면을 통과하여 상기 가열 스테이지를 지지하는 복수개의 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시스템.
- 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 방법에 있어서:태양 전지 모듈이 라미네이션 챔버로 로딩되어 가열 스테이지에 놓여지는 단계;상기 태양 전지 모듈을 예열하면서 상기 라미네이션 챔버를 진공으로 만드는 단계;상기 태양 전지 모듈을 위 아래에서 가압하는 단계;상기 태양 전지 모듈이 가압된 상태에서 가열하면서 상기 태양의 충진재를 멜팅하고 큐어링하는 단계; 및상기 태양 전지 모듈의 가압을 해제하고, 상기 라미네이션 챔버를 벤트 한 후 언로딩하는 단계를 포함하되;상기 태양 전지 모듈에 대한 가압 단계는상기 태양 전지 모듈을 위에서 아래방향으로 가압하기 위해 상기 태양 전지 모듈의 상부에 위치한 다이어프램 시트가 공기압에 의해 팽창되고, 상기 가열 스테이지에 놓인 상기 태양 전지 모듈을 상기 다이어프램 시트에 밀착된 상태에서 아래에서 상방향으로 가압하기 위해 상기 가열 스테이지를 상승 이동시키는 것을 특징으로 하는 라미네이트 방법.
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- 제18항에 있어서,상기 태양 전지 모듈에 대한 가압 단계는상기 태양 전지 모듈이 놓여진 상기 가열 스테이지의 승강 높이에 따라 상기 태양 전지 모듈에 가해지는 가압 힘을 조절하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 방법.
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