KR101257446B1 - 태양전지 모듈 생산 장치 및 방법 - Google Patents

태양전지 모듈 생산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

a) 기판, 필름 및 판유리의 결합을 위한 두 개 이상의 생산 라인(5, 6) 및 두 개 이상의 배치 브리지(A, B),
b) 필름 공급을 위한 적재 장치(8) 및 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트(7),
c) 필름과 판유리를 센터링하고 흡착하는 장치,
d) 필름 이송틀 및 유리 이송틀(4)을 이송 및 고정하는 장치(10, 11),
e) 필름 및 판유리를 각 이송틀(3, 4)로부터 내리는 장치,
f) 추가 이송 장치를
포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 소자들의 구성부품들을 자동 결합하는 장치 및 방법.

Description

태양전지 모듈 생산 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING PHOTOVOLTAIC MODULES}
본 발명은 태양전지 모듈(photovoltaic modules)의 자동생산에 관한 것이다.
많은 경우, 현대 유리 외관은 구조체의 기능적 요소로서 뿐 아니라 점차 태양 에너지 생산에도 기여하고 있다. 재단된 태양전지 모듈은 건물의 가능한 그리드(grid) 및 프로파일(profiles)에 정확히 통합될 수 있다. 반투명 태양전지뿐 아니라 투명한 영역을 가지는 불투명 태양 전지 역시 태양전지 판유리 시스템에 광을 채운다. 여기서, 태양전지는 종종 태양과 섬광에 대해 바람직한 보호 효과를 가진다.
이러한 태양전지 시스템의 형성은 주로 반도체 및 직접전자회로 제조상의 일반적인 작동 조건을 필요로 한다. 따라서 이러한 태양전지 시스템의 형성은 여전히 비교적 비싸다. 따라서, 대량으로 태양전지 소자를 생산하여 비용을 줄이고자하는 목표가 있었다. 외부에서 볼 때, 태양 전지 모듈은, 열의 작용으로 유리판들을 접합하는 필름에 의하여 유리를 덮음으로써, 유리 기판과 태양전지 소자, 및 판유리를 연결하는 것을 나타낸다.
DE 10 2004 030 411 A1 은 그러한 태양전지 소자, 라미네이트(laminated) 안전 유리로 된 태양 모듈을 개시하고 있다. 이 출원의 목적은 PVB(polyvinyl butyral)에 기초한 필름을 사용한 라미네이트 안전 유리의 특성을 가진 태양 모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적은,
a) 유리판;
b) 두 개의 PVB-기초 필름 사이에 배치된 적어도 하나의 태양 전지 유닛; 및
c) 후면 커버;의 라미네이트를 포함하며,
적어도 하나의 PVB-기초 필름은 적어도 16 N/㎟의 인열 강도(tearing resistance)를 가지는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 안전 유리로 된 태양 모듈에 의하여 달성된다.
그러나, 상기 문헌에는 이러한 소자들을 대량 생산하는 방법을 개시하고 있지 않다.
따라서, 본 발명에 따른 장치 및 방법은, 자동 제어에 기초하여 짧은 순환 시간을 가지며 모든면에서 신뢰성과 비용효율이 높은 태양전지 모듈의 생산, 즉 대응 구성부품들의 결합을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은 청구항 제1항에 따른 장치 및 청구항 제5항에 따른 방법에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 배치 브리지의 사시도,
도 2은 생산 라인이 설치된 배치 브리지을 도시한 도면,
도 3은 필름 적재부의 사시도,
도 4는 유리 적재부의 사시도,
도 5는 센터링 장치(centering apparatus)을 상세히 도시한 도면,
도 6은 적재 테이블 위에 필름 센터링을 도시한 도면,
도 7은 유리 패널의 센터링을 도시한 도면,
도 8은 이송틀(transport frame)에 필름 센터링을 도시한 도면이다.
본 발명에서, 태양전지 모듈은 소위 기판, 즉 광전지로서 작용하는 코팅을 가진 판유리, 그 판유리에 배치된 필름, 커버로 작용하는 추가 판유리, 즉 소위 바닥 유리로 구성된다. 여기서, 필름은 가열 과정에서 두 판유리 사이를 연결시키는 소위 융해 필름의 형태이다.
상기 세 요소는 본 발명에 따른 장치에 의하여 결합된다.
그 과정에서, 기판 패널은 대응되는 생산 라인으로 이동되는데, 상기 기판 패널에는 클럭(clock) 시간에 맞추어 필름이 설치되고, 차례로 추가 판유리가 덮힌다.
도 1은 이러한 목적을 위하여 개발된 배치 브리지(placement bridge)의 사시도 이다. 이는 지지대(1) 위에 지지되는 주 레일 지지부(2)를 포함한다. 도 1에서는 4개의 지지대(1)만 도시되어 있으나, 주 레일 지지부(2)가 더 길어질 필요가 있다면 추가 지지대들이 가운데 삽입될 수 있다.
필름 이송틀(3)이 배치 브리지의 왼편에 도시되어 있으며, 유리 이송틀(4)이 오른편에 도시되어 있다.
도 2는 제1 생산 라인(5)과 제2 생산 라인(6)에 연결된 배치 브리지를 도시한 것으로, 상부에는 단면도, 하부에는 평면도로 도시되어 있다. 상부 및 하부 도면에서 중간 부분은 추가적인 생산 라이들이 삽입될 수 있음을 나타내기 위해 끊어져 있다. 필름 공급을 위한 적재 테이블(8)이 왼편에 도시되어 있고, 판유리의 공급을 위한 컨베이어 벨트(7)가 오른편에 도시되어 있다. 필요한 기판, 즉 광전지로 작용하는 코팅을 가진 판유리는 각각의 생산 라인(5, 6)으로 이송된다. 태양전지 모듈 결합의 과정은, 먼저 필름을 기판에 적용한 다음 판유리, 소위 바닥 유리를 정확히 맞추어 적용하는 것으로 구성된다.
도 3은 필름 적재부의 사시도이다. 두 개의 지지대(도 1에도 도시됨)가 보이며, 전체 필름 이송 유닛의 지지 장치로서 두 개의 레일 지지부(2)가 있는데, 그 중 하나의 주 레일 지지부(2)가 더 상세히 도시되어 있다. 필름 이송틀(3)은 두 개의 주 레일 지지부(2) 아래에 매달려 있고, 필름이 흡착된 후 수직 상승 이동시키는 드라이브(12)에 의하여 두 개의 주 레일 지지부(2)에 더 가까이 이동되며, 이 높이에서 대응 생산 라인에 대기 중인 기판 패널의 영역으로 이동된다. 이러한 이동을 위한 구동은 두 개의 센터링 기구(11)에 작용하는 서보 드라이브(servo drive)(10)에 의하여 보장된다. 센서(10)가 적재 테이블(8) 위의 필름을 감지하기 위하여 사용된다. 진공 압력 펌프(15)가 필름 또는 판유리의 흡착 공정을 위하여 제공된다.
도 3에 주 레일 지지부(2)의 센터링 핀을 위해 쌍으로 배열되는 센터링 개구(3) 중 하나가 도시되어 있다. 이는 여기서는 제1 생산 라인을 위한 것이다. 이러한 센터링 개구(13)는 필름 이송틀(3)의 정확한 고정을 위하여 사용되며, 필름 이송틀(3)의 세터링 핀이 센터링 개구(13)에 락킹될 때 필름이 그 밑에 위치한 기판 위에 정확히 내려지도록 한다. 필름 이송틀(3)의 양쪽에 고정된 센터링 기구(10, 11)는 주 레일 지지부(2) 내의 관련 지점까지 이동 과정을 위하여, 그리고 센터링 핀(24)을 낮추기 위하여 사용된다(도 5에도 도시됨). 브리지의 전체 길이 범위를 따라 뻗어있는 채널(9)은 모든 공급 라인들과 조정 라인들을 지지한다.
도 4는 필름 공급 장치에 대응되는, 유리 이송틀(4)에 의하여 유리판을 공급하는 장치를 도시한다. 유리 이송틀(4)을 위한 도면 부호 19로 표시된 센터링 개구의 위치는 후면 주 레일 지지부(2)에만 도시되어 있다. 필름 이송 유닛의 센터링 기구(11)에 대응되는 유리 이송 장치의 센터링 유닛은 도면 부호 18로 표시되어 있다. 두 개의 센터링 유닛(18)을 구동하는 서보 드라이브(17)는 전체 유리 이송 장치를 대응 생산 라인까지 이동시킨다. 진공 압력 흡착기(16)가 각 판유리를 올리고 단단히 지지하도록 사용된다.
도 5는 고정 장치의 상세 도면이다.
주 레일 지지부(2)가 센터링 핀(24)을 지지하는 대응 개구와 함께 하부에 도시되어 있다. 슬라이딩 롤러(23)가 센터링 핀(24)의 양편에 이를 가이드하도록 제공된다. 센터링 핀(24)은 선형운동하는 실린더(25)를 통해 지지되고 내려진다. 센터링 유닛은 가이드 롤러(21)를 지나가는 톱니 벨트(22)를 움직이는 구동 샤프트(21)를 통하여 구동된다.
이러한 구조는 네 개의 센터링 장치(11, 18) 모두에 사용되고, 톱니 벨트가 가이드되는 형태 때문에 오메가 드라이브로 지칭된다.
도 6은 적재 테이블(8) 위에 필름의 최초 센터링이 적용되는 것을 보여준다. 여기서 기본 요소는 도시된 필름 센터링 수단(26)이다. 각 경우에 적어도 두 개의 필름 센터링 장치(26)가 필름 센터링을 위하여 요구된다. 그 수는 그 위에 놓이는 필름의 크기에 따라 결정된다. 필름은 수동으로 놓이거나, 또는 적절히 고안된 로봇에 의하여 매거진(magazine)에서 분리될 수 있다.
도 7은 판유리의 센터링을 도시한다.
판유리는, 드라이브(32)에 의하여 구동되는 컨베이어 벨트(31)에 의하여, 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트(7)를 통하여 센터링 영역으로 이동된다. 여기서, 판유리는 드라이브(30)를 통하여 센터링 장치(29)에 의하여 센터링된다. 도시된 센터링 장치(29)의 수는 사용 가능한 판 종류의 수에 대응된다. 따로 도시하지 않았지만, 결함 판유리를 탐지하기 위한 장치 역시 이 영역에 위치된다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려진 바와 같이, 이 작업은 광학 탐지기에 기초하며, 유리에 결함이 있는 경우에 자동적으로 판유리를 분리시킨다. 공간상의 이유로, 이러한 추가적인 장치는 배치 브리지의 중심부에 설치될 수 있다.
도 8은 이송틀(3)에서 필름 센터링을 도시한다.
여기서, 도면 위쪽 부분에는 지지대(1)에 부착된 주 레일 지지부(2)와 센터링 장치(11)가 도시되어 있다.
두 센서(14)가 필름의 존재를 탐지하기 위하여 사용된다. 필름은, 각각의 필름 형태에 따라 작동되는 필름 이송틀(3) 상의 전체 흡입 개구의 매트릭스를 대표하여 그려진 흡입 개구(28)와 함께, 센터링 요소(27)에 의하여 이송틀(3)에 센터링된다.
본 발명에 따른 장치는 많은 수의 생산라인들 상에서 동시에 태양전지 요소들을 생산할 수 있을 뿐 아니라 효과적인 제어 및 생산 과정의 모든 요소의 정확하고 빠른 위치 설정은 또한 적어도 두 개의 배치 브리지 A와 B의 동시 작동을 보장한다.
본 발명에 따른 장치는 서로 다른 형태의 태양전지 요소들의 처리가 가능하기 때문에, 여기서는 상세히 도시되지 않았지만 다수의 센서들이 이런 다른 형태들을 탐지하고 설치 부품들에 적절한 조정을 가하기 위하여 요구된다.
높은 순환률과 동시에 다양한 제조 프로그램으로 태양전지 요소들의 제조를 위한 무장해 작동을 위하여 특별한 제어 프로그램이 요구된다.
높은 순환률은 빠른 이송 속도를 요구하고, 이를 위하여 톱니 벨트 드라이브가 여기서도 유리하게 사용된다. 그러나, 톱니 벨트 드라이브는 비교적 높음 위치 설정 공차(positioning tolerance)를 가진다(이는 본 발명에 따른 센터링 수단에 의하여 줄일 수 있다).
빠른 이송 속도를 위한 다른 가능성은, 시스템에 의하여 높은 위치 설정 정확도(positioning accuracy)를 가지는 선형 드라이브를 사용하는 것이다. 그러나, 이는 상당히 큰 비용이 요구된다.
1: 지지대(기본틀) 2: 주 레일 지지부
3: 필름 이송틀 4: 유리 이송틀
5: 제1 생산 라인 6: 제2 생산 라인
7: 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트
8: 필름 공급을 위한 적재 테이블 9:공급과 제어 라인 채널
10: 필름 이송 장치를 위한 서보 드라이브
11: 필름 이송 유닛을 위한 오메가 드라이브와 센터링 장치
12: 수직 상하 이동을 위한 드라이브
13: 센터링 핀을 위한 센터링 개구(라인 1)
14: 필름 탐지 센서 15: 진공 압력 펌프
16: 진공 압력 흡착기
17: 유리 이송 장치를 위한 서보 드라이브
18: 유리 이송 장치를 위한 오메가 드라이브와 센터링 장치
19: 센터링 핀을 위한 센터링 개구(라인 2)
20: 드라이브(톱니 벨트)
21: 오메가 드라이브를 위한 가이드 롤러
22: 톱니 벨트
23: 센터링 핀을 위한 슬라이딩 롤러
24: 센터링 핀
25: 센터링 핀을 위한 선형 작동 실린더
26: 적재 테이블 상의 필름 센터링 27: 흡착 틀 상의 필름 센터링
28: 필름 이송틀을 위한 흡입 개구 29: 판유리를 위한 센터링 장치
30: 센터링 장치를 위한 드라이브 31: 컨베이어 벨트
32: 컨베이어 벨트를 위한 드라이브 A, B: 배치 브리지

Claims (10)

  1. 연속적으로 작동하는 제조 공정에서 태양전지 소자들의 구성부품들을 자동 결합하는 장치로서,
    a) 기판을 소정 시간 간격으로 이송하는 두 개 이상의 생산 라인(5, 6),
    b) 기판, 필름 및 판유리의 결합을 위한 두 개 이상의 배치 브리지(A, B),
    c) 필름 공급을 위한 적재 장치(8) 및 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트(7),
    d) 필름 이송틀(3)에 필름을 센터링하고 흡착하는 장치 및 유리 이송틀(4)에 판유리를 센터링하고 흡착하는 장치(29, 30),
    e) 상기 필름 이송틀(3)을 생산 라인(5, 6)에 대하여 이송 및 고정하는 장치(10, 11),
    f) 상기 유리 이송틀(4)을 생산 라인(5, 6)에 대하여 이송 및 고정하는 장치(17, 18),
    g) 상기 필름 및 판유리를 각 이송틀(3, 4)로부터 내리는 장치,
    h) 상기 생산 라인(5, 6)에서 결합된 태양전지 소자들을 이송하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    결함이 있는 필름 및 판유리를 탐지하는 수단을 구비하며, 상기 수단은 결함이 있는 필름 또는 판유리를 탐지하면 이를 필름 공급을 위한 적재 테이블(8) 또는 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트(7)로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다른 형태의 필름 및 판유리를 탐지하는 수단을 구비하며, 탐지된 변수들을 기초로 제조 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    필름 이송 및 판유리 이송을 위하여 서보 모터 또는 선형 드라이브가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 연속적으로 작동하는 제조 공정에서 태양전지 소자들의 구성부품인 기판, 필름 및 판유리를 자동 결합하는 방법으로서,
    a) 두 개 이상의 생산 라인(5, 6)이 기판을 소정 시간 간격으로 이송하도록 형성되고,
    b) 두 개 이상의 배치 브리지(A, B)가 기판, 필름 및 판유리를 결합하도록 형성되며, 상기 배치 브리지는 상기 생산 라인에 연결되고,
    c) 각각의 배치 브리지에서, 적재 장치(8)가 필름 공급을 위하여 제공되고, 컨베이어 벨트(7)가 판유리 공급을 위하여 제공되며,
    d) 각각의 배치 브리지에서, 필름이 필름 이송틀(3)에 센터링되고 흡착되며, 컨베이어 벨트(7)에 센터링된 판유리가 유리 이송틀(4)에 흡착되며,
    e) 각각의 배치 브리지에서, 상기 필름 및 판유리가 각각의 이송틀(3, 4)과 함께 해당 생산 라인(5, 6)으로 이송되고, 고정되며,
    f) 각각의 배치 브리지에서, 상기 필름은 상기 생산 라인 중 하나에서 기판 위에 내려지고, 상기 판유리는 상기 생산 라인 중 다른 하나에서 필름이 부착된 기판 위에 내려지고,
    g) 결합된 태양전지 소자들이 생산 라인(5, 6)에서 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    결함이 있는 필름 및 판유리를 탐지하는 수단을 구비하며, 상기 수단은 결함이 있는 필름 또는 판유리를 탐지하면 이를 필름 공급을 위한 적재 테이블(8) 또는 판유리 공급을 위한 컨베이어 벨트(7)로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    다른 형태의 필름 및 판유리를 탐지하는 수단을 구비하며, 탐지된 변수들을 기초로 제조 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    필름 이송 및 판유리 이송을 위하여 서보 모터 또는 선형 드라이브가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 삭제
  10. 컴퓨터상에서 실행될 때, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계를 수행하는 프로그램 코드를 저장하고 있는, 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체.
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