用于光伏聚光模塊的工業制造的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于光伏聚光模塊的工業制造的裝置，該光伏聚光模塊包括模塊框架、透鏡盤、傳感器載具盤以及電氣線路布線布置，該裝置包括以下特征：a)底座(30)，用于借助于位于兩個縱向側的夾持元件(31)和位于兩個橫向側的止動元件(37)來無壓力地安裝模塊框架(1)，其中夾持元件(31)的設置借助于切換桿(32)的移位和轉動來實現；b)裝置(47)，用于在模塊框架(1)的承載表面上的丙烯酸的點狀涂敷以及硅酮(48)的線性涂敷；c)相應的用于放置傳感器載具盤(3)或透鏡盤(2)的裝置，其中這些盤借助于特殊的抽吸裝置(39)以無壓力的方式被運輸，并且以預定接觸壓力居中地開始被安放；d)用于測量相應的盤位置和用于定位傳感器載具盤(3)或透鏡盤(2)的裝置；e)用于借助于照相機(49)來相對于傳感器載具盤(3)的CPV傳感器(4)對透鏡盤(2)進行精細調節的裝置，其中照相機(49)被調節成使得其光軸的位置照射在CPV傳感器的地理中點上；f)用于借助于多個UV光發射器(40)來固化模塊框架(1)與相應的盤之間的硅酮涂敷的裝置；g)用于運輸要處理的工件的裝置。
【專利說明】用于光伏聚光模塊的工業制造的裝置
[0001]在光伏領域，多年來已存在利用經聚集的太陽輻射工作的手段。在此情況下，來自太陽的輻射通過反射鏡和/或透鏡被聚集，并被引導到特定的聚光太陽能電池上。相應的聚光光伏(CPV)系統現在正在位于普埃托利亞諾市的卡斯提爾的西班牙太陽能研究所聚光光伏系統研究所(ISFOC)中進行測試。他們利用透鏡或反射鏡，在日光照射在小的太陽能電池之前將日光聚集成四百倍至一千倍的強度，這樣比傳統的硅太陽能電池顯著更高效。來自世界上許多地方的制造商已經在該處的測試場所上安裝了 CPV模塊。目前大約有一千個模塊安裝在該場所。除了別的以外，研究人員正在開發回報預測并測試長期穩定性，以促進該技術從開發到市場的轉換。
[0002]迄今為止，在全球范圍內僅少量的CPV設施已投入運行。他們的總功率約為30兆瓦，大約相當于三座核電站的功率。不過，美國市場研究機構Greentechmedia Research最近的研究預測該技術將快速推進。相應地，早在2015年，每年安裝的CPV功率可能會是1000兆瓦。在理想情況下，根據來自弗萊堡的Fraunhofer太陽能系統研究所(ISE)的研究,CPV設施的一千瓦時電能的價格在每千瓦時18和21美分之間。通過更高效的組件和成熟的工業制造實現的進一步成本降低將有可靠的預期。
[0003]這些設施的核心是高功率太陽能電池，這些高功率太陽能電池目前主要在太空中使用，在太空中它們一直在為衛星和機器人提供電能。作為硅的替代，這些電池包含由鎵、銦、砷或磷組成的所謂的化合物半導體。它們由多種不同的半導體層組成，每一層處理不同范圍的日光光譜，而傳統的硅電池僅能將日光光譜的較少部分轉換成電能。以下現有技術是從專利文獻中引用的。 [0004]US4834805A公開了包括以下特征的光伏功率模塊。
[0005]一種分布在分層襯底中的各個電池位置中的光伏半導體晶體電池的布置，其中它們被兩個導電層包圍并借助絕緣層而隔離。此外，該模塊包括由透鏡組成的光傳送層，該光傳送層設置在離分層襯底的一距離處，其中入射輻射借助于透鏡被聚焦到光傳送層中的襯底中，并且其中透鏡層、襯底層以及它們之間的空間的厚度小于2英寸。
[0006]DE102006007472A1公開了包括透鏡板、基板和框架的光伏聚光模塊，太陽能電池被容納在基板之上，其中連接透鏡板和基板的該框架沿著透鏡板和基板的邊緣環繞地設置。
[0007]該已知的聚光模塊旨在被改進以獲得如下效果:該模塊能成本高效地制造，具有長壽命，并且允許簡單和靈活地集成附加的組件，這些附加的組件不能被容納或很難被容納在透鏡板或基板之上。此外，其目的是開發能夠制造這樣的聚光模塊的方法。
[0008]此處提出的問題借助于如下事實得以解決:沿著透鏡板與框架之間和/或基板與框架之間的框架，首先至少一種第一密封化合物和/或粘合劑化合物以及其次至少一種第二密封化合物至少環繞地設置在框架的長度的部分上，其中兩種密封和/或粘合劑化合物在固化時間和/或透氣性方面有區別。
[0009]權利要求57要求保護一種用于制造根據先前權利要求中的任一項所述的光伏聚光模塊的方法，其特征在于以下特征。[0010]即，連接透鏡板和基板的框架沿著透鏡板和基板的邊緣設置，并且在框架與透鏡板之間和/或框架與基板之間，首先至少一種第一密封化合物和/或粘合劑化合物其次至少一種第二密封化合物沿著框架在其長度的至少部分上環繞地引入，其中兩種密封和/或粘合劑化合物在它們的固化時間和/或透氣性方面有區別。雖然在此提及第一密封化合物和/或粘合劑化合物以及第二密封化合物，但并不意味著如下事實:粘合劑化合物中的一種僅用于在制造過程期間借助于UV光來固定板，而具有長壽命的另一粘合劑化合物用于主要密封。
[0011]根據本發明的裝置和相應的方法解決了提供能在工業上便宜并可靠地制造聚光模塊的裝置和方法的問題。
[0012]該問題借助于根據權利要求1的裝置來解決。
[0013]以下更詳細地描述根據本發明的裝置。在該情況下，具體而言:
[0014]圖1以平面圖示出模塊框架I。
[0015]圖2以橫截面不出聚光模塊。
[0016]圖3示出具有菲涅耳透鏡5的透鏡盤。
[0017]圖4示出根據本發明的制造設施的概覽。
[0018]圖5示出底座30的平面圖。
[0019]圖6示出放置裝置的視圖。
[0020]圖7示出吸盤載具39的橫截面。
[0021]圖8示出吸盤41的橫截面。
[0022]圖9示出粘合一接合過程的說明圖示。
[0023]圖10示出傳感器載具盤的固定的說明圖示。
[0024]圖1以平面圖示出模塊框架(1)。截面A-A示出了能在圖2中看到的側視圖的觀看方向。該模塊框架被劃分成借助于橫網示出的區域。
[0025]圖2示出聚光模塊，其承載模塊框架(1)以放大的橫截面圖示出。在此圖中，可分別辨別出位于頂側的透鏡盤2，以及位于下側的作為基盤的相應的傳感器載具盤3。在此情況下，模塊框架I按照在每一側的橫向寬度處中斷的方式示出，這是為了能夠示出按照真實大小關系示出的細節。在透鏡盤2中，所使用的菲涅耳透鏡5的指示在右手側，并且在傳感器載具盤中存在相應的CPV傳感器4。在圖2中，還在左手側清楚地標出了硅酮密封劑6的涂敷區域。
[0026]圖3示出了透鏡盤，其中所有的菲涅耳透鏡5被包含在模塊框架I的該尺寸中。在右手側上單獨地標注了所述菲涅耳透鏡5中的3個。在左手側的描繪出的圓圈中，該示圖示出了帶狀電纜的連接，帶狀電纜的連接將所示區域中的每個區域的各個CPV傳感器4的全部電流進行組合，并且在沿著模塊框架I的中心進行中繼。
[0027]圖4提供了用于光伏聚光模塊的工業制造的制造設施的概覽。
[0028]可在圖4的左上角分辨出用于模塊框架I的材料庫24。與之毗鄰的是用于模塊框架I的吊架重定位裝置，進一步通過25來標注。吊架重定位裝置25接受來自材料庫24的模塊框架1，并將它們傳遞到放置裝置9上。在該情況下使用了具有5個平臺的升降臺8。該放置裝置9然后將相應的模塊框架I放置在底座30上，模塊框架I與底座30 —起在橫向傳送裝置14上被移動至用于涂敷丙烯酸46和硅酮6的裝置15。在此，丙烯酸點和相應的硅酮珠被涂敷到模塊框架I的相應的頂側。
[0029]作為基板的傳感器載具盤3被放置在其上。用于傳感器載具盤3的材料庫18、用于傳感器載具盤3的傳輸機器人19以及用于傳感器載具盤3的放置裝置16參與該過程。借助于裝置16利用預定的接觸壓力來按壓傳感器載具盤3 (在相應的盤上居中地開始)，然后通過借助于UV光使丙烯酸點固化來將傳感器載具盤3固定至模塊框架I。這樣的固定無法從現有技術中得出。將在稍后更詳細地說明相應的制造過程。
[0030]具有如此裝備的模塊載具I的底座30被移動至一位置以進行機械的或別的——這取決于開發階段一自動建立接觸13，在該操作中，將模塊框架從底座30去除，從水平位置旋轉至垂直位置并被傳送以在站點12進行相互建立接觸。基本上，用于電氣連接線路的分配盒在此被引入。接下來的CPV傳感器到分配盒的電氣連接可手動或自動地實現。之后，再將模塊框架I旋轉至水平位置，使得傳感器載具盤3位于底部，并且被固定在底座30上。
[0031]然后將具有以此方式裝備的模塊載具I的底座30移動至用于涂敷丙烯酸46和硅酮6的裝置15。在此涂敷丙烯酸點和相應的硅酮珠。
[0032]透鏡盤2被放置在其上。用于透鏡盤的材料庫22、用于透鏡盤的傳輸機器人20以及用于透鏡盤的放置裝置17參與該過程。將在稍后更詳細地說明相應的制造過程。各個處理站點裝備有升降臺11。所述升降臺11用于在操作過程期間無摩擦地運輸底座30和模塊載具1，并使得組件能臨時地移動至中間的層。
[0033]為了聚光模塊的完全令人滿意的功能，具有相應的CPV傳感器4的菲涅耳透鏡5的準確對準是必須的。借助于照相機(49)來調節透鏡盤2。將在稍后說明此方面的技術過 程。
[0034]在透鏡盤2的精細調節之后，通過使用UV光發射器40(參考圖6)放射借助于丙烯酸點的固化，透鏡盤2被固定。
[0035]然后將底座30移動至站點10，在站點10處，使底座30成為垂直位置。然后從垂直定向的底座30手動或自動地去除過量的硅酮。
[0036]借助于橫向傳送裝置14，將以此方式處理的底座30從站點10移動至質量檢測。
[0037]在質量檢測之后，將相應的底座30移動至儲存站點26中，該儲存站點26具有位于多個平面的位置，還設置有用于空托盤的平面。在此，硅酮具有必要的時間以能夠固化。
[0038]在固化時間之后，為每個聚光模塊設置條形碼，并借助于升降臺27和吊架重定位裝置28將每個聚光模塊移動至堆放站點29，這允許根據質量等級來分類。
[0039]圖5示出底座30的平面圖。虛線在此表示安放的模塊框架I。在此情況下，借助于與縱向下側詳細標注的夾持元件相同的夾持元件31將模塊框架I固定在縱向上側。夾桿37設置在左舷側的中央，位于模塊框架I的加強中網的位置，所述夾桿對應于在右舷側上標注的兩個夾桿37。這些夾桿具有錐形的斜面滑動表面，從而實現借助于夾持器從上方對模塊框架I的準確的配合插入和容易移除。通過圓圈中的放大圖中描繪的詳細示圖中的示例，可辨別夾持裝置的工作原理。所述圓圈的上半部以放大圖示出了模塊框架I的右下角。同樣在放大圖中并且具有大約正方形設計的夾持元件31揭示了位于該側的所有四個夾持元件31所共用的切換桿32。將在下文中更詳細地說明此處實現的工作原理。
[0040]偏心盤35位于所述切換桿32上并且與斜面齒條33嚙合，斜面齒條33又通過兩個壓縮彈簧34連接至止動元件37，止動元件37壓在模塊框架I上。如果切換桿32移位，在向左移位的情況下，偏心盤35也向左移位，并且按照沿齒條33滑動的方式對壓縮彈簧34進行壓縮，壓縮彈簧34將該壓力彈性地傳輸至模塊框架I。例如，兩個永磁體36接合在一起，從而固定該基本設置。
[0041]該基本設置可手動或按照自動方式實現。
[0042]為了切換桿32的自動移位，許多可能方式是本領域普通技術人員已知的，并因此將不詳細描述這些可能方式。
[0043]用于大體上示出的該布置的其他調節可能性包括借助于偏心盤35的轉動來使切換桿32轉動，由此執行附加的設置，具體而言是精細設置。
[0044]這也可手動或按照自動方式實現。
[0045]為了實現自動設置，借助于所示的伺服電機50，在夾持元件31的右手側，除了所描述的移位之外，可使切換桿32在標注位置處轉動。在夾持元件31的另一側示出的套筒用于切換桿32的制造工程組裝。在此情況下，這樣的伺服電機50位于每個夾持元件31上。該調節選項使得，除了特定基本設置之外(無論然后它是手動執行還是以自動方式執行)，能夠以自動方式來分別設置每個夾持元件31的接觸壓力。借助于相應的距離傳感器和相應的壓力傳感器(在此出于說明清楚的目的未示出和標注)，因此可借助所述夾持元件31在模塊框架I的縱向側的每個位置處設置相同的各個接觸壓力。具有所描述的裝置的相同的夾持元件31被包含在另一縱向側。該手段具有如下效果:在夾持期間，即便模塊框架I的側壁的非常輕微的變形也能被自動考慮，因此確保模塊框架I的完全無壓力的安裝，因此在每一情況下，透 的情況下作用在這些盤的粘合接合上的力可以最小。這導致聚光模塊的粘合接合上的載荷非常小，以及服務壽命提高(即便在困難的氣候要求下)。
[0046]圖6示出放置裝置的示圖，該放置裝置在每一情況下具有5個吸盤載具39，作為借助于用于傳感器載具盤3的傳輸機器人19或借助于用于透鏡盤2的傳輸機器人20的傳輸過程的一部分。在該情況下，傳輸機器人一般在一側具有4個吸盤載具，借助于這些吸盤載具，傳輸機器人在一側拾取相應的盤，并將其傳輸至放置裝置。放置裝置一般具有5個吸盤載具39。借助于傳輸機器人對盤的傳輸通過一過程實現，在該過程中:盤借助于4個吸盤載具被保持在一側，并且通過傳輸機器人被插入具有5個吸盤載具39的傳輸單元的吸盤載具的4個空隙中，然后它通過傳輸單元被在兩側吸起。在每一情況下，所述吸盤載具39在其兩端攜帶吸盤41和UV光發射器40，其中在每一情況下，UV光發射器40也被裝配在吸盤載具39的中央。
[0047]圖7示出吸盤載具39的橫截面。除了圖6中的示圖之外，在此示出了已被拾取的傳感器載具盤2。在此可從橫截面中分辨位于左和右的兩個UV光發射器40。中央的UV光發射器40被隱藏。
[0048]圖8示出吸盤41的橫截面。在此示圖中可辨別該吸盤的特定動作。在將要拾取盤的情況下，尤其是在傳感器載具盤3的情況下，由于使傳感器載具盤3在絕對平坦位置上被運輸和應用是重要的，所以在每個吸盤頭的情況下，各個盤被相應的吸盤頭觸碰的區域也必須絕對平坦。這借助于如下事實來實現:在所示示圖中，密封環44在由固體材料組成的吸盤頭45中。在該情況下，吸盤頭45與保持板42中的橡膠波紋管43—起滑動。被拾取的盤在相應的吸盤的接合點位置處的起伏翹曲(在現有技術的具有柔性密封唇的其他實施例中應當擔心)在此情況下不用考慮。例如，在此情況下，吸盤頭45也可以是大約正方形的，或具有在相應拾取的盤中產生盡可能小的機械應力的任何其他表面形狀。因此，例如，在該情境下，橢圓形的表面可有助于在拾取和運輸期間減小相應盤中的應力。
[0049]圖9提供粘合劑接合過程的說明圖示。在圖9a中，在此可看到模塊框架I的圓周邊緣的詳圖，它是一個位置處的圓形詳圖。在此，可具體辨別出模塊框架I的邊緣和毗鄰的硅酮珠6的涂敷。可以看到緊鄰所述硅酮密封劑6的丙烯酸點46。
[0050]圖9b以側視圖附加地示出了丙烯酸涂敷裝置47和硅酮涂敷裝置48。
[0051]圖10提供了傳感器載具盤3的固定的說明圖示。除了模塊框架1、傳感器載具盤3和透鏡盤2的橫截面的部分之外，在此還示出了丙烯酸點46和硅酮密封劑6。在左手側以風格化的方式示出了吸盤載具39和UV光發射器40。借助于照相機49，透鏡盤2被對準，然后借助于相應的丙烯酸點46的固化而被固定，使得所有的菲涅耳透鏡5的中點被引導成正好位于相應的CPV傳感器的中央處。
[0052]該對準可單純以光學方式通過如下方式實現:透鏡盤2被調節為使得其菲涅耳透鏡5的光軸的位置照射在相 應的CPV傳感器的地理中點上。
[0053]然而，該對準也可按照一些其他方式來實現，即，使得電壓被施加至選定的CPV傳感器自身，然后檢測由它們經由菲涅耳透鏡發出的光，并按照使特定戰略重要的菲涅耳透鏡5的發射變得最大的方式來調節透鏡盤2。為此目的，用于檢測透鏡盤2相對于傳感器載具盤3的位置的相應盤位置并且用于檢測定位機構的裝置是必須的。這樣的裝置是本領域普通技術人員所熟知的，因此未示出。這樣的裝置的控制信號用于驅動用于傳感器載具盤3的傳輸機器人19。
[0054]復雜移動過程的控制和所使用的傳感器的信號處理需要特定的控制程序。
[0055]附圖標記列表
[0056]1、模塊框架
[0057]2、透鏡盤
[0058]3、傳感器載具盤(基板)
[0059]4、CPV 傳感器
[0060]5、菲涅耳透鏡
[0061]6、娃酮密封劑
[0062]7、用于密封測試、加標記的測試站
[0063]8、用于底座的前升降臺(5平面)，參考27
[0064]9、用于模塊框架的放置裝置(在底座上)
[0065]10、用于后處理的站點(硅酮去除)
[0066]11、處理站的升降臺(2平面)
[0067]12、用于手動建立接觸的站點(處理)
[0068]13、用于機械的、自動建立接觸的站點
[0069]14、用于底座的橫向傳送裝置
[0070]15、用于涂敷丙烯酸和硅酮的裝置
[0071]16、用于傳感器載具盤3的放置裝置[0072]17、用于透鏡盤2的放置裝置
[0073]18、用于傳感器載具盤的材料庫
[0074]19、用于傳感器載具盤的傳輸機器人
[0075]20、用于透鏡盤的傳輸機器人
[0076]21、用于傳感器載具盤的抽吸夾持器(機器人傳輸)
[0077]22、用于透鏡盤的材料庫
[0078]23、用于透鏡盤的抽吸夾持器(機器人傳輸)
[0079]24、用于模塊框架的材料庫
[0080]25、用于模塊框架的吊架重定位裝置
[0081]26、儲存站點(4平面)
[0082]27、用于底座的后升降臺(5平面)，參考8
[0083]28、用于最終堆放的吊架重定位裝置(4站點)
[0084]29、堆放站點(4個質量等級)
[0085]30、用于模塊框架I的作為載具的底座
[0086]31、夾持元件
[0087]32、切換桿
[0088]33、齒條
[0089]34、壓縮彈簧
[0090]35、偏心盤
[0091]36、永磁體
[0092]37、止動元件
[0093]38、夾桿
[0094]39、吸盤載具
[0095]40、UV光發射器
[0096]41、吸盤
[0097]42、保持板
[0098]43、橡膠波紋管
[0099]44、密封環
[0100]45、吸盤頭
[0101]46、丙烯酸
[0102]47、丙烯酸涂敷裝置
[0103]48、硅酮涂敷裝置
[0104]49、照相機
[0105]50、伺服電機。
【權利要求】
1.一種用于固定光伏聚光模塊的透鏡盤(3)的方法，所述光伏聚光模塊包括具有CPV傳感器的傳感器載具盤(3)和具有菲涅耳透鏡(5)的透鏡盤(4)，所述傳感器載具盤(3)和透鏡盤(4)夾住模塊框架(1)，所述方法包括以下步驟: a)借助照相機(49)將透鏡盤(2)與所述傳感器載具盤對準， b)將所述透鏡盤固定在所述模塊框架(1)上。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述透鏡盤被對準，使得菲涅耳透鏡(5)的中點被引導成位于相應的聚光光伏(CPV)傳感器的中央。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，借助于丙烯酸點的固化來執行將所述透鏡盤固定在所述框架模塊上。
4.如權利要求3所述的方法，其中，利用UV光發射器(40)來固化所述丙烯酸點。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述UV光發射器被包含在放置裝置(17)中，所述放置裝置(17)用于將所述透鏡盤放置在所述模塊框架(1)上并且用于對準所述透鏡盤。
6.如權利要求3至5中的一項所述的方法，其中，丙烯酸點(46)和硅酮珠(6)在步驟a)之前被涂敷在所述模塊框架(1)上。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述丙烯酸點(46)和硅酮珠(6)通過一個用于涂敷丙烯酸(46)和硅酮(6)的裝置(15)來涂敷。
8.如權利要求7所述的方法，其中，對于每個透鏡盤(2)設置十四個丙烯酸點(46)。
9.如權利要求1至8中的一項所述的方法，還包括在步驟a)和b)之前的如下步驟: c)將模塊框架(1)放置在底座(30)上，并將所述模塊框架(1)和所述底座(30)—起移動至用于涂敷丙烯酸(46)和硅酮(6)的裝置(15)，以將丙烯酸點和相應的硅酮珠涂敷到所述模塊框架(1)的相應的頂側，然后 d)在所述模塊框架(1)的相應的頂側上放置傳感器載具盤(3)，用預定的接觸壓力、尤其是居中地開始按壓所述傳感器載具盤，然后通過借助UV光使丙烯酸點固化來將所述傳感器載具盤(3)固定至所述模塊框架，然后 e)使所述模塊框架(1)轉動至水平位置，使得所述傳感器載具盤(3)位于底部，然后 f)在所述模塊框架上涂敷丙烯酸(46)和硅酮(6)，并且然后 g)在所述模塊框架上放置透鏡盤(2)。
10.如權利要求9所述的方法，其中，步驟g)、a)和b)是利用UV光發射器使用放置裝置先后實現的。
11.如權利要求10所述的方法，還包括在步驟d)與e)之間的步驟h):將所述底座(30)和所述模塊框架一起移動至用于機械的或自動的建立接觸的位置。[28-31]
12.如權利要求9至11中的一項所述的方法，其中，在一個模塊框架(1)上安裝十二個傳感器載具盤(3)。
13.如權利要求1至12中的一項所述的方法，其中，所述對準步驟單純通過光學方式通過如下方式來實現:所述透鏡盤(2)被調節成使得所述菲涅耳透鏡(5)的光軸的位置照射在相應的CPV傳感器的地理中點上。
【文檔編號】H01L31/048GK104025316SQ201280060414
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月8日
【發明者】G·朗格, K·F·哈霧比格爾, E·格斯特 申請人:Soitec太陽能有限責任公司