用于光伏面板的具有集成封裝和介電層的導電背板的自動化生產系統(tǒng)和生產方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于由背接觸結晶硅電池制成的光伏面板的具有集成封裝和介電層的導電背板的自動化生產系統(tǒng)和生產方法。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明發(fā)現了在生產光伏面板的工業(yè)領域中的特定應用，具體關于具有背接觸電池的現代光伏面板;這樣的面板在背部具有多層部件，所述多層部件使電接觸部一體化且通常被稱為導電型背板。本發(fā)明允許以有利的方式生產具有集成封裝和介電層的特定類型的導電背板。
[0003]如今，原則上，可以認為由具有背接觸型的電池的光伏面板的公知解決方案所提供的優(yōu)點是廣泛公知的；然而，由于主要與適合于當前生產標準的系統(tǒng)和方法的低可用性相關的許多實現困難，特別是關于所需要的工藝精度、生產質量、系統(tǒng)的自動化以及工業(yè)成本，當今出現在市場上的大多數面板具有在其概念、基本部件和裝配工藝方面彼此相似的非背接觸型的常規(guī)構造結構。出于介紹所提出的解決方案所基于的技術和功能方面的目的，下面我們將回想與產品構造及其裝配的復雜性密切相關的面板、生產系統(tǒng)和工藝的主要的常規(guī)解決方案。
[0004]例如，我們會記得被稱為H型(也被稱為第一代)的非背接觸的結構，其從基本上沒有暴露在太陽下的背側開始的基本部件為:放置在面板的背側的也被稱為縮寫B(tài)S的保護免受天氣影響的背板;具有分別放置在正面和背面的極性相反的電接觸部的單晶硅或多晶硅光伏電池；旨在兩個兩個地串聯焊接相鄰電池的前面和背面的線;通過在接線盒中插入二極管使所述線串聯連接的導電帶(用英語也被稱為“ribbon”)；旨在在所述電池、所述線和所述帶的前面和背面處進行封裝的通常為乙烯基醋酸乙酯(EVA)的兩個封裝材料層；圍繞并且保護被暴露在太陽下的面板的前側的平板玻璃；圍繞所述面板的邊界的框;放置在BS的背側用于收集從背部連接至所述帶的接觸部的所述接線盒。廣泛公知的是，因為除了將線焊接至電池的階段之外主要是手動執(zhí)行這些面板的裝配過程，所以其是費時和費力的。
[0005]仍然作為示例，我們回想也被稱為第二代的具有背接觸型結構的光伏面板的改進的解決方案，下面將從背側開始朝著暴露在陽光下的前側詳細描述其基本部件:
[0006]-也被稱為導電背板或BC的背接觸型背板，其包括用于電連接背接觸型電池的內部導電金屬層，所述層通常通過使用下面的選擇性去除的乳制來制成，以這樣的方式來實現將布置在其上的太陽能電池串聯地電連接的電路。如今這樣的配置是廣泛公知的，這是因為可以使用多種解決方案，例如銑削、蝕刻、切割、激光加工、在所述BS上選擇性沉積或其它等效的解決方案；
[0007]-多個背接觸型單晶硅或多晶硅光伏電池(其具有在背部處布置有正
[0008]極電極性和負極電極性兩者的接觸部)；例如，人們應該記得被稱為金屬穿孔卷繞(也被公知地縮寫為MWT)的公知的電池結構，或者甚至被稱為發(fā)射極穿孔卷繞(也被公知地縮寫為EWT)的電池，或者又被稱為叉指背接觸(也被公知地縮寫為IBC)的電池。在專利文獻中，背接觸型電池的各種解決方案是公知的，例如在US2004261840(Schmit等人)或者在EP2212915(Mihailetchi)中的解決方案；
[0009]-在所述BC與電池的背面之間的，與電池本身的不同的電極性的接觸部對應的導電材料，例如具有所謂的電子導電膠或ECA的類型或者具有焊接糊料的類型或者其它等同的材料;所述材料一般通過絲網印刷或者用分配單元、用噴墨型系統(tǒng)或用其它等價的布置解決方案來施加；
[0010]-通常為乙烯基醋酸乙酯(EVA)的兩個封裝材料層，其背層對應于由所述導電材料制成的接觸部而被打孔，所述兩個封裝材料層圍繞上述所有元件的正面和背面；
[0011]-絕緣材料，其通常通過絲網印刷被疊置印刷在具有與所述電池的背極性接觸的區(qū)域對應的開口的所述BC上；
[0012]-如上所述的平板玻璃、框和接線盒。
[0013]這樣的面板的生產方法特別允許減少手工工作、增加工業(yè)化和可重復性的程度；為了簡單化的目的并為了更好地理解本發(fā)明的優(yōu)點，請參考在各個簡化的流程圖處對過程的描述，參見現有技術表(圖1a)。
[0014]現有技術
[0015]為了確定與所提出的解決方案相關的現有技術，進行了常規(guī)的檢索，搜索了公共檔案，從而發(fā)現了一些現有技術文檔，其中:
[0016]Dl:W02012015307(De Jong等人)
[0017]D2:EP2l39050(Bakker 等人)
[0018]D3:1TTV2012A000211(Baccini 等人)
[0019]D4:W02012058053(Meakin 等人)
[0020]Dl提出了具有背接觸太陽能電池的模塊，其中電傳導被委托于由三個層構成的平面元件，其中，以這樣的方式來配置由插入的絕緣層分開的兩個外部傳導層，使得按順序接觸相鄰的電池對;最初提供這樣的模塊的制造過程以將電池放置在平面上，以這樣的方式來布置所述多層接觸元件，使得第一導電層上的第一對相鄰的電池串聯連接并且因此與第二導電層上的第二對電池的串聯連接等按順序來完成連接，此后以如此制造的隨后由背剛性層和前透明玻璃支承的整個包裝的封裝材料的形式提供了兩個另外的外部層。
[0021]D2提出了背接觸型面板的裝配方法，從放置有導電層(其上放置有導電粘合材料)的常規(guī)型的導電背板開始向上，然后疊置被打孔的下封裝層，將孔與所述導電材料匹配;然后，放置電池、上封裝層和玻璃，然后經受終乳，參見現有技術表(圖1a)。
[0022]D3描述了一種全自動裝配方法，其從具有集成封裝和介電層通常稱為BCBS的特定導電背板開始，并且單獨被制成被認為是可購買的部件，這允許實現具有較高的生產質量和較低的工業(yè)成本的新型有利的背接觸型光伏面板結構，參見現有技術表(圖lb，2a_b)。所述BCBS是由具有插入的電介質的兩個封裝材料層構成，所述兩個封裝材料層是有孔的并且精確放置在將要接合至支承背板的導電板上;在托盤上水平放置所述BCBS，其中導電層向上并且電池的接觸區(qū)已被掩蔽，因此可以用稱為逐滴型或點膠型的分配直接且自動地放置導電材料如ECA;提供用于識別位置的電子控制系統(tǒng);之后放置電池、上封裝層和玻璃，然后將經受終乳。
[0023]D4提出了下面的針對背接觸型面板的方法:在其上已經預先施加有諸如EVA之類的一些粘合材料的背板上布置導電條;在導電條上布置介電材料;在導電條上布置諸如ECA之類的導電材料，但是沒有指定哪種定位邏輯;布置電池，上EVA層、玻璃以及終乳。作為替選方式，在其上已經預先施加有諸如EVA之類的一些粘合材料的背板上布置導電條;在導電條上布置介電材料;在導電條上布置諸如ECA之類的導電材料，而沒有指定哪種定位規(guī)則；布置有孔的EVA層，其中孔與布置EVA的地方對應;布置電池、上EVA層、玻璃并且最終乳制。
[0024]總之，合理地認為所公知的是:
[0025]-第一代光伏面板，其具有常規(guī)型電池并且具有疊置層的結構，主要以手工的方式裝配；
[0026]-第二代光伏面板，其具有背接觸型電池和包括電子電路的支承背板，然后在光伏面板上依次疊置有:作為絕緣掩模的介電材料層、導電材料、具有對準中心在接觸部上的孔的下封裝層、電池、上封裝層、玻璃；
[0027]-旨在裝配所述第一代面板和所述第二代面板的系統(tǒng)和方法；
[0028]-包括被稱為BCBS(其集成了介電掩模和下封裝層的功能)的改進型導電背板的第二代面板的特定且有利的解決方案；
[0029]-用于自動裝配始于已經制成的BCBS型導電背板的第二代面板的系統(tǒng)和方法。
[0030]缺點
[0031]總之，我們已經發(fā)現所描述的公知的解決方案具有一些缺點或者至少有一些限制。
[0032]首先，在第一代面板中已經發(fā)現:電池線的焊接工藝暗示了就斷開、接觸電阻、電池劣化、長持續(xù)時間以及對抗熱循環(huán)測試而言的結果的大的可變性，因此獲得了高的電池至模塊的損失，該損失的絕對值通常達到總轉化效率的2.5 %至6 %之間；另外，已經發(fā)現焊接工藝具有借助于通常為直線型的線或條在電池之間串聯連接的高的電路布線復雜性;另外，已經發(fā)現，出于容納光伏電池的厚度加上前面的線和后面的線的總厚度的目的，封裝層具有大的厚度。原則上，因此優(yōu)選制造相對于所述第一代面板具有背接觸型電池的面板。
[0033]其次，已經發(fā)現，布置電池的表面通常不是完美的平面，其在裝配過程期間以及在面板工作期間具有高風險并且具有斷開的可能性，通過太陽光或通過金屬導體中產生的電流的作用而使該表面升溫對電池本身施加機械應力;如今這個問題公知為在等量的生成的能量的情況下限制光伏電池的厚度，該厚度本來可以變得更薄且花費更少。
[0034]第三，已經發(fā)現，如今裝配過程很少是自動化的并包括幾個手工操作，其錯誤、再處理和浪費的概率較高，并且因此，質量和可靠性降低并具有較高的工業(yè)和勞動力成本;這個問題主要與根據具體面板構造布置的復雜且昂貴的自動化系統(tǒng)和方法相關。另外，我們發(fā)現了特別是在高生產量的情況下在裝配過程期間質量控制和常規(guī)的產品檢驗方法方面的限制;該控制主要委托于執(zhí)行視覺檢查的操作者的經驗或者所使用的精確的電子控制，因為旨在以自動化且可重復的方式對各個生產階段進行檢查的集成控制解決方案不是公知的。
[0035]第四，在公知的背接觸型面板的裝配方法中，如例如在D2中那樣，發(fā)現在正確定位有孔的下封裝層方面特別困難，該下封裝層插入在BC與電池之間，該下封裝層是柔性的并是可變形的類型，并且難以定位在所述BC上，在導電材料已經預先施加在BC上的情況下需要高的準確度，以這樣的方式來匹配所述封裝層的各個孔。事實上，公知的是這個操作暗示了所述有孔的封裝層變形的可能性較高以及孔相對于所述BC偏移的可能性較高，特別是由于材料的本質和減小的厚度被孔削弱；因此，觀察到被構成接觸部的導電材料污染的高風險，還存在朝著隨后疊置的電池的危險的短路的可能性。另外，我們認為所述導電材料是預先布置的，并且因此由于下面的下封裝層的應用而經受溢料(flashes)或偏移。
[0036]還已經發(fā)現，在背接觸型面板的公知的裝配方法中，如例如在D3中的示例那樣，參見現有技術表(圖lb，2a-b)，并且特別是參照具有集成封裝和介電層的還被縮寫為BCBS的導電背板的有利的解決方案，用于制造導電背板的最優(yōu)化的自動化系統(tǒng)和方法不是公知的。更普遍的是，在市場上沒有具有競爭性價格的BC，并且就工作時間和成本而言沒有使得能夠以方便且有利的方式來工業(yè)地裝配具有高質