用于光伏面板的具有集成封装和介电层的导电背板的自动化生产系统和生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于由背接触结晶硅电池制成的光伏面板的具有集成封装和介电层的导电背板的自动化生产系统和生产方法。
【背景技术】
[0002]本发明发现了在生产光伏面板的工业领域中的特定应用，具体关于具有背接触电池的现代光伏面板;这样的面板在背部具有多层部件，所述多层部件使电接触部一体化且通常被称为导电型背板。本发明允许以有利的方式生产具有集成封装和介电层的特定类型的导电背板。
[0003]如今，原则上，可以认为由具有背接触型的电池的光伏面板的公知解决方案所提供的优点是广泛公知的；然而，由于主要与适合于当前生产标准的系统和方法的低可用性相关的许多实现困难，特别是关于所需要的工艺精度、生产质量、系统的自动化以及工业成本，当今出现在市场上的大多数面板具有在其概念、基本部件和装配工艺方面彼此相似的非背接触型的常规构造结构。出于介绍所提出的解决方案所基于的技术和功能方面的目的，下面我们将回想与产品构造及其装配的复杂性密切相关的面板、生产系统和工艺的主要的常规解决方案。
[0004]例如，我们会记得被称为H型(也被称为第一代)的非背接触的结构，其从基本上没有暴露在太阳下的背侧开始的基本部件为:放置在面板的背侧的也被称为缩写BS的保护免受天气影响的背板;具有分别放置在正面和背面的极性相反的电接触部的单晶硅或多晶硅光伏电池；旨在两个两个地串联焊接相邻电池的前面和背面的线;通过在接线盒中插入二极管使所述线串联连接的导电带(用英语也被称为“ribbon”)；旨在在所述电池、所述线和所述带的前面和背面处进行封装的通常为乙烯基醋酸乙酯(EVA)的两个封装材料层；围绕并且保护被暴露在太阳下的面板的前侧的平板玻璃；围绕所述面板的边界的框;放置在BS的背侧用于收集从背部连接至所述带的接触部的所述接线盒。广泛公知的是，因为除了将线焊接至电池的阶段之外主要是手动执行这些面板的装配过程，所以其是费时和费力的。
[0005]仍然作为示例，我们回想也被称为第二代的具有背接触型结构的光伏面板的改进的解决方案，下面将从背侧开始朝着暴露在阳光下的前侧详细描述其基本部件:
[0006]-也被称为导电背板或BC的背接触型背板，其包括用于电连接背接触型电池的内部导电金属层，所述层通常通过使用下面的选择性去除的乳制来制成，以这样的方式来实现将布置在其上的太阳能电池串联地电连接的电路。如今这样的配置是广泛公知的，这是因为可以使用多种解决方案，例如铣削、蚀刻、切割、激光加工、在所述BS上选择性沉积或其它等效的解决方案；
[0007]-多个背接触型单晶硅或多晶硅光伏电池(其具有在背部处布置有正
[0008]极电极性和负极电极性两者的接触部)；例如，人们应该记得被称为金属穿孔卷绕(也被公知地缩写为MWT)的公知的电池结构，或者甚至被称为发射极穿孔卷绕(也被公知地缩写为EWT)的电池，或者又被称为叉指背接触(也被公知地缩写为IBC)的电池。在专利文献中，背接触型电池的各种解决方案是公知的，例如在US2004261840(Schmit等人)或者在EP2212915(Mihailetchi)中的解决方案；
[0009]-在所述BC与电池的背面之间的，与电池本身的不同的电极性的接触部对应的导电材料，例如具有所谓的电子导电胶或ECA的类型或者具有焊接糊料的类型或者其它等同的材料;所述材料一般通过丝网印刷或者用分配单元、用喷墨型系统或用其它等价的布置解决方案来施加；
[0010]-通常为乙烯基醋酸乙酯(EVA)的两个封装材料层，其背层对应于由所述导电材料制成的接触部而被打孔，所述两个封装材料层围绕上述所有元件的正面和背面；
[0011]-绝缘材料，其通常通过丝网印刷被叠置印刷在具有与所述电池的背极性接触的区域对应的开口的所述BC上；
[0012]-如上所述的平板玻璃、框和接线盒。
[0013]这样的面板的生产方法特别允许减少手工工作、增加工业化和可重复性的程度；为了简单化的目的并为了更好地理解本发明的优点，请参考在各个简化的流程图处对过程的描述，参见现有技术表(图1a)。
[0014]现有技术
[0015]为了确定与所提出的解决方案相关的现有技术，进行了常规的检索，搜索了公共档案，从而发现了一些现有技术文档，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提出了具有背接触太阳能电池的模块，其中电传导被委托于由三个层构成的平面元件，其中，以这样的方式来配置由插入的绝缘层分开的两个外部传导层，使得按顺序接触相邻的电池对;最初提供这样的模块的制造过程以将电池放置在平面上，以这样的方式来布置所述多层接触元件，使得第一导电层上的第一对相邻的电池串联连接并且因此与第二导电层上的第二对电池的串联连接等按顺序来完成连接，此后以如此制造的随后由背刚性层和前透明玻璃支承的整个包装的封装材料的形式提供了两个另外的外部层。
[0021]D2提出了背接触型面板的装配方法，从放置有导电层(其上放置有导电粘合材料)的常规型的导电背板开始向上，然后叠置被打孔的下封装层，将孔与所述导电材料匹配;然后，放置电池、上封装层和玻璃，然后经受终乳，参见现有技术表(图1a)。
[0022]D3描述了一种全自动装配方法，其从具有集成封装和介电层通常称为BCBS的特定导电背板开始，并且单独被制成被认为是可购买的部件，这允许实现具有较高的生产质量和较低的工业成本的新型有利的背接触型光伏面板结构，参见现有技术表(图lb，2a_b)。所述BCBS是由具有插入的电介质的两个封装材料层构成，所述两个封装材料层是有孔的并且精确放置在将要接合至支承背板的导电板上;在托盘上水平放置所述BCBS，其中导电层向上并且电池的接触区已被掩蔽，因此可以用称为逐滴型或点胶型的分配直接且自动地放置导电材料如ECA;提供用于识别位置的电子控制系统;之后放置电池、上封装层和玻璃，然后将经受终乳。
[0023]D4提出了下面的针对背接触型面板的方法:在其上已经预先施加有诸如EVA之类的一些粘合材料的背板上布置导电条;在导电条上布置介电材料;在导电条上布置诸如ECA之类的导电材料，但是没有指定哪种定位逻辑;布置电池，上EVA层、玻璃以及终乳。作为替选方式，在其上已经预先施加有诸如EVA之类的一些粘合材料的背板上布置导电条;在导电条上布置介电材料;在导电条上布置诸如ECA之类的导电材料，而没有指定哪种定位规则；布置有孔的EVA层，其中孔与布置EVA的地方对应;布置电池、上EVA层、玻璃并且最终乳制。
[0024]总之，合理地认为所公知的是:
[0025]-第一代光伏面板，其具有常规型电池并且具有叠置层的结构，主要以手工的方式装配；
[0026]-第二代光伏面板，其具有背接触型电池和包括电子电路的支承背板，然后在光伏面板上依次叠置有:作为绝缘掩模的介电材料层、导电材料、具有对准中心在接触部上的孔的下封装层、电池、上封装层、玻璃；
[0027]-旨在装配所述第一代面板和所述第二代面板的系统和方法；
[0028]-包括被称为BCBS(其集成了介电掩模和下封装层的功能)的改进型导电背板的第二代面板的特定且有利的解决方案；
[0029]-用于自动装配始于已经制成的BCBS型导电背板的第二代面板的系统和方法。
[0030]缺点
[0031]总之，我们已经发现所描述的公知的解决方案具有一些缺点或者至少有一些限制。
[0032]首先，在第一代面板中已经发现:电池线的焊接工艺暗示了就断开、接触电阻、电池劣化、长持续时间以及对抗热循环测试而言的结果的大的可变性，因此获得了高的电池至模块的损失，该损失的绝对值通常达到总转化效率的2.5 %至6 %之间；另外，已经发现焊接工艺具有借助于通常为直线型的线或条在电池之间串联连接的高的电路布线复杂性;另外，已经发现，出于容纳光伏电池的厚度加上前面的线和后面的线的总厚度的目的，封装层具有大的厚度。原则上，因此优选制造相对于所述第一代面板具有背接触型电池的面板。
[0033]其次，已经发现，布置电池的表面通常不是完美的平面，其在装配过程期间以及在面板工作期间具有高风险并且具有断开的可能性，通过太阳光或通过金属导体中产生的电流的作用而使该表面升温对电池本身施加机械应力;如今这个问题公知为在等量的生成的能量的情况下限制光伏电池的厚度，该厚度本来可以变得更薄且花费更少。
[0034]第三，已经发现，如今装配过程很少是自动化的并包括几个手工操作，其错误、再处理和浪费的概率较高，并且因此，质量和可靠性降低并具有较高的工业和劳动力成本;这个问题主要与根据具体面板构造布置的复杂且昂贵的自动化系统和方法相关。另外，我们发现了特别是在高生产量的情况下在装配过程期间质量控制和常规的产品检验方法方面的限制;该控制主要委托于执行视觉检查的操作者的经验或者所使用的精确的电子控制，因为旨在以自动化且可重复的方式对各个生产阶段进行检查的集成控制解决方案不是公知的。
[0035]第四，在公知的背接触型面板的装配方法中，如例如在D2中那样，发现在正确定位有孔的下封装层方面特别困难，该下封装层插入在BC与电池之间，该下封装层是柔性的并是可变形的类型，并且难以定位在所述BC上，在导电材料已经预先施加在BC上的情况下需要高的准确度，以这样的方式来匹配所述封装层的各个孔。事实上，公知的是这个操作暗示了所述有孔的封装层变形的可能性较高以及孔相对于所述BC偏移的可能性较高，特别是由于材料的本质和减小的厚度被孔削弱；因此，观察到被构成接触部的导电材料污染的高风险，还存在朝着随后叠置的电池的危险的短路的可能性。另外，我们认为所述导电材料是预先布置的，并且因此由于下面的下封装层的应用而经受溢料(flashes)或偏移。
[0036]还已经发现，在背接触型面板的公知的装配方法中，如例如在D3中的示例那样，参见现有技术表(图lb，2a-b)，并且特别是参照具有集成封装和介电层的还被缩写为BCBS的导电背板的有利的解决方案，用于制造导电背板的最优化的自动化系统和方法不是公知的。更普遍的是，在市场上没有具有竞争性价格的BC，并且就工作时间和成本而言没有使得能够以方便且有利的方式来工业地装配具有高质