DE10154490A1 - Manufacturing process for solar cell units - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung von Solarzelleneinheiten, wie sie beispielsweise für Solardächer in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. The invention relates to a method for producing Solar cell units, such as those used for Solar roofs are used in motor vehicles.
Derartige Solarzelleneinheiten bestehen meist aus einem mehrschichtigen Laminat. Die oberste Schicht ist eine der Fahrzeugkontur angepasste Glasplatte. Sie dient gleichzeitig als mechanischer Schutz und Träger der Solarzelleneinheit. Die Solarzellen selbst werden beidseitig in Schichten aus Kunststoffmaterial wie beispielsweise EVA (Ethylenvinylacetat) eingebettet auf den Glasträger laminiert. Um eine optisch ansprechende Gestaltung der Solarzelleneinheit zu erreichen ist meist die rückseitige Kunststofffolie, welche hinter den Solarzellen angeordnet ist entsprechend farbig gestaltet. So ist diese beispielsweise bei schwarzen Solarzellen mit einer den Solarzellen ähnlichen Schwarzfärbung versehen. Zum Abschluss und als mechanischer Schutz der Rückseite ist eine zusätzliche Rückfolie vorgesehen. Diese kann beispielsweise eine farbige bzw. transparente Folie, vorzugsweise aus EVA, sein. Die nachfolgenden Ausführungen bezüglich des Laminiervorganges gelten selbstverständlich nicht nur für die hier beispielhaft angegebenen Ausführungen sondern für alle Arten der Laminierung von Solarzelleneinheiten. Such solar cell units usually consist of one multilayer laminate. The top layer is one of the Vehicle contour adapted glass plate. she serves at the same time as mechanical protection and carrier of the Solar cell unit. The solar cells themselves are in on both sides Layers of plastic material such as EVA (Ethylene vinyl acetate) embedded on the glass support laminated. To create a visually appealing design Reaching the solar cell unit is usually the rear Plastic film, which is arranged behind the solar cells is colored accordingly. So this is for example with black solar cells with a Provide blackening similar to solar cells. To the Completion and as mechanical protection is the back an additional back film is provided. This can for example a colored or transparent film, preferably made of EVA. The following explanations of course apply with regard to the lamination process not only for the examples given here Versions but for all types of lamination of Solar cell units.
Der Laminiervorgang selbst wird in Laminatoren unter Druck und erhöhten Temperaturen durchgeführt. Um hier eine dauerhaft feste und dichte Verbindung der Schichten zu erreichen, muss das Kunststoffmaterial auf Temperaturen erwärmt werden, bei denen es zumindest verformbar wird. Damit tritt ein - wenn auch häufig nur geringes - fließen der Schichten ein. Dies kann zu einer Reihe von unerwünschten Effekten führen. So wurde beispielsweise eine Verschiebung der Solarzellen beim Laminiervorgang beobachtet. Dies kann von einer optischen Beeinträchtigung durch unsymmetrische Anordnung der Solarzellen bis hin zu Kurzschlüssen innerhalb der Anordnung durch direkte Berührung der Solarzellen führen. Andere Fehler, die beim Laminierprozess auftreten können, sind beispielsweise Schlieren im Hintergrund durch vermischen der gefärbten Folie mit der vorderen Folie oder auch Brüche des Glasträgers. Derartige Fehler lassen sich allerdings unmittelbar nach dem Laminiervorgang durch eine Inspektion feststellen. Sie führen zu einem unerwünschten Ausschuss in der Fertigung und damit zu erhöhten Fertigungskosten. Wesentlich gravierender sind aber Ausfälle der Solarzelleneinheiten beim Kunden. Sie verursachen extrem hohe Folgekosten und sind für den Ruf des Lieferanten besonders schädlich. Diese Ausfälle können beispielsweise durch eine zu hohe mechanische Belastung der Anschlusselemente der Solarzellen während des Laminiervorganges beschleunigt werden. So kann die Kontaktierung der Solarzellen selbst oder auch der Verbindungsleiter derart überdehnt werden, so dass bei eine Inspektion nach dem Laminiervorgang noch einen einwandfreien Kontakt besteht. Dieser Kontakt kann aber durch kleinste zusätzliche mechanische Beanspruchungen zerstört werden, wie diese beispielsweise beim Einbau der Solarzelleneinheiten in Kraftfahrzeuge oder auch bei thermischer Belastung aufgrund Sonneneinstrahlung auftreten. In einigen dieser Fälle konnte auch eine vorzeitige Alterung der Kontakte festgestellt werden, so dass diese erst nach einigen Wochen bzw. Monaten im Einsatz ausgefallen sind. Die eindeutige Zuordnung dieser Fehlerbilder zu den Ursachen ist gerade in diesen Fällen nur mit langwierigen und kostenintensiven Untersuchungen möglich. The lamination process itself is under in laminators Pressure and elevated temperatures performed. Around Here a permanently firm and tight connection of the layers the plastic material must reach temperatures be heated, where it is at least deformable. This results in a flow - albeit often only slight of layers. This can lead to a number of lead to undesirable effects. For example, one Displacement of the solar cells during the lamination process observed. This can be from an optical impairment through asymmetrical arrangement of the solar cells up to Short circuits within the arrangement by direct Touch the solar cells. Other errors that occurred in the The lamination process can occur, for example Streaks in the background by mixing the colored ones Foil with the front foil or also breaks the Glass carrier. Such errors can, however immediately after the lamination process by an inspection determine. They lead to an undesirable scrap in manufacturing and thus at increased manufacturing costs. Failures of the Solar cell units at the customer. They cause extremely high ones Follow-up costs and are for the reputation of the supplier particularly harmful. These failures can, for example due to excessive mechanical stress on the Connection elements of the solar cells during the lamination process be accelerated. So the contacting of the Solar cells themselves or the connecting conductor in this way are overstretched, so that an inspection after the Laminating process is still a perfect contact. However, this contact can be made by the smallest additional mechanical stresses are destroyed, like this one for example when installing the solar cell units in Motor vehicles or even under thermal stress occur due to sun exposure. In some of these Cases could also cause premature aging of the contacts be determined, so that this only after some Weeks or months in use have failed. The there is a clear assignment of these error patterns to the causes especially in these cases only with lengthy and costly investigations possible.
In der Europäischen Patentschrift EP 0 710 991 B1 sind laminierte Gruppen von Solarzellenelementen beschrieben. Dort wird auch vorgeschlagen, die Solarzellenelemente mittels eines schrumpfbaren Isolierbandes auf der Rückseite miteinander zu verbinden. Während des Laminierprozesses schrumpft nun dieses Isolierbande in der Länge und verkürzt somit den Abstand zwischen den einzelnen Solarzellen, so dass sich das Verbindungsteil leicht nach oben wölbt. Dieses Verfahren ist allerdings bei großflächigen Solarzelleneinheiten nicht anwendbar, da hier die erforderliche Schrumpfung über die Fläche nicht definiert genug erfolgt so dass das Ergebnis nicht hinreichend reproduzierbar ist. European patent specification EP 0 710 991 B1 laminated groups of solar cell elements described. It also suggests the solar cell elements by means of a shrinkable insulating tape on the Connect the back together. During the Laminating process shrinks this insulating tape in length and thus shortens the distance between the individual Solar cells, so that the connecting part is slightly upwards bulges. However, this procedure is for large areas Solar cell units not applicable, because here the required shrinkage over the area not defined enough is done so that the result is not sufficient is reproducible.
Es stellt sich die Aufgabe, einen Herstellungsprozess für Solarzelleneinheiten, wie sie als Solardach für Kraftfahrzeuge verwendet werden, darzustellen, mit dem eine Fertigung derart erfolgt, dass die Ausschussrate und gleichzeitig die Anzahl von Frühausfällen der fertigen Einheiten im Einsatz minimiert wird. The task is to create a manufacturing process for Solar cell units as used as a solar roof Motor vehicles are used to represent one Manufacturing takes place in such a way that the reject rate and at the same time the number of early failures of the finished ones Units in use is minimized.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche. The object is achieved with the in the means specified independent claims solved. advantageous Training in the invention are the subject of dependent further claims.
Erfindungsgemäß wird durch zusätzliche Maßnahmen eine mechanische Entlastung der Anschlusselemente der Solarzellen erreicht. Diese Maßnahmen müssen vor Beginn der Beaufschlagung mit erhöhtem Druck durchgeführt werden, da nach der Druckbeaufschlagung die innere Reibung der Folien bzw. Solarzellen untereinander zu undefinierten Ergebnissen bzw. zu großer mechanischer Beanspruchung führt. According to the invention, additional measures are taken mechanical relief of the connection elements of the Solar cells reached. These measures must be taken before the Pressure may be applied because after pressurization, the internal friction of the Undefined foils or solar cells Results or excessive mechanical stress leads.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Anschlusselemente verwendet, welche mechanisch verformbar sind. Diese Verformbarkeit umfasst Plastizität und Elastizität. Wesentliches ist hierbei, dass die Anschlusselemente in ihrer endgültigen Position gestaucht und gestreckt werden können. In a particularly advantageous embodiment of the Connection elements are used, which are mechanically deformable. This deformability includes Plasticity and elasticity. The important thing here is that the connection elements in their final position can be compressed and stretched.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, sodass Anschluss Elemente verwendet werden welche mindestens eine Sicke enthalten. Durch derartige Sicken kann eine Stauchbarkeit bzw. Streckbarkeit erreicht werden. Another advantageous embodiment of the invention is to use connector elements which contain at least one bead. Through such Beading can be compressible or stretchable can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Anschlusselemente verwendet, welche mindestens ein Federelement enthalten. In a further advantageous embodiment of the Connection elements are used, which contain at least one spring element.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein federndes Element in die Anschlusselemente eingebracht wird. Dies kann beispielsweise eine Schraubenfeder sein. Another embodiment of the invention provides that at least one resilient element in the connection elements is introduced. This can be, for example Be a coil spring.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Sicken in die Anschlusselemente eingebracht. Dies kann durch einer zusätzlichen Fertigungsvorgang, beispielsweise mit einer Biegemaschine oder einer Stanze erreicht werden. In a further embodiment of the invention Beads introduced into the connection elements. This can through an additional manufacturing process, achieved for example with a bending machine or a punch become.
Weiterhin können Sicken bzw. Federelemente in die Anschlusselemente eingebracht werden, welche längs der Hauptbiegerichtung des Glasträgers verlaufen. Gerade in dieser Richtung ist die mechanische Beanspruchung der Anschluss Elemente am größten. Somit werden bevorzugt Ausgleichselemente in dieser Richtung eingebracht. Aus Gründen der Kostenersparnis kann auf Ausgleichselemente in anderen Richtungen verzichtet werden. Furthermore, beads or spring elements in the Connection elements are introduced, which along the The main bending direction of the glass carrier is. Currently at this direction is the mechanical stress of the Connection elements largest. So are preferred Compensation elements introduced in this direction. Out Saving elements can be used for reasons of cost savings in other directions.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine mechanische Durchbiegung des Glasträgers vor bzw. während der Beaufschlagung mit erhöhtem Druck, wobei nach der Beaufschlagung miterhöhtem Druck die Durchbiegung des Glasträgers wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgenommen wird. Dieses Verfahren lässt sich in zwei Phasen untergliedern. In der ersten Phase legen die Schichten des Laminats drucklos aufeinander, so dass sie sich zumindest geringfügig gegeneinander verschieben können. Nun wird der Glasträger derart durchgebogen, dass sich die Auflagefläche der Solarzellen auf den Glasträger zumindest geringfügig vergrößert. Dadurch, dass die einzelnen Schichten noch lose aufeinander liegen, werden diese sich nun derart verschieben, dass sie weitestgehend spannungslos auf der Oberfläche des Glasträgers aufliegen. Nun beginnt die zweite Phase. Durch die Anwendung des zum laminieren notwendigen Druckes werden die Schichten derart aneinander gepresst, so dass sie sich gegenseitig kaum mehr bewegen können und unter Temperatureinwirkung verschmelzen sie. Wird nun die Durchbiegung des Glasträgers auf einen Wert, welcher seiner natürlichen Position entspricht zurückgenommen, so werden die einzelnen Solarzellen zusammengeschoben. Durch diese Verkürzung werden die Verbindungselemente wirkungsvoll gestaucht, so dass sie zukünftig auch zumindest geringfügige Streckungen ausgleichen können. In a further embodiment of the invention mechanical deflection of the glass support before or during the application of increased pressure, after the application of increased pressure the deflection of the Glass carrier back to its original value is withdrawn. This process can be divided into two phases subdivide. In the first phase lay the layers of the laminate without pressure on each other, so that they can shift at least slightly against each other. Now the glass support is bent in such a way that the Contact surface of the solar cells on the glass support at least slightly enlarged. In that the individual Layers still lie loosely on top of each other, these will become now move them so that they are as far as possible rest without tension on the surface of the glass support. Now the second phase begins. By using the for Laminate necessary pressure, the layers are like this pressed together so that they hardly mutually can move more and under the influence of temperature merge them. Now the deflection of the glass carrier to a value that corresponds to its natural position corresponds to withdrawn, so the individual Solar cells pushed together. By shortening the Fasteners effectively compressed so that they in the future also at least slight extensions can compensate.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin dass ein Trennmedium zwischen den Folien verwendet wird. Dieses Trennmediums ist vorteilhafterweise vliesartig, beispielsweise ein Glasfasergewebe. Durch die Verwendung eines solchen Trennmediums wird ein Verrutschen der Schichten gegeneinander und somit auch eine unerwünschte Belastung der Anschlusselemente vermieden. Ein weiterer vorteilhafter Nebeneffekt ist, dass die schlierenartige Durchmischung der beiden unteren Schichten des Laminats vermieden wird, wodurch sich eine optisch ansprechendere Schicht ergibt. Another advantageous embodiment consists in this that a release medium is used between the foils. This separation medium is advantageously fleece-like, for example a glass fiber fabric. By using it of such a separation medium will slip Layers against each other and thus an undesirable one Load on the connection elements avoided. Another advantageous side effect is that the streak-like Mix the two lower layers of the laminate is avoided, which is a more visually appealing Layer results.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Trennmedium an der gefärbten Folie oder an den Zellen vor dem Zuschnitt angebracht und dann gemeinsam mit diesen weiterverarbeitet. In a further embodiment of the invention Separation medium on the colored film or on the cells attached to the blank and then together with these further processed.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Abkühlvorgang der Solarzelleneinheit unter Einhaltung eines vorgegebenen Temperaturprofils erfolgt. Durch eine derartige gesteuerte Abkühlung können auch kontrollierte Bewegungen bzw. Verspannungen innerhalb des Laminats vermieden werden. Damit kann Frühausfällen des fertigen Produktes vorgebeugt werden. Another embodiment of the invention provides that observing the cooling process of the solar cell unit a predetermined temperature profile. By a Such controlled cooling can also be controlled Movements or tensions within the laminate be avoided. This allows early failures of the finished Product can be prevented.
Besonders bevorzugt erfolgt die Abkühlung am Ende des Laminiervorganges derart gesteuert, dass der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen der Solarzelleneinheit max. 5 Grad Celsius beträgt. The cooling is particularly preferably carried out at the end of the Lamination process controlled so that the Temperature difference between different places of the Solar cell unit max. Is 5 degrees Celsius.
In einer weiten Ausgestaltung erfolgt der Abkühlvorgang in Stufen, wobei die maximale Temperaturdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen kleiner als 20 Grad Celsius ist. In a broad embodiment, the cooling process takes place in stages, the maximum temperature difference between two successive stages less than 20 degrees Celsius is.
In einer anderen Ausgestaltung erfolgt der Abkühlvorgang derart, dass die Temperaturänderung kleiner als 10 Grad Celsius pro Minute ist. Durch eine derartige Steuerung des Abkühlvorgangs haben sich in Versuchen optimale Ergebnisse in der Zuverlässigkeit der fertigen Baugruppen ergeben. In another embodiment, the cooling process takes place such that the temperature change is less than 10 degrees Celsius per minute. With such a control of the cooling process have proven themselves in experiments Results in the reliability of the finished assemblies result.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8143 | Lapsed due to claiming internal priority | ||
| 8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: DIE RUECKNAHMEFIKTION WEGEN INANSPRUCHNAHME EINER INNERER PRIORITET (@40 PATG) WURDE VOM 08.02.04 AUF 08.05.04 GEAENDERT |