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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden und Kontaktieren von Solarzellen zu wenigstens einem Solarzellenverbund/String, wobei die Kontaktierung der Solarzellen durch Zellverbinder in Form von Drahtleitern, bevorzugt in Form von Kupferbändern, erfolgt und mehrere Solarzellen durch die Zellverbinder miteinander zu dem Solarzellenverbund/String kombiniert werden.
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Aus
DE 298 05 805 U1 ist eine Vorrichtung zur Solarzellenverarbeitung bekannt, bei welcher einzelne Solarzellen mit elektrischen Verbindern zu einem String zusammengeschaltet werden. Die Vorrichtung weist dazu eine Verbindungsstreifenaufnahme, einen Lötpastendispenser, der die Lötpaste auf die Verbindungsstreifen aufträgt, wenigstens eine Solarzellenablage als Lötplatz, eine Wendeeinrichtung für die Verbindungsstreifen und eine Transporteinrichtung von der Wendeeinrichtung zur Solarzellenablage, zur Ablage der Verbindungsstreifen auf den Solarzellen, auf.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass nur Verbinder in Form von Streifen einsetzbar sind, die zudem gewendet werden müssen. Eine Solarzelle mit mindestens einer auf einem metallischen Träger angeordneten Halbleiterschicht und mit einer Mehrzahl von auf der Halbleiterschicht angeordneten Kontaktbahnen wird in
DE 10 2006 041 046 A1 beschrieben. Ein seitlicher Überstand mindestens einer Kontaktbahn ist dabei auf eine Rückseite des Trägers umgebogen und gegenüber dem Träger elektrisch isoliert angeordnet. Nebeneinander angeordnete Solarzellen werden vorzugsweise von Leiterbahnen miteinander verbunden, die eine perforierte Ausbildung aufweisen, um lokale Kontaktierungen durch ein Durchlöten zu ermöglichen. Diese Konstruktion der Solarzelle, die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung der Solarzelle sowie die konstruktive Realisierung der Leiterbahn soll die Verschaltung von einzelnen Solarzellen zu Solarmodulen ermöglichen, um die einzelnen Solarzellen beliebig zu verschalten. Der Träger ist dabei als ein metallisches Band ausgebildet, wobei die Kontaktbahnen quer oder längs zu einer Längsrichtung des Trägers angeordnet sind, seitlich über das Trägerband überstehen und so zur Verschaltung genutzt werden können. Weiterhin sind Sammelbahnen quer zur Längsrichtung und quer zu den Kontaktbahnen angeordnet und elektrisch mit den Kontaktbahnen verbunden und die Kontaktbahnen sowie die Sammelbahnen im Bereich der Rückseite des Trägers verklebt. Die Kontaktbahnen oder Sammelbahnen sind in Form von Kupferdraht oder -band ausgebildet. Zur Vermeidung einer elektrischen Verbindung der Kontaktbahn mit dem metallischen Träger sind entlang des Randes Isolierungen angeordnet, die als Kantenisolierung realisiert sind. Insgesamt gestalten sich der Aufbau und die Verbindung einzelner Solarzellen durch die Verwendung von perforierten Leiterbahnen problematisch und die Verwendung der Kantenisolierungen stellt einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand dar.
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Ein Drahtsystem zum elektrischen Kontaktieren einer Solarzelle, umfassend einen Drahtleiter, der zwischen einem ersten Kontaktierungsabschnitt und einem von dem ersten Kontaktierungsabschnitt beabstandet angeordneten zweiten Kontaktierungsabschnitt derart alternierend verläuft, dass der Drahtleiter das Drahtsystem mit einer maschenartigen Anordnung ausbildet, die sich mit einer Vielzahl von Maschen entlang einer Erstreckungsrichtung fortsetzt, ist aus
DE 10 2007 022 877 A1 bekannt. Der Drahtleiter ist durch zusätzlich zum Drahtleiter vorgesehene Fixiermittel und/oder durch Fixiermittel in Form sich umschlingender Abschnitte des Drahtleiters in der maschenartigen Anordnung fixiert. Der Drahtleiter verläuft als Endlosstrang periodisch alternierend entlang einer Erstreckungsrichtung zwischen einem ersten Kontaktierungsabschnitt und einem zweiten Kontaktierungsabschnitt hin und her. Dabei sind die beiden Kontaktierungsabschnitte gleichmäßig voneinander beabstandete Bereiche des Drahtsystems, die entlang der Erstreckungsrichtung des Drahtsystems verlaufen. Jeweils zwei nebeneinander angeordnete Solarzellen weisen in ihren aneinandergrenzenden Randbereichen einander gegenüberliegend angeordnete Solarzellen-Kontaktierungsabschnitte auf, die durch den maschenartigen Drahtleiter miteinander verbunden sind. Weiterhin ist im Solarzellen-Kontaktierungsabschnitt einer Solarzelle eine elektrisch isolierende Basis-Isolatorschicht vorhanden und im Solarzellen-Kontaktierungsabschnitt der daneben angeordneten Solarzelle eine elektrisch isolierende Emitter-Isolatorschicht vorgesehen, wodurch eine Reihenschaltung erzeugt wird. Die Herstellung der maschenartigen Drahtleiter gestaltet sich dabei relativ aufwendig. Ein entscheidender Nachteil dieser Lösung besteht weiterhin darin, dass der Wirkungsgrad negativ beeinflusst wird, da die Flächen für die Kontaktierung Vorderseite zu Rückseite in zwei Dimensionen benötigt werden.
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Die als Vorstufe für die Montage von Modulen hergestellten Strings haben den Nachteil, dass die Zellen einzeln aufgesetzt und mit verzinnten Kupferbandstücken belegt werden, welche sowohl die Zellen überdecken als auch unter die nächste aufzulegende Zelle reichen. Diese Kupferbänder werden mit verschiedenen Methoden verlötet. Dieses Verfahren erfordert eine Vorbereitung der Zellen mit einem Druckbild als Lötverbindungsstoff sowie als Leiterbahn zum „Einsammeln” der freien Elektronen und Transport zu den Kupferbändern.
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Die Strings werden durch Handlingseinrichtungen abgeholt, ausgerichtet und zu Modulen zusammengesetzt. Die zusammengesetzten Strings werden durch Querverbinder zu einem Modul elektrisch verbunden. Die erforderlichen Verbindungen werden in einzelnen Verfahrensstufen nacheinander hergestellt, wodurch sich hohe Fertigungszeiten ergeben.
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Alle bekannten Montagetechnologien für Solarmodule sind weiterhin bezüglich ihrer möglichen Taktzeit sowie der Verarbeitung dünnerer Zellenmaterialien an Grenzen gestoßen, welchen ein Aneinanderreihen von mehren Maschinen entgegengesetzt wird. Dies wirkt sich generell negativ auf die Herstellungskosten aus.
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Die Verbindungsmaterialien decken weiterhin einen unerwünscht großen Teil der nutzbaren Siliziumoberfläche ab und verschlechtern so den Wirkungsgrad der Solarzelle.
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Weiterhin ist es üblich, spezielle Metallpasten (meist Silber oder Silberlegierungen), z. B. im Siebdruckverfahren in Form von Leiterbahnen auf die Solarzellen aufzubringen, (sogenannte Bars) um die Kontaktierung mit den Drahtleitern zu gewährleisten. Dies verteuert die Solarzellen zusätzlich.
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Aus einer weiteren Lösung ist das Verbinden und Kontaktieren von Solarzellen durch Drahtleiter zu einem Solarzellenverbund bekannt, bei welchem weitestgehend kontinuierlich mehrere Solarzellen
- – mit wenigstens einem in Längsrichtung von aneinandergereihten Solarzellen vorzugsweise durchgängig und geradlinig verlaufenden ersten Drahtleiter oder einer Gruppe von vorzugsweise durchgängig verlaufenden ersten Drahtleitern und
- – mit wenigstens einem vorzugsweise durchgängig verlaufenden weiteren Kontaktelement oder einer Gruppe von vorzugsweise durchgängig verlaufenden weiteren Kontaktelementen miteinander zu einem Solarzellenverbund verbunden werden und
- – zwischen den ersten Drahtleitern, den weiteren Kontaktelementen und den Solarzellen des Solarzellenverbundes eine elektrische Verbindung hergestellt wird und
- – bedarfsweise vor oder nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung die ersten Drahtleiter und/oder die zweiten Kontaktelemente so getrennt werden, dass eine Reihenschaltung der Solarzellen entsteht oder erzeugt werden kann.
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Durch die Verwendung insbesondere durchgängiger erster Drahtleiter und weiterer (insbesondere durchgängiger) Kontaktelemente, die sich in Montagerichtung geradlinig und/oder quer zur Montagerichtung ebenfalls geradlinig erstrecken und bedarfsweise getrennt werden, wird die Fertigung von Solarzellenverbünden bereits effektiver als bei den vorgenannten Lösungen, jedoch gestaltet sich das Handling kompliziert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Verbinden und Kontaktieren von Solarzellen, wobei die Herstellungszeiten und die Kosten minimiert werden sollen.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Verfahrensgemäß erfolgt das Verbinden und Kontaktieren von wenigstens zwei eine Oberseite und eine Unterseite aufweisenden Solarzellen durch Zellverbinder aus Drahtleitern, insbesondere Kupferbändern zu einem Solarzellenverbund/String,
- – wobei die Zellverbinder die Solarzellen durch wenigstens eine Kontaktierungsspur verbinden/verschalten und erfindungsgemäß zuerst die Zellverbinder aus dem/den Drahtleiter/n zugeschnitten werden,
- – mehrere Zellverbinder gleichzeitig zu den jeweils zugehörigen Solarzellen positioniert/in Anlage gebracht werden und
- – die Zellverbinder und die dazu positionierten Solarzellen danach miteinander elektrisch kontaktiert werden.
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Vorzugsweise werden dabei mehrere Zellverbinder durch eine entlang der Kontaktierungsspur aufeinander zugerichtete Relativbewegung in einem Abstand zueinander positioniert, der im Wesentlichen deren Abstand im Solarzellenverbund/String entspricht.
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Es ist möglich, mehrere oder alle Zellverbinder eines Strings oder eines aus mehreren Strings bestehenden Solarzellenverbundes gleichzeitig so zu den bereitgestellten Solarzellen in Anlage zu bringen, dass dieser noch lose Verbund anschließend elektrisch kontaktiert werden kann und dabei die Zellverbinder mit den Solarzellen verbunden werden.
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Alternativ können die Zellverbinder durch schrittweise nacheinander bereitgestellte einzelne Solarzellen mit diesen zur Anlage gebracht werden, bis vorzugsweise alle Zellverbinder und alle Solarzellen aneinander anliegen. Anschließend wird ebenfalls dieser noch lose Verbund elektrisch kontaktiert, so dass auch hier die Zellverbinder mit den Solarzellen zu einem String bzw. einem Solarzellenverbund verbunden werden.
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Es ist möglich, dass die konfektionierten Zellverbinder, bevor sie mit den Solarzellen in Anlage gebracht werden, zumindest bereichsweise in einem Winkel zur Oberseite der Solarzellen geneigt sind und anschließend durch eine Schwenk- und/oder Biegebewegung in Anlage mit den Solarzellen gebracht werden.
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Vorteilhafter Weise sind die Zellverbinder zumindest bereichsweise zu der Oberseite der Solarzellen geneigt und werden so zu den Solarzellen vorpositioniert, dass der geneigte Bereich der Zellverbinder über die Oberseiten und/oder über die Unterseiten der Solarzellen hinausragt. Anschließend werden die Zellverbinder so geschwenkt und/oder gebogen, dass sie entsprechend des herzustellenden Verbundes/Strings mit den Oberseiten und Unterseiten der Solarzellen in Anlage gebracht werden. Anschließend erfolgt das elektrische Kontaktieren und Fügen der Solarzellen mit den Zellverbindern zu dem Solarzellenverbund/String.
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Dabei können die Solarzellen in einem Abstand zueinander bereitgestellt werden, der deren Abstand im Solarzellenverbund/String entspricht und anschließend die entsprechend des Abstandes im String zueinander positionierten Zellverbinder in Bezug auf die Solarzellen so positioniert werden, dass sie und die Solarzellen im Wesentlichen eine Lage entsprechend des fertigen Strings einnehmen und anschließend miteinander verbunden werden.
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Es ist auch möglich, die Zellverbinder und die Solarzellen eines Solarzellenverbundes/Strings zuerst in einem Abstand zueinander zu positionieren, der größer ist als der Abstand der Solarzellen im Solarzellenverbund/String und anschließend die Solarzellen und die Zellverbinder durch eine entlang der zu erzeugenden Kontaktierungsspur aufeinander zugerichtete Relativbewegung in einem Abstand zueinander zu positionieren, der im Wesentlichen deren Abstand im Solarzellenverbund/String entspricht und anschließend die Solarzellen und die Zellverbinder miteinander zu kontaktieren/zu verbinden.
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Vorzugsweise sind die Solarzellen des Solarzellenverbundes/Strings in einem Abstand zueinander angeordnet und
- – bei dem Solarzellenverbund/String wenigstens zwei eine erste Länge aufweisende erste Zellverbinder mit einem ersten Abschnitt an einer Solarzelle und mit einem zweiten Abschnitt an einer benachbarten Solarzelle befestigt/kontaktiert sind und den Abstand zwischen den benachbarten Solarzellen des Strings überbrücken,
wobei
- – die ersten Zellverbinder und die Solarzellen zueinander mittels eines Handlingsystems positioniert werden, wobei die Solarzellen in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der im Wesentlichen gleich oder größer als die Länge des zweiten Abschnitts der Zellverbinder plus des Abstandes der Solarzellen des fertigen Strings,
- – mit dem Handlingsystem die benachbarten Solarzellen und die Zellverbinder sich durch eine Relativbewegung bis auf den Abstand der Solarzellen des fertigen Strings aufeinander zu bewegen, wobei die Zellverbinder mit ihrem ersten Abschnitt und mit ihrem zweiten Abschnitt an den benachbarten Solarzellen entsprechend der erforderlichen Lage im herzustellenden String positioniert werden und dass abschließend
- – die Solarzellen und die Zellverbinder in dieser Positionierung miteinander zu dem Solarzellenverbund/String elektrisch kontaktiert/verbunden werden.
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Vorteilhafter Weise werden die Drahtleiter entsprechend der Gesamtlänge aller für einen Solarzellenverbund/String erforderlichen Zellverbinder einer Zellverbinderspur vor dem Trennen gerichtet und/oder gereckt und anschließend aus den Drahtleitern die ersten Zellverbinder entsprechend ihrer erforderlichen Längen getrennt/zugeschnitten. Üblicher Weise werden die Zellverbinder mit ihrem ersten Abschnitt über der Oberseite und mit ihrem zweiten Abschnitt unter der Unterseite der benachbarten Solarzellen positioniert.
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Dabei werden vorzugsweise alle für einen String erforderlichen Zellverbinder gleichzeitig, alternativ auch nacheinander, aus dem Drahtleiter getrennt und zeitgleich zu allen Solarzellen eines Strings positioniert und dann alle Solarzellen mit den Zellverbindern gleichzeitig auf die entsprechenden Abstände der Solarzellen, die in dem fertigen String gefordert werden, zusammengeschoben und anschließend gleichzeitig alle Zellverbinder mit den Solarzellen eines Strings verbunden. Dadurch wird ein vollkommen neues und effektives Fertigungsverfahren für Solarzellenverbünde/Strings geschaffen, welches die Fertigungszeiten eines Strings im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich verkürzt und andererseits eine lange Prozesszeit für den Fügeprozess bereitstellt.
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Üblicher Weise sind an einem ersten Ende des Solarzellenverbundes/Strings zweite Zellverbinder angeordnet, die nur auf der Oberseite der am ersten Ende angeordneten Solarzelle befestigt/kontaktiert sind, und an einem zweiten Ende des Solarzellenverbundes/Strings sind dritte Zellverbinder vorgesehen, die nur auf der Unterseite der am zweiten Ende angeordneten Solarzelle befestigt/kontaktiert sind. In diesem Fall erfolgt vorteilhafter Weise das Zuschneiden der zweiten und dritten Zellverbinder gemeinsam mit den ersten Zellverbindern, und das Handlingsystem positioniert die zweiten und dritten Zellverbinder durch eine Relativbewegung über/unter den endseitigen Solarzellen gemeinsam mit den ersten Zellverbindern und überführt anschließend diesen noch losen Verbund aus Solarzellen, ersten, zweiten und dritten Zellverbindern in die Fügevorrichtung, in welcher die ersten, zweiten und dritten Zellverbinder mit den Solarzellen zu dem Solarzellenverbund/String gefügt werden.
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Insbesondere weist das Handlingsystem Greifer in Form von Sauggreifern auf, die zuerst die Zellverbinder in ihrem ersten Bereich greifen und anheben, wobei sich das freie Ende der Zellverbinder in Form des zweiten Bereiches (durch die Schwerkraft) nach unten biegt. Anschließend werden mit den gleichen Sauggreifern die im großen Abstand voneinander positionierten Solarzellen aufgenommen, so dass diese mit ihren Oberseiten unter den ersten Bereichen der Zellverbinder anliegen. Dabei nimmt jedoch der am zweiten Ende angeordnete Greifer keine Solarzelle auf, sondern ist nur mit den dritten Zellverbindern versehen.
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Nun vollführen die Greifer eine aufeinander zugerichtete Bewegung, so dass die Zellverbinder und die Solarzellen gleichzeitig um den gleichen Betrag bis auf den Abstand, der im fertigen String realisiert werden soll, aufeinander zu bewegt werden, wodurch die zweiten Bereiche der Zellverbinder unter die Unterseiten der Solarzellen gelangen.
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Beim nachfolgenden Einlegen des noch ungefügten Verbundes aus Solarzellen und Zellverbindern in die Fügevorrichtung werden die zweiten Bereiche der Zellverbinder an die Unterseiten der Solarzellen angelegt.
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Der Drahtleiter liegt beim Trennen/Zuschneiden auf einer Auflagefläche auf und die durch das Trennen erzeugten Zellverbinder werden anschließend durch die Handlingeinrichtung gegriffen und von der Auflagefläche angehoben oder die Auflagefläche wird alternativ abgesenkt.
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Dabei ist es möglich, die ersten Zellverbinder und vorteilhafter Weise auch den zweiten und/oder dritten Zellverbinder nach dem Trennen in ihrem zweiten Bereich in Bezug auf den ersten Bereich im Wesentlichen entsprechend der Höhe der Solarzellen plus der Höhe der Zellverbinder zu kröpfen, so dass ein entsprechender Absatz gebildet wird, der ein sicheres Positionieren der zweiten Bereiche unter den Unterseiten der Solarzellen beim Zusammenfahren der Solarzellen und ein nachfolgendes lagesicheres Ablegen in der Fügevorrichtung gewährleistet, ohne dass sich die dabei noch freien zweiten Bereiche der Zellverbinder unerwünscht verformen und dadurch Kräfte auf die Kanten der Solarzellen ausüben.
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Um ein unerwünschtes Ausweichen der zweiten Bereiche der Zellverbinder sicher zu vermeiden und deren zueinander parallele Ausrichtung zu gewährleisten, ist es möglich, beim Zusammenfahren der Solarzellen und/oder beim Einlegen in die Fügevorrichtung Führungselemente vorzusehen, in welche die zweiten Bereiche der Zellverbinder eingreifen und dadurch ausgerichtet werden.
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In der Fügevorrichtung erfolgt abschließend das Fügen der Zellverbinder mit den Solarzellen durch Kleben, Löten oder Schweißen, wobei vorteilhafter Weise die Zellverbinder während des Fügevorganges mit einer Niederhalterkraft gegen die Solarzellen gedrückt werden. Dazu liegen die zweiten Bereiche der Zellverbinder auf einer Auflagefläche der Lötvorrichtung auf und entsprechende Niederhalter wirken mit einer Niederhalterkraft gegen die Oberseiten der ersten Bereiche der Zellverbinder und pressen diese und somit die Solarzellen und die zweiten Bereiche der Zellverbinder gegeneinander und gegen die Auflagefläche der Fügevorrichtung.
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Erfolgt der Fügevorgang durch Löten, so werden die Drahtleiter vor dem Trennen ein- oder beidseitig mit Flussmittel bzw. Lötpaste benetzt.
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Es ist möglich, parallel zwei oder mehr Solarzellenverbunde/Strings herzustellen, wodurch die Fertigung noch effektiver wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 die dreidimensionale Darstellung eines fertigen Strings,
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1a Längsschnitt gem. 1,
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2 eine Prinzipdarstellung des Konfektionierens der Zellverbinder aus zwei Drahtleitern,
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3 die Einzelheit A gemäß 2,
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4 die auf einem Transportband bereitgestellten Solarzellen in einer Prinzipdarstellung,
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5 die Einzelheit B gemäß 4,
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6 die Prinzipdarstellung des Handlingsystems,
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7 die mit den Sauggreifern des Handlingsystems aufgenommenen Zellverbinder,
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8 die Einzelheit C gemäß 7,
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9 Handlingsystem, welches zusätzlich zu den Zellverbindern die Solarzellen aufgenommen hat,
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10 die Einzelheit D gemäß 9,
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11 die Darstellung des zusammengefahrenen Handlingsystems,
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12 die Einzelheit E gemäß 11,
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13 die Darstellung eines Längsschnittes mit zueinander positionierten Solarzellen und gekröpften Zellverbindern,
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14 Zellverbinder und Solarzellen, die auf der Auflagefläche der Kontaktier/Verbindungsstation positioniert wurden,
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15 Einzelheit F gemäß 14,
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16 Prinzipdarstellung des Lötvorganges,
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17 Einzelheit G gemäß 15,
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18 konfektionierte Zellverbinder, die senkrecht zu den Solarzellen positioniert sind,
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19 Hindurchführen der Zellverbinder durch die Lücken zwischen den benachbarten Solarzellen,
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20 gebogene erste Zellverbinder und endseitig positionierte zweite und dritte Zellverbinder sowie Solarzellen in Fügeposition,
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21 vorpositionierte Zellverbinder, die einen senkrecht nach oben gebogenen Bereich aufweisen,
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22 Prinzipablauf a bis d des einzelnen Zuführens von Solarzellen und Zellverbindern gemäß 22 zur Herstellung eines Strings,
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23 vorpositionierte Zellverbinder, die einen im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Bereich und einen dazu nach unten gebogenen Bereich aufweisen,
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24 Prinzipablauf a bis d des einzelnen Zuführens von Solarzellen und Zellverbindern gemäß 24 zur Herstellung eines Strings.
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1a zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten String S im Längsschnitt und 1 in dreidimensionaler Ansicht von oben. Dieser besteht hier aus einer beliebigen Anzahl von Solarzellen 1. Zwei zueinander benachbarte Solarzellen 1 werden jeweils zwischen ihrer Oberseite 1a und ihrer Unterseite 1b mittels zweier erster Zellverbinder 2.1 kontaktiert, die eine Länge L1 aufweisen und mit einem eine Länge La aufweisenden ersten Abschnitt a an der Oberseite 1a und mit dem eine Länge Lb aufweisenden zweiten Abschnitt b an der Unterseite 1a einer benachbarten Solarzelle 1 befestigt sind und den Abstand X zwischen den zwei benachbarten Solarzellen 1 überbrücken. An dem hier linken ersten Ende des Strings S sind zwei, eine Länge L2 aufweisende zweite Zellverbinder 2.2 an der Oberseite 1a der endseitigen Solarzelle 1 und an dem zweiten hier rechten Ende an der anderen endseitigen Solarzelle 1 an deren Unterseite 1b zwei dritte Zellverbinder 2.3, die eine Länge L3 aufweist, kontaktiert. Die zweiten Zellverbinder 2.2 sind ebenfalls mit einer Läge La auf der Oberseite und die dritten Zellverbinder 2.3 mit einer Längs Lb an der Unterseite der endseitigen Solarzellen befestigt und stehen in einem nicht näher bezeichneten Bereich über, um mit nicht dargestellten Querverbindern verbunden zu werden. Durch die Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 wurden die Solarzellen 1 in zwei Kontaktspuren K miteinander verschaltet.
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Diese konstruktive Gestaltung eines Strings S ist bekannt. In den 2 bis 17 und der nachfolgenden Beschreibung wird das neuartige und erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Solarzellenverbundes/Strings aus beispielsweise 10 Solarzellen 1 dargelegt.
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In den 2 und 3 werden die Prinzipdarstellungen des Konfektionierens der Zellverbinder L1, L2, L3 aus zwei Drahtleitern D dargestellt. Die Drahtleiter D werden jeweils von einer Rolle R auf die erforderliche Gesamtlänge Lges. für einen String abgerollt und unter einer axialen Zugspannung Fz gereckt, so dass gewährleistet ist, dass diese in einer linearen und zueinander parallelen Lage ausgerichtet sind. Die Drahtleiter D werden auf einer nicht dargestellten Ablagefläche abgelegt und durch entsprechende im Prinzip dargestellte Trenneinrichtungen T in einzelne Abschnitte in Form der ersten, zweiten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 getrennt. Dabei können die zu erzeugenden Längen L1 von ersten Zellverbindern 2.1, die jeweils zwei benachbarte hier nicht dargestellte Solarzellen miteinander verbinden, von der Länge L2 der zweiten Zellverbinder 2.2 am Anfang und von der Länge L3 der dritten Zellverbinder 2.3 am Ende eines Strings abweichen.
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Alternativ ist es auch möglich, die Zellverbinder ohne ein Recken komplett, einzeln oder in Gruppen aus den Drahtleitern zuzuschneiden. Gemäß einer nicht dargestellten Variante werden die Zellverbinder während und/oder nach dem Schneiden lagefixiert, was z. B. durch in einen Auflagetisch (nicht dargestellt) eingebrachte Ansaugung erfolgen kann.
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Vorzugsweise parallel zu der Station, in welcher die Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 aus den Drahtleitern D konfektioniert werden, erfolgt in einer weiteren Station das Bereitstellen der Solarzellen 1 (s. 4 und 5). Die Solarzellen 1 werden dabei mit ihrer Unterseite auf einer Transporteinrichtung 3 abgelegt und in einem Abstand C zueinander positioniert, der größer ist, als der Abstand x der Solarzellen 1 des fertigen Strings S (s. 1) plus die Länge Lb der Zellverbinder.
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6 zeigt die Prinzipdarstellung eines Handlingsystems 4, welches insgesamt 11 Greifer 5.1, 5.2, 5.3 aufweist, die insbesondere als Sauggreifer ausgebildet sind. Die zehn Greifer 5.1 und 5.2 dienen zur Aufnahme hier nicht dargestellter erster und zweiter Zellverbinder und der zehn Solarzellen. Mit dem hier rechts angeordneten endseitigen Greifer 5.3 werden nur die hier nicht dargestellten dritten Zellverbinder aufgenommen. Die Greifer 5.1, 5.2, 5.3 sind beispielhaft über einen Koppelmechanismus 6 miteinander gekoppelt, der eine synchrone Abstandsverstellung der Greifer 5.1, 5.2, 5.3 ermöglicht und gleichzeitig im Ganzen verschoben werden kann.
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Anstelle des Koppelmechanismus 6, der hier in der Art von Gelenkketten ausgebildet ist, können selbstverständlich auch andere Verstelleinrichtungen eingesetzt werden.
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In 7 ist das Handlingsystem 4 dargestellt, welches mit den ersten Greifern 5.1 die ersten Zellverbinder 2.1, mit dem zweiten Greifer 5.2 die zweiten Zellverbinder 2.2 und mit dem dritten Greifer 5.3 die dritten Zellverbinder 2.3 aufgenommen hat. 8 zeigt die Einzelheit C gemäß 7. Aus diesen Darstellungen ist erkennbar, dass sich die freien Enden, insbesondere der ersten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.3 durch die Schwerkraft nach unten biegen. Nun werden mit den Sauggreifern 5.1 und 5.2 die gemäß 4 und 5 bereitgestellten Solarzellen aufgenommen, so dass diese jeweils mit ihrer Oberseite 1a an den Zellverbindern 2.1, 2.2 anliegen. Der endseitige dritte Sauggreifer 5.3 nimmt keine Solarzelle auf (9 und 10).
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Nun fahren die miteinander über den Koppelmechanismus 6 miteinander wirkverbundenen Greifer 5.1, 5.2, 5.3 der Handlingeinrichtung 4 aufeinander zu, so dass die Solarzellen 1 in dem Abstand X des zu fertigenden Strings angeordnet sind (11 und 12), wobei die freien Enden der ersten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.3 jeweils unter den Solarzellen 1 liegen.
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Es ist möglich, die Zellverbinder 2.1 und bedarfsweise auch die Zellverbinder 2.3 während oder nach dem Trennen mit einem Absatz zu versehen (s. 13), der im Wesentlichen der Höhe der Solarzellen 1 plus der Dicke des jeweiligen Drahtleiters/Zellverbinders entspricht, so dass gewährleistet ist, dass die Bereiche b der Zellverbinder 2.1, 2.3 beim Zusammenfahren der Solarzellen 1 bis auf den Abstand x sicher unter diese greifen, so dass vor dem Fügen der Solarzellen 1 mit den ersten, zweiten und dritten Zellverbindern 2.1, 2.2, 2.3, die ersten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.3 mit ihren zweiten Bereichen b unter den Unterseiten 1b der Solarzellen 1 positioniert sind. Durch die hier nicht dargestellten Sauggreifer liegen die Solarzellen 1 mit ihren Oberseiten 1a an den Bereichen a der ersten und zweiten Zellverbinder 2.1, 2.2 an.
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Nachdem die Solarzellen 1 und die Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 in einem noch losen Verbund entsprechend positioniert wurden, erfolgt deren Verbinden zu einem Solarzellenverbund in Form eines Strings, wozu dieser Verbund mit dem Handlingsystem in eine entsprechende Vorrichtung überführt und in dieser auf einer Auflagefläche 7 mittels Niederhaltern 8, die mit einer Niederhalterkraft wirken, lagefixiert wird (14 und 15). Es wirken dabei in diesem Ausführungsbeispiel auf jeden Bereich 2a eines Zellverbinders 2.1, 2.2, der auf der Oberseite 1a einer Solarzelle 1 aufliegt, zwei Niederhalter 8.
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Es ist möglich, zum Ausrichten der sich unter den Solarzellen befindlichen Bereichen der Zellverbinder entsprechende Elemente (z. B. Stifte oder kammartige Vorrichtungselemente vorzusehen (nicht dargestellt).
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Nachdem die Solarzellen und die Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 z. B. in einer Fügevorrichtung in Form einer Lötvorrichtung gemäß 14 und 15 positioniert wurden, erfolgt das Fügen der Solarzellen mit den Zellverbindern. Dabei können, wie in 16 und 17 schematisch dargestellt, alle Solarzellen 1 gleichzeitig mittels einer entsprechenden, schematisch dargestellten Löteinrichtung 9, mit den zugehörigen Zellverbindern 2.1, 2.2, 2.3 gefügt werden.
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Es kann in einer Fügevorrichtung auch nur eine Löteinrichtung für das Herstellen des kompletten Strings eingesetzt werden. Alternativ können die Solarzellen mit den Strings auch nacheinander in der Fügevorrichtung/Lötvorrichtung verbunden werden. Dies erfolgt entweder schrittweise mit einer entsprechenden Verweilzeit der Lötvorrichtung je Solarzelle oder kontinuierlich.
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Es ist möglich, zwei oder drei Lötvorrichtungen/Stationen vorzusehen, um während des Lötvorganges in einer Lötvorrichtung das Bestücken/Entnehmen einer zweiten/dritten Lötvorrichtung zu ermöglichen.
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Anstelle eines Lötvorganges sind auch andere elektrisch kontaktierende Fügeverfahren, vorzugsweise in Form von stoffschlüssigen Fügeverfahren (z. B. Schweißen, Kleben usw.), möglich.
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Insbesondere durch das gleichzeitige Konfektionieren aller Zellverbinder eines Strings, das gleichzeitige Lagepositionieren der Zellverbinder in Bezug auf die Solarzellen, (deren Abstand zuerst größer ist, als im fertigen String) und durch die aufeinander zugerichtete Relativbewegung der zueinander positionierten Zellen und Zellverbinder durch das Handlingsystem und das nachfolgende Fügen aller Solarzellen mit den Zellverbindern zu einem String reduzieren sich die Fertigungszeiten und Kosten drastisch.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante ist es auch möglich, nur die ersten Zellverbinder auf eine entsprechende Art und Weise mit den Solarzellen gleichzeitig zu montieren und die endseitigen zweiten und dritten Zellverbinder separat zu kontaktieren.
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Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Lösung gleichzeitig zwei oder mehr Strings parallel zueinander gefertigt werden.
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Konfektionierte Zellverbinder 2.1, die senkrecht zu den Solarzellen 1 positioniert und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der dem Abstand im String entspricht, sind in 18 dargestellt. Auch die Solarzellen 1 sind entsprechend ihres Abstandes x im String/Solarzellenverbund positioniert. Die Zellverbinder 2.1 befinden sich über dem Abstand/der Lücke zwischen zwei Solarzellen 1 und werden anschließend (bevorzugt alle gleichzeitig) durch die Lücken geführt (19) und mit den ersten Bereich a über der Oberseite 1a einer Solarzelle 1 und mit dem zweiten Bereich b unter Unterseite 1b der benachbarten Solarzelle 1 positioniert (20). Weiterhin werden die endseitigen Zellverbinder 2.2 und 2.3 in ihrer beabsichtigten Fügeposition positioniert. Anschließend erfolgt das Kontaktieren/Fügen der Solarzellen 1 mit den Zellverbindern 2.1, 2.2, 2.3 zu dem Solarzellenverbund.
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21 zeigt vorpositionierte Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3, die einen senkrecht nach oben gebogenen Bereich aufweisen. Der andere Bereich der Zellverbinder biegt sich durch die Schwerkraft leicht nach unten. Die senkrecht nach oben weisenden Enden der Zellverbinder werden durch nicht dargestellte Greifer gehandelt und wurden nach dem Schneiden aus dem Drahtleiter entsprechend gebogen und durch eine aufeinander zugerichtete Relativbewegung in die in 21 gezeigte Position überführt.
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Der Prinzipablauf des einzelnen Zuführens von Solarzellen und gemäß 21 vorpositionierten Zellverbindern zur Herstellung eines Strings wird schematisch in 22, Darstellungen a bis d, gezeigt. Gemäß Darstellung a wird der endseitige dritte Zellverbinder 2.3 auf eine Auflage gelegt, wobei sich der leicht nach unten gebogene Bereich im Wesentlichen horizontal ausrichtet. Nun wird über diesem horizontalen Bereich eine Solarzelle positioniert und anschließend oder gleichzeitig ein erster Zellverbinder 2.1 bereitgestellt (Darstellung b). Gemäß Darstellung c werden eine weitere Solarzelle 2 und ein weiterer erster Zellverbinder 2.1 zugeführt. in Darstellung d wird ein loser Verbund aus Solarzellen 1, endseitigen zweiten und dritten Zellverbindern 2.2, 2.3 und ersten Zellverbindern 2.1 gezeigt, wobei die ersten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.3 mit ihren horizontalen Bereichen unter den Unterseiten der Solarzellen 1 angeordnet sind und der endseitige zweite Zellverbinder 2.2 auf der Oberseite der ersten Solarzelle 1 aufliegt. Nun werden die nach oben weisenden Enden der ersten und dritten Zellverbinder 2.1 in Pfeilrichtung gebogen, so dass die ersten Zellverbinder 2.1 auf den Oberseiten der Solarzellen 1 aufliegen. Anschließend werden die ersten, zweiten und dritten Zellverbinder 2.1, 2.2, 2.3 mit den Solarzellen 1 elektrisch kontaktiert und dadurch verbunden.
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Vorpositionierte Zellverbinder, die einen im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Bereich und einen dazu leicht nach unten gebogenen Bereich aufweisen, sind in 23 dargestellt. Links ist ein endseitiger zweiter Zellverbinder 2.2 angeordnet. Der Prinzipablauf in Stufen a bis d des einzelnen Zuführens von Solarzellen 1 und Zellverbindern zur Herstellung eines Strings wird in 24 gezeigt.
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Gemäß Darstellung a wurde z. B. seitlich zuerst ein endseitiger dritter Zellverbinder 2.3 auf eine nicht bezeichnete Ablagefläche gelegt und darüber eine Solarzelle 1 mit ihrer Unterseite abgelegt. Nun erfolgt das Auflegen eines ersten Zellverbinders 2.1 mit seinem horizontalen Bereich auf der Oberseite der Solarzelle 1. Der nach unten gebogene Bereich des ersten Zellverbinders 2.1 wurde durch die Anlagefläche angehoben. Nun wird eine weitere Solarzelle 1 mit ihrer Unterseite auf den noch leicht nach unten gebogenen Bereich des ersten Zellverbinders 2.1 aufgelegt. Jetzt wird ein weiterer erster Zellverbinder 2.1 mit seinem horizontalen Bereich auf der Oberseite der Solarzelle 1 aufgelegt und diese leicht nach unten in Richtung zur Ablagefläche gedrückt, so dass sich der erste Zellverbinder 2.1 gemäß Figur c an der Ablagefläche und an der Unterseite der Solarzelle 1 anlegt.
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Dies wird fortgeführt, bis alle ersten Zellverbinder 2.1 und die Solarzellen 1 auf der Ablagefläche aufliegen. Zuletzt erfolgt die Positionierung der endseitigen zweiten Zellverbinder 2.2.
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Darstellung d zeigt den losen Verbund aus ersten, zweiten und dritten Zellverbindern 2.1, 2.2, 2.3 und Solarzellen 1. Dieser wird anschließend zu einem Solarzellenverbund/String elektrisch kontaktiert und verbunden.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Herstellung von Solarzellenmodulen revolutioniert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29805805 U1 [0002]
- DE 102006041046 A1 [0003]
- DE 102007022877 A1 [0004]