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Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul, ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen, und eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen.
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Eine Photovoltaikzelle (beispielsweise eine Solarzelle) weist üblicherweise eine Schicht aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, auf (im Folgenden auch bezeichnet als Photovoltaikschicht). Die Photovoltaikschicht weist eine Vorderseite (auch bezeichnet als Emitterseite) und eine Rückseite auf, wobei auf mindestens einer der beiden Seiten eine (elektrisch leitfähige) Kontaktstruktur (beispielsweise in Form von so genannten Kontaktfingern) aufgebracht ist. Typischerweise hat die Kontaktstruktur eine Breite von mindestens 100 μm, während ihre Dicke nur etwa 10 μm bis 15 μm beträgt. Eine größere Breite der Kontaktstruktur führt zu einer Verminderung des Wirkungsgrads aufgrund der dadurch erhöhten Abschattung, während eine Verringerung der Breite den Nachteil zur Folge hat, dass der Linienwiderstand der Kontaktstruktur erhöht wird. Ferner wird der Strom der einzelnen Kontaktstrukturen in so genannten Sammelschienen (Busbars) zusammengeführt, wodurch eine weitere Abschattung der Vorderseitenfläche verursacht wird.
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Die Verschaltung von Photovoltaikzellen (beispielsweise von Solarzellen) geschieht im Allgemeinen mittels Kontaktbändchen, die auf die Sammelschienen (auch bezeichnet als Busbars) der Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) gelötet werden. Dabei wird der gesamte Strom durch die Kontaktbändchen geführt. Um die Widerstandsverluste so gering wie möglich zu halten, bedarf es einer gewissen Gesamtquerschnittsfläche dieser Kontaktbändchen. Dies hat einen Leistungsverlust durch die Abschattung auf der Vorderseite zur Folge. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Sammelschiene (der Busbar) beim Löten mechanische Spannungen auf die Verbindungsstelle Paste Wafer ausübt, was zum Bruch der Photovoltaikzelle führen kann.
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Um ein verbessertes Photovoltaikmodul zu kreieren sollten also die Kontaktstruktur der Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) und die Anzahl und Dimension der Kontaktbändchen (im Folgenden auch bezeichnet als Kontaktdrähte) kombiniert optimiert werden.
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Dabei hat sich herausgestellt, dass sich eine gute Optimierung ergibt für viele dünne parallel verlaufende Kontaktdrähte. Es ist weiterhin zu erwarten, dass aufgrund der punktuellen Fixierung der Drähte auf der Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) geringere mechanische Spannungen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Draht und Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) aufgebaut werden.
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Ein Problem ist dabei die Handhabung und die Positionierung der dünnen Kontaktdrähte auf der Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle).
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In der Patentschrift
DE 102 39 845 C1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Kontaktdrähte auf einen optisch transparenten Film mithilfe eines optisch transparenten Klebers fixiert werden und anschließend auf die Metallisierung einer Solarzelle fixiert werden. Dabei bleiben Film und Kleber im Solarzellenmodul; das impliziert relativ hohe Anforderungen an den Kleber und den Film hinsichtlich der Langzeitstabilität und verursacht dadurch relativ hohe Kosten. Bei diesem Verfahren werden die Drähte in ein optisch transparentes polymeres Trägermaterial gebettet und mit der Solarzelle verbunden, wobei das polymere Hilfsmaterial zur Verbesserung der Handhabbarkeit dient.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Photovoltaikmodul (beispielsweise ein Solarmodul) bereitgestellt. Das Photovoltaikmodul kann mehrere Photovoltaikzellen (beispielsweise mehrere Solarzellen) aufweisen. Zumindest eine der Photovoltaikzellen kann aufweisen: eine erste Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Vorderseite der Photovoltaikzelle; und eine zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite der Photovoltaikzelle; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten zueinander versetzt angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten derart zueinander versetzt angeordnet, dass sie sich lateral nicht überlappen bzw. berühren. Anders ausgedrückt können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten parallel zueinander versetzt angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten um mindestens den Durchmesser eines Kontaktdrahtes zueinander versetzt angeordnet sein, beispielsweise um ungefähr die Hälfte des Abstandes zweier Kontaktdrähte zueinander versetzt. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten um eine Distanz von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 25 mm, beispielsweise um eine Distanz von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 15 mm, zueinander versetzt angeordnet sein.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls ferner aufweisen eine Kontaktstruktur auf der Vorderseite der jeweiligen Photovoltaikzelle; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten zumindest teilweise auf der Kontaktstruktur angeordnet ist. Die Kontaktdrähte können grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zu der Kontaktstruktur angeordnet sein, beispielsweise längs (d. h. anschaulich im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstrukturen) oder in einem Winkel von 90° (d. h. anschaulich im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktstrukturen) zur Kontaktstruktur.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Photovoltaikzellen in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein angepasstes Design der Kontaktstrukturen aufweisen. So müssen in verschiedenen Ausführungsbeispielen keine Busbars mehr aufgebracht werden und sind somit in verschiedenen Ausführungsbeispielen nicht vorgesehen. Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ebenso die bisherige Rückseite der Photovoltaikzelle angepasst sein und weist beispielsweise quer zu den später aufgebrachten Kontaktdrähten verlaufende Kontaktstrukturen auf.
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Gemäß noch einer anderen Weiterbildung kann die Kontaktstruktur eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktfingern aufweisen.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten kann auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle befestigt sein, wobei die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Rückseite der Photovoltaikzelle befestigt sein kann.
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In diesem Fall ist es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten, wenn sie auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle angebracht ist, jeweils auf der Rückseite der benachbarten elektrisch kontaktierten Photovoltaikzelle angebracht ist, und umgekehrt.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten kann auf der Vorderseite (anders ausgedrückt der Emitterseite oder der Sonnenseite) der Photovoltaikzelle befestigt sein mittels einer Lotverbindung und/oder mittels einer Bondverbindung und/oder mittels einer Klebeverbindung.
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Ein oder mehrere Randbereiche der Photovoltaikzelle können mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Photovoltaikmodul bereitgestellt. Das Photovoltaikmodul kann aufweisen eine Mehrzahl von Photovoltaikzellen, wobei auf einer Vorderseite einer jeden Photovoltaikzelle eine Mehrzahl von Kontaktdrähten angeordnet sind; wobei die Mehrzahl von Kontaktdrähten jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen zueinander versetzt angeordnet sind.
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Zumindest einige der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls können jeweils aufweisen: eine Vorderseite und eine Rückseite; eine erste Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle; eine zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Rückseite der Photovoltaikzelle; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten zueinander versetzt angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten derart zueinander versetzt angeordnet, dass sie sich lateral nicht überlappen und nicht berühren. Anders ausgedrückt können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten parallel zueinander versetzt angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten um mindestens den Durchmesser eines Kontaktdrahtes zueinander versetzt angeordnet sein, beispielsweise um ungefähr die Hälfte des Abstandes zweier Kontaktdrähte zueinander versetzt. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten um eine Distanz von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 25 mm, beispielsweise um eine Distanz von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 15 mm, zueinander versetzt angeordnet sein.
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Zumindest einige der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls können jeweils aufweisen: eine Kontaktstruktur auf der Vorderseite der jeweiligen Photovoltaikzelle; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten zumindest teilweise auf der Kontaktstruktur angeordnet sind. Die Kontaktdrähte können grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zu der Kontaktstruktur angeordnet sein, beispielsweise längs (d. h. anschaulich im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstrukturen) oder in einem Winkel von 90° (d. h. anschaulich im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktstrukturen) zur Kontaktstruktur.
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Gemäß noch einer anderen Weiterbildung kann die Kontaktstruktur eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktfingern aufweisen.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmodul kann jeweils: die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle befestigt sein; und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Rückseite der Photovoltaikzelle befestigt sein.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann jeweils die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle befestigt sein mittels einer Lötverbindung und/oder mittels einer Bondverbindung und/oder mittels einer elektrisch leitfähigen Klebeverbindung.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann jeweils ein oder mehrere Randbereiche der jeweiligen Photovoltaikzelle mit einer elektrisch isolierenden Schicht beaufschlagt sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Aufbringen einer ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Vorderseite einer ersten Photovoltaikzelle; ein Aufbringen einer zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite der ersten Photovoltaikzelle; ein Aufbringen der ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite einer zweiten Photovoltaikzelle; und ein Aufbringen der zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Vorderseite der zweiten Photovoltaikzelle; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten zueinander versetzt angeordnet werden.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten können zwischen der ersten Photovoltaikzelle und der zweiten Photovoltaikzelle aneinander, beispielsweise webartig, vorbei geführt werden.
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Die Mehrzahl von Kontaktdrähten einander benachbarter Photovoltaikzellen kann jeweils derart zueinander versetzt angeordnet werden, dass sie sich lateral nicht überlappen oder berühren. Anders ausgedrückt kann die Mehrzahl von Kontaktdrähten jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen parallel zueinander versetzt angeordnet werden.
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Die Mehrzahl von Kontaktdrähten jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen kann um mindestens den Durchmesser eines Kontaktdrahtes zueinander versetzt angeordnet werden, beispielsweise um ungefähr die Hälfte des Abstandes zweier Kontaktdrähte zueinander versetzt. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl von Kontaktdrähten jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen um eine Distanz von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 25 mm, beispielsweise um eine Distanz von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 15 mm, zueinander versetzt angeordnet werden.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann eine Kontaktstruktur oder können mehrere Kontaktstrukturen auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle(n) aufgebracht werden, wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten zumindest teilweise auf der Kontaktstruktur angeordnet sind. Die Kontaktdrähte können grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zu der Kontaktstruktur angeordnet sein, beispielsweise längs (d. h. anschaulich im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstrukturen) oder in einem Winkel von 90° (d. h. anschaulich im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktstrukturen) zur Kontaktstruktur.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen können bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls eine Kontaktstruktur oder mehrere Kontaktstrukturen auf der Rückseite der Photovoltaikzelle(n) aufgebracht werden.
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Die Kontaktstruktur kann eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktfingern aufweisen.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann jeweils die Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Photovoltaikzelle befestigt werden.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann jeweils die Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Photovoltaikzelle befestigt werden mittels Lötens und/oder mittels Bondens und/oder mittels Klebens.
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Zwischen der ersten Photovoltaikzelle und der zweiten Photovoltaikzelle kann die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten durchtrennt werden.
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Das Durchtrennen kann mittels eines Lasers oder mittels einer mechanischen Schneidvorrichtung, beispielsweise zugarm oder zugfrei, erfolgen.
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Bei zumindest einigen der Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls kann jeweils ein Randbereich der jeweiligen Photovoltaikzelle mit einer elektrisch isolierenden Schicht beaufschlagt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen bereitgestellt. Die Einrichtung kann aufweisen eine Kontaktdraht-Zuführeinrichtung zum Zuführen einer Vielzahl von Kontaktdrähten; und eine Einrichtung, eingerichtet zum Aufbringen einer ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Vorderseite einer ersten Photovoltaikzelle; zum Aufbringen einer zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite der ersten Photovoltaikzelle; zum Aufbringen der ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite einer zweiten Photovoltaikzelle; und zum Aufbringen der zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Vorderseite der zweiten Photovoltaikzelle; wobei die Einrichtung ferner derart eingerichtet ist, dass die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten zueinander versetzt angeordnet werden.
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Die Kontaktdrähte können ein Metall aufweisen, beispielsweise Nickel, Kupfer, Aluminium und/oder Silber oder ein anderes geeignetes Metall. Weiterhin können die Kontaktdrähte mit einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet werden oder sein, beispielsweise mit Silber, Sri und/oder Nickel und/oder einer Lotbeschichtung, aufweisend oder bestehend beispielsweise aus Sn-Pb, Sn-Pb-Ag, Sn-Bi.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls eine quadratische Form aufweisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls Jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehreren (in ihrer Form auch als Standard-Photovoltaikzelle bezeichneten) Photovoltaikzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Photovoltaikzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Photovoltaikzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1A einen Teil Photovoltaikzellenstrings eines zu bildenden Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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1B einen vergrößerten Ausschnitt des Teils des Photovoltaikzellenstrings gemäß 1A;
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2 eine Draufsicht auf mehrere Photovoltaikzellen eines Photovoltaikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, in der das Durchtrennen von Kontaktdrähten zwischen jeweils zwei einander benachbarten Photovoltaikzellen dargestellt ist;
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3 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist;
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4A bis 4D eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrisch leitfähigen Kontaktes mehrerer Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel in mehreren Zuständen der Kontaktierung;
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5 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist;
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6 eine Skizze zur Beschreibung einer Photovoltaikzellen-Positionierung zwischen zwei aufgespannten Kontaktdrahtfeldern sowie eines Kontaktdrahtfeldwechsels gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7A bis 7C einen Ausschnitt sowie ein Teilstück eines Förderbandes mit kammartigen Strukturen zur Kontaktdrahtpositionierung und Photovoltaikzellen-Positionierung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8A und 8B eine Darstellung einer mechanischen Kontaktdrahttrennvorrichtung in Längsschnittansicht (8A) und Querschnittansicht (8B) gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 einen Ausschnitt aus einer halbstarren Kettenförderung zur Aufnahme einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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10 eine Matrix zur Ablage und Positionierung von Photovoltaikzellen und zur Führung von Kontaktdrähten zur Kontaktierung der Photovoltaikzellen untereinander und mit Querverbindern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Photovoltaikzelle eine Einrichtung verstanden, die Strahlungsenergie (in dem Fall einer Solarzelle beispielsweise von überwiegend sichtbarem Licht (es ist anzumerken, dass zusätzlich auch Ultraviolett(UV)-Strahlung und/oder Infrarot(IR)-Strahlung umgewandelt werden kann), beispielsweise von Sonnenlicht) direkt in elektrische Energie umwandelt mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einem Photovoltaikmodul eine elektrisch anschlussfähige Einrichtung verstanden mit mehreren Photovoltaikzellen, und optional mit einem Witterungsschutz (beispielsweise Glas), einer Einbettung und einer Rahmung.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden ein Produkt (Photovoltaikzellen-String (beispielsweise Solarzellenstring)/Photovoltaikmodul (beispielsweise Solarmodul)), ein Verfahren und eine Anlage zur Verschaltung von Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen) bereitgestellt.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Vorderseiten – Rückseitenkontakt für Strings von Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen) mittels Feldern weitestgehend paralleler dünner Kontaktdrähte (auch bezeichnet als Kontaktdrahtfelder) erzeugt, um eine Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) mittels vieler dünner Kontaktdrähte elektrisch zu kontaktieren, wobei verschiedene Ausführungsbeispiele ohne einen optisch transparenten Film als Trägermaterial auskommen.
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Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele führen zu einem Photovoltaikmodul mit einer neuartigen Verbindung der Photovoltaikzellen im Photovoltaikmodul. Die neuartige Verschaltung zeigt sich im Photovoltaikmodul beispielsweise anschaulich durch eine versetzte Anordnung der Kontaktdrähte von Kontaktdrahtfeldern auf der gleichen Seite zweier benachbarter Photovoltaikzellen in einem Photovoltaikzellen-String oder auch durch eine versetzte Anordnung der Kontaktdrähte von Kontaktdrahtfeldern auf der Vorderseite bzw. Rückseite derselben Photovoltaikzelle und zeichnet dieses vor anderen ähnlichen Produkten aus. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann mit einem Kontaktdrahtfeld gearbeitet werden und auf die Verwendung eines Hilfsmaterials, beispielsweise eines Trägermaterials verzichtet werden.
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Die in verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendeten Photovoltaikzellen weisen beispielsweise keine Sammelschienen (so genannte Busbars) auf (die allerdings in alternativen Ausführungsbeispielen, wenn gewünscht, vorgesehen sein können) sondern lediglich, möglicherweise modifizierte Kontaktfinger (auch bezeichnet als Gridfinger) (z. B. mit einem frontseitig am Photovoltaikzellenrand verbreiterten Kontaktfinger) sowie rückseitig modifizierten quer zur Verschaltungsrichtung angebrachten Busbars. Die übliche Spiegelsymmetrie von Photovoltaikzellen in Bezug auf die Verschaltungsrichtung kann ebenfalls aufgehoben sein um die Kontaktstruktur dem alternierenden Versatz der beiden Drahtfelder anzupassen. Die Photovoltaikzellenform muss nicht zwangsläufig quadratisch ausgeführt sein, es sind auch rechteckige Formen denkbar oder sogar günstig. Auch runde oder beliebige Formen sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen. Da die beiden Kontaktdrahtfelder zueinander versetzt angeordnet sind, kann es ferner in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die Photovoltaikzelle in Kontaktdrahtrichtung (anders ausgedrückt in Verlaufsrichtung der Kontaktdrähte) nicht mehr symmetrisch aufgebaut sein muss sondern auch die Kontaktstrukturen) alternierend je nach Versatz des Kontaktdrahtfeldes angepasst ist (sind).
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1A zeigt einen Teil eines vorgefertigten Photovoltaikzellenstrings 100 (beispielsweise ein Zwischenprodukt der Herstellung von Photovoltaikzellenstrings und Photovoltaikmodulen, beispielsweise Solarmodulen) gemäß einem Ausführungsbeispiel und 1B zeigt einen vergrößerten Ausschnitt A des Teils des Photovoltaikzellenstring-Zwischenprodukts 100 gemäß 1A.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Zwischenprodukt 100, anders ausgedrückt, der Photovoltaikzellenstring 100, mehrere Photovoltaikzellen 102, 104, 106 (beispielsweise mehrere Solarzellen 102, 104, 106) auf. Zumindest eine (in verschiedenen Ausführungsbeispielen alle) der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 kann (können) aufweisen: eine erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 (im Folgenden auch bezeichnet als erstes Kontaktdrahtfeld 108) auf einer ersten Seite (beispielsweise einer Vorderseite, auch bezeichnet als Emitterseite oder Sonnenseite) der Photovoltaikzelle 102, 104, 106. Die jeweilige Photovoltaikzelle 102, 104, 106 kann ferner eine zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 (im Folgenden auch bezeichnet als zweites Kontaktdrahtfeld 110) auf einer zweiten (der ersten Seite gegenüberliegenden) Seite (beispielsweise einer Rückseite) der Photovoltaikzelle 102, 104, 106 aufweisen. Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 können zueinander versetzt angeordnet sein. Die Anzahl der Kontaktdrähte des ersten Kontaktdrahtfelds 108 kann gleich sein der Anzahl der Kontaktdrähte des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 oder unterschiedlich sein zu derselben (kleiner oder größer).
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Die Photovoltaikzellen 102, 104, 106 können jeweils eine Schicht aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, aufweisen, im Folgenden auch bezeichnet als Photovoltaikschicht. Die Photovoltaikschicht weist eine Vorderseite (auch bezeichnet als Emitterseite) und eine Rückseite auf. Die Photovoltaikschicht kann aufweisen oder bestehen aus Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise GaAs), II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe, I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise Kupfer-Indium-Disulfid). Als eine Alternative kann die Photovoltaikschicht aufweisen ein oder bestehen aus einem organischen Material. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, und/oder mikrokristallinem Silizium. Die Photovoltaikschicht kann einen Halbleiter-Übergang aufweisen wie beispielsweise eine pn-Übergang-Struktur, eine pin-Übergang-Struktur, eine Schottky-Übergang-Struktur oder dergleichen.
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Ferner kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Antireflexionsschicht, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder einem beliebigen anderen geeigneten Material, auf der Photovoltaikschicht oder der optionalen lichttransparenten elektrisch leitfähigen Schicht vorgesehen sein.
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Weiterhin kann eine Kontaktstruktur oder können mehrere Kontaktstrukturen, beispielsweise in Form von elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen (beispielsweise in Form von Kontaktfingern) auf der Photovoltaikzelle aufgebracht sein, wobei die Kontaktstruktur(en) von einer elektrisch leitfähigen Paste gebildet werden kann oder können, die in verschiedenen Ausführungsbeispielen vor, während oder nach dem Aufbringen der Kontaktdrähte in die Antireflexionsschicht eingebrannt werden kann oder können, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktdrähten und der Photovoltaikschicht gebildet werden kann mittels der elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen. Ferner können auch elektrisch leitfähige Kontaktstrukturen auf der Rückseite der Photovoltaikzelle vorgesehen sein.
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Die Kontaktstruktur(en) kann oder können linienförmig, segmentlinienförmig oder punktförmig aufgebracht sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann oder können die Kontaktstruktur(en), beispielsweise die einzelnen Kontaktfinger, jeweils eine Breite von mindestens 25 μm aufweisen, beispielsweise eine Breite von mindestens 100 μm. Die Dicke der Kontaktstrukturen 208 kann in einem Bereich liegen von ungefähr 5 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich ungefähr 10 μm bis ungefähr 15 μm.
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Die Kontaktstruktur(en) kann oder können mittels einer Kontaktstruktur-Aufbringeinrichtung (nicht dargestellt) aufgebracht werden, wobei die Kontaktstruktur-Aufbringeinrichtung eingerichtet sein kann zum Aufbringen der Kontaktstruktur mittels eines Siebdruckverfahrens oder mittels eines Extrusionsdruckverfahrens. So kann anschaulich gemäß verschiedenen Ausgestaltungen die Kontaktstruktur-Aufbringeinrichtung eine Siebdruckeinrichtung oder eine Extrusionsdruckeinrichtung (beispielsweise mit einer Mehrzahl von Extrusionsdruckköpfen) aufweisen. Weiterhin kann oder können die Kontaktstruktur(en) durch eine elektrochemische oder galvanische Abscheidung gebildet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 parallel zueinander versetzt angeordnet, beispielsweise um ungefähr die Hälfte des Abstandes a zweier Kontaktdrähte zueinander versetzt. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte des ersten Kontaktdrahtfelds 108 in einem Abstand a voneinander angeordnet sein in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 30 mm. Weiterhin können gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen die Kontaktdrähte des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 in einem Abstand a voneinander angeordnet sein in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 30 mm. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten zueinander versetzt angeordnet sein, beispielsweise um eine Distanz von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 25 mm, beispielsweise um eine Distanz von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 15 mm, zueinander versetzt angeordnet sein.
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Die Kontaktdrahtfelder 108, 110 können jeweils eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kontaktdrähten aufweisen, beispielsweise ungefähr 3 Kontaktdrähte bis ungefähr 90 Kontaktdrähte, beispielsweise ungefähr 5 Kontaktdrähte bis ungefähr 50 Kontaktdrähte, beispielsweise ungefähr 20 Kontaktdrähte.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind dünne Kontaktdrähte vorgesehen, wobei die Kontaktdrähte beispielsweise einen Durchmesser aufweisen von kleiner als 400 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 350 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 300 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 250 μm. Die Kontaktdrähte der Kontaktdrahtfelder 108, 110, können im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, alternativ in einem Winkel zueinander, wobei in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Kontaktdrähte sich jedoch entlang ihrer Längserstreckung nicht berühren. Die Kontaktdrähte können eingerichtet sein zum Sammeln und Übertragen von elektrischer Energie, beispielweise von elektrischem Strom, die von der jeweiligen Photovoltaikzelle 102, 104, 106, beispielsweise von der jeweiligen mindestens einen Photovoltaikschicht, erzeugt wird.
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Die Kontaktdrähte können aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise metallisch leitfähigem Material, das enthalten kann oder bestehen kann aus einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. Die Kontaktdrähte können aufweisen ein oder bestehen aus einem Metall, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Cu, Au, Ag, Pb und Sn. Weiterhin können die Kontaktdrähte mit einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet sein, beispielsweise mit Silber und/oder Nickel. Die Kontaktdrähte können als Kupferdrähte ausgebildet sein, die beispielsweise mit einer Diffusionssperrschicht (z. B. aus Ni, Co) und/oder einer Lotschicht (z. B. Sn, Ag, Sn-Ag, Sn-Pb, Sn-Bi) versehen sind.
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Die Kontaktdrähte können im Allgemeinen einen beliebigen Querschnitt aufweisen, wie beispielsweise einen runden Querschnitt, einen ovalen Querschnitt, einen dreieckförmigen Querschnitt, einen rechteckförmigen Querschnitt (beispielsweise einen quadratischen Querschnitt), oder einen Querschnitt jeder beliebigen anderen Polygonform. Die Kontaktdrähte können ferner eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
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Die Verschaltung der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 führt zu Photovoltaikzellen-Strings unterschiedlicher Länge von beispielsweise 10 Photovoltaikzellen (in alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Photovoltaikzellen-String eine Länge von 3 Photovoltaikzellen bis 40 Photovoltaikzellen, beispielsweise eine Länge von 5 Photovoltaikzellen bis 15 Photovoltaikzellen aufweisen), die Photovoltaikzellen-Strings können unterschiedliche Anordnungen im Photovoltaikmodul aufweisen (sie können z. B. in Längsrichtung oder in Querrichtung angeordnet sein).
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Wie oben beschrieben worden ist, kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Nutzung zweier unabhängiger Kontaktdrahtfelder 108, 110 vorgesehen sein, welche beispielsweise um ungefähr die Hälfte des Kontaktdrahtabstandes gegeneinander versetzt angeordnet sein können. Die beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 bestehen beispielsweise aus jeweils 5 Kontaktdrähten bis 90 Kontaktdrähten (beispielsweise ungefähr 20 Kontaktdrähte) in nahezu äquidistanter Anordnung mit einem mittleren Kontaktdrahtabstand in einem Bereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 30 mm, und mit einer jeweiligen Kontaktdrahtdicke in einem Bereich von beispielsweise ungefähr 50 μm bis ungefähr 300 μm. Der Querschnitt der Kontaktdrähte kann unterschiedliche Geometrie aufweisen, z. B. rund, oval, rechteckig, trapezoid, dreieckig u. a.
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Die beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit jeder verarbeiteten Photovoltaikzelle eines Photovoltaikzellen-Strings und damit eines Photovoltaikmoduls von der Vorderseite einer Photovoltaikzelle auf die Rückseite einer jeweils unmittelbar benachbarten Photovoltaikzelle wechseln und umgekehrt. Die 1A und 1B zeigen den Aufbau des Photovoltaikzellen-Verbundes nach der Positionierung der Kontaktdrahtfelder 108, 110. Die Kontaktdrahtfelder 108, 110 werden anschaulich webartig auf die Photovoltaikzellen 102, 104, 106 eines Photovoltaikzellen-Strings und damit eines Photovoltaikmoduls 100 aufgebracht.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Photovoltaikzellen 102, 104, 106 des Photovoltaikmoduls 100 ferner aufweisen eine Kontaktstruktur (beispielsweise in Form der oben beschriebenen elektrisch leitfähigen Kontaktfinger) auf der Vorderseite der jeweiligen Photovoltaikzelle 102, 104, 106; wobei die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 zumindest teilweise auf der Kontaktstruktur angeordnet sind. Die Kontaktdrähte können grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zu der Kontaktstruktur angeordnet sein, beispielsweise längs (d. h. anschaulich im Wesentlichen parallel zu den Kontaktstrukturen) oder in einem Winkel von 90° (d. h. anschaulich im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktstrukturen) zur Kontaktstruktur.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 kann auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle 102, 104, 106 befestigt sein, wobei die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 auf der Rückseite der Photovoltaikzelle 102, 104, 106 befestigt sein kann.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 kann auf der Vorderseite (anders ausgedrückt der Emitterseite oder der Sonnenseite) der Photovoltaikzelle 102, 104, 106 befestigt sein mittels einer Lötverbindung und/oder mittels einer Bondverbindung und/oder mittels einer Klebeverbindung. Die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 kann auf der Rückseite der Photovoltaikzelle 102, 104, 106 befestigt sein mittels einer Lötverbindung und/oder mittels einer Bondverbindung und/oder mittels einer Klebeverbindung.
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Ein oder mehrere Randbereiche der Photovoltaikzelle können mit einer elektrisch isolierenden Schicht beaufschlagt sein. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Kurzschluss beim Durchtrennen von Kontaktdrähten zwischen zwei benachbarten Photovoltaikzellen 102, 104, 106, wie es z. B. im Folgenden beschrieben wird, mittels einer Laseranordnung, vermieden werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Photovoltaikmodul 100 auf eine Mehrzahl von Photovoltaikzellen 102, 104, 106, wobei auf einer Vorderseite einer jeden Photovoltaikzelle 102, 104, 106 eine Mehrzahl von Kontaktdrähten angeordnet sind; wobei die Mehrzahl von Kontaktdrähten jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen 102, 104, 106 zueinander versetzt angeordnet sind.
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Aufgrund des webartigen Aufbringens der Kontaktdrahtfelder 108, 110 auf die Vorderseite bzw. Rückseite der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 des Photovoltaikzellen-Strings gemäß dem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen entsteht vorerst ein Photovoltaikzellen-String mit einer unerwünschten Kurzschlussschaltung der Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen). Um die Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen) in eine elektrisch sinnvolle Reihenschaltung zu bringen ist es gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, überflüssige und störende Kontaktdrahtbrücken zu entfernen. Dazu werden wechselseitig der Kontaktdraht jedes Kontaktdrahtfelds 108, 110 in jedem zweiten Photovoltaikzellen-Zwischenraum entfernt, wie in 2 in einem Ausschnitt 200 dargestellt ist.
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Wie in 2 dargestellt ist, sind die Kontaktdrähte des ersten Kontaktdrahtfelds 108 (welches von der Vorderseite einer ersten Photovoltaikzelle 102 auf die Rückseite einer unmittelbar zu der ersten Photovoltaikzelle 102 benachbart angeordneten zweiten Photovoltaikzelle 104 und dann wieder auf die Vorderseite einer dritten Photovoltaikzelle 106, die ihrerseits unmittelbar zu der zweiten Photovoltaikzelle 104 benachbart angeordnet ist, geführt ist) in einem Zwischenraum zwischen der ersten Photvoltaikzelle 102 und der zweiten Photovoltaikzelle 104 durchtrennt, wie in 2 mittels erster Trennbereiche 202 symbolisiert ist.
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Weiterhin sind die Kontaktdrähte des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 (welches von der Rückseite der ersten Photovoltaikzelle 102 auf die Vorderseite der zweiten Photovoltaikzelle 104 und dann wieder auf die Rückseite der dritten Photovoltaikzelle 106 geführt ist) in einem Zwischenraum zwischen der zweiten Photovoltaikzelle 104 und der dritten Photovoltaikzelle 106 durchtrennt, wie in 2 mittels zweiter Trennbereiche 204 symbolisiert ist. Das Durchtrennen kann mittels eines Lasers oder mittels einer mechanischen Schneidvorrichtung oder einer mechanischen Stanzvorrichtung erfolgen. Es ist weiterhin in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Einrichtung vorgesehen, mittels derer ausgeschnittene Kontaktdrahtstücke beispielsweise mittels einer Vakuumeinrichtung entfernt bzw. abgesaugt werden. Denkbar ist ebenfalls die Kontaktdrahtenden mittels einer geeigneten Einrichtung nach dem Kontaktdrahttrennen über die zuvor elektrisch isolierten Kanten der Photovoltaikzelle, beispielsweise Solarzelle, zu biegen um die Kontaktdrahtenden elektrisch voneinander zu isolieren.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300, in dem die zentralen Schritte eines Verfahrens zum Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen 102, 104, 106 mittels zweier unabhängiger Kontaktdrahtfelder gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt sind.
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Das Verfahren kann in 302 aufweisen ein Aufbringen einer ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Vorderseite einer ersten Photovoltaikzelle und ein Aufbringen einer zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der Rückseite einer ersten Photovoltaikzelle versetzt, beispielsweise parallel versetzt, zur ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten. Beide Prozessschritte können simultan erfolgen oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander.
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Weiterhin kann in 304 nach einem Wechsel des Kontaktdrahtfeldes von der Vorderseite auf die Rückseite der Photovoltaikzelle die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten auf einer Rückseite einer zweiten Photovoltaikzelle aufgebracht werden, und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten kann nach einem Wechsel des Kontaktdrahtfeldes von der Rückseite auf die Vorderseite der Photovoltaikzelle auf einer Vorderseite der zweiten Photovoltaikzelle aufgebracht werden. Beide Prozessschritte können ebenfalls simultan erfolgen oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander.
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Es ist weiterhin in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, während dieses Prozessschrittes die elektrische Kontaktierung der beiden Kontaktdrahtfelder mit der ersten Photovoltaikzelle vorzunehmen, dies kann jedoch auch zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt in dem Herstellungsprozess erfolgen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass das zueinander versetzte Anordnen der Kontaktdrähte zu Beginn des Verfahrens vorgesehen sein kann und dass nach dem Anordnen der Kontaktdrähte die Photovoltaikzellen zwischen die beiden Mehrzahlen von Kontaktdrähten geschoben werden können.
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Weiterhin kann in 306 ein Durchtrennen der ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten oder der zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten zwischen der ersten Photovoltaikzelle und der zweiten Photovoltaikzelle vorgesehen sein.
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Die erste Mehrzahl von Kontaktdrähten 108 und die zweite Mehrzahl von Kontaktdrähten 110 können zwischen der ersten Photovoltaikzelle 102 und der zweiten Photovoltaikzelle 104 und zwischen der zweiten Photovoltaikzelle 104 und der dritten Photovoltaikzelle 106 beispielsweise jeweils webartig aneinander vorbei geführt werden, usw., so dass sie jeweils abwechselnd von der Vorderseite einer Photovoltaikzelle auf die Rückseite einer unmittelbar benachbarten Photovoltaikzelle geführt werden.
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Die Mehrzahl von Kontaktdrähten 108, 110 einander benachbarter Photovoltaikzellen 102, 104, 106 kann derart zueinander versetzt angeordnet werden, dass sie sich lateral nicht überlappen. Anders ausgedrückt kann die Mehrzahl von Kontaktdrähten 108, 110 jeweils einander benachbarter Photovoltaikzellen 102, 104, 106 parallel zueinander versetzt angeordnet werden.
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4A bis 4D zeigen eine Einrichtung zum mechanischen Verbinden sowie elektrischen Kontaktieren mehrerer Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel in mehreren Zuständen der Erzeugung eines Photovoltaikzellenstrings.
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Somit ist ein möglicher Prozessablauf in 4A bis 4D beschrieben und kann beispielsweise aufweisen:
- 1. Photovoltaikzellen-Ablage und Photovoltaikzellen-Positionierung;
- 2. Kontaktierung und Kontaktdrahtfeldwechsel;
- 3. Photovoltaikzellen-String-Vorschub; und
- 4. Kontaktdrahttrennen.
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Wie in 4A in einem ersten Prozesszustand 400 dargestellt ist, sind die Kontaktdrahtfelder 108, 110 schon auf die erste Photovoltaikzelle 102 aufgebracht, nämlich das erste Kontaktdrahtfeld 108 auf die Vorderseite der ersten Photovoltaikzelle 102 und das zweite Kontaktdrahtfeld 110 auf die Rückseite der ersten Photovoltaikzelle 102.
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Die Einrichtung zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen 102, 104, 106 weist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Photovoltaikzellenstring-Transporteinrichtung auf, beispielsweise implementiert als ein Förderband oder Transportband, zum Transportieren des Photovoltaikzellenstrings während seines Aufbaus. Ferner weist die Einrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Photovoltaikzellen-Zuführeinrichtung auf, beispielsweise implementiert als ein Greifwerkzeug, mit dem die Photovoltaikzellen 102, 104, 106 zwischen den Kontaktdrahtfeldern auf das Förderband oder Transportband abgelegt werden. Alternative Implementierungen der Photovoltaikzellen-Transporteinrichtung werden im Folgenden noch näher erläutert.
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Weiterhin sind die beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 schon webartig aneinander in der Richtung bezogen auf die Transportrichtung der Photovoltaikzellenstring-Transporteinrichtung 402 und der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 (symbolisiert in 4A mittels eines ersten Richtungspfeils 404) vorbeigeführt. In Analogie zu einem Webverfahren können die Kontaktdrähte der beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 als die Kettfäden betrachtet werden. Weiter in Analogie zu einem Webverfahren können die einzelnen Photovoltaikzellen des zu bildenden Photovoltaikzellen-Strings und damit des zu bildenden Photovoltaikmoduls als die Schussfäden betrachtet werden.
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Die zweite Photovoltaikzelle 104 wird in dem zwischen den beiden Kontaktdrahtfeldern 108, 110 gebildeten Raum (in Analogie zu einem Webverfahren) positioniert und mit ihrer Rückseite auf die Kontaktdrähte des ersten Kontaktdrahtfelds 108 gelegt.
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Wie in 4B in einem zweiten Prozesszustand 420 dargestellt ist, sind die Kontaktdrahtfelder 108, 110 nunmehr auf die zweite Photovoltaikzelle 104 aufgebracht, wobei ein Seitenwechsel der Kontaktdrahtfelder stattgefunden hat und das erste Kontaktdrahtfeld 108 auf die Rückseite der zweiten Photovoltaikzelle 104 und das zweite Kontaktdrahtfeld 110 auf die Vorderseite der zweiten Photovoltaikzelle 104 aufgebracht sind. Weiterhin ist in 4B dargestellt, dass die Kontaktdrähte der Kontaktdrahtfelder 108, 110 mit den Kontaktstrukturen der zweiten Photovoltaikzelle 104 fixiert werden. Im hier dargestellten Fall werden die Kontaktdrahtfelder 108, 110 auf die Kontaktstrukturen der Photovoltaikzelle gelötet und dabei mittels einer kombinierten oder aus mehreren Einzelvorrichtungen gebildeten Niederhalt-/Löteinrichtung 422 auf die jeweilige Oberfläche der zweiten Photovoltaikzelle 104 gedrückt werden (die Aufpressrichtung der Niederhalt-/Löteinrichtung 422 in Richtung auf die obere Oberfläche der zweiten Photovoltaikzelle 104 ist mittels eines zweiten Richtungspfeils 424 symbolisiert).
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist ferner die elekto-mechanische Fixierung der Kontaktdrahtfelder mit den Kontaktstrukturen durch Kleben oder Bonden vorgesehen.
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Weiterhin sind die beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 ein weiteres Mal webartig aneinander in senkrechter Richtung bezogen auf die Transportrichtung der Photovoltaikzellen-Transporteinrichtung 402 und der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 (symbolisiert in 4B mittels eines dritten Richtungspfeils 426) vorbeigeführt.
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Wie in 4C in einem dritten Prozesszustand 440 dargestellt ist, werden dann die auf der Photovoltaikzellen-Transporteinrichtung 402 sich schon befindenden Photovoltaikzellen, nämlich die erste Photovoltaikzelle 102 und die zweite Photovoltaikzelle 104 in einer mittels eines vierten Richtungspfeils 442 symbolisierten Richtung (in 4C nach links) mit Hilfe des Photovoltaikzellen(string)-Transportbandes 402 weitertransportiert (Photovoltaikzellen-String-Vorschub).
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Wie in 4D in einem vierten Prozesszustand 460 dargestellt ist, werden dann die Kontaktdrähte jeweils eines Kontaktdrahtfelds 108, 110 durchtrennt, beispielsweise mittels einer Kontaktdrahttrenneinrichtung 462, wie sie im Folgenden noch näher erläutert wird. Dies bedeutet, dass entweder nur die Kontaktdrähte des ersten Kontaktdrahtfelds 108 oder nur die Kontaktdrähte des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 in diesem Prozessschritt durchtrennt werden, so dass immer noch eine elektrische Verbindung, nämlich eine Serienschaltung zwischen jeweils zwei einander benachbarten Photovoltaikzellen 102, 104 mittels der nicht durchtrennten Kontaktdrähte, bestehen bleibt; es wird durch dieses Durchtrennen der durch die Art und Weise der Kontaktierung resultierende Kurzschluss einer Photovoltaikzelle entfernt.
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Anschaulich werden mit jeder verarbeiteten Photovoltaikzelle 104 die beiden Kontaktdrahtfelder 108, 110 parallel zu, anders ausgedrückt gleichzeitig mit, dem Lötschritt der vorherigen Photovoltaikzelle 102 oder optional auch erst im Anschluss an den Lötschritt der vorherigen Photovoltaikzelle 102 von der Vorderseite auf die Rückseite und umgekehrt gewechselt. Dabei wird die jeweils neue Photovoltaikzelle 104 von den beiden Kontaktdrahtfeldern 108, 110 umschlossen.
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6 zeigt den Aufbau des Photovoltaikzellen-Verbundes für mehrere Photovoltaikzellen nach deren Positionierung. Durch Wiederholung des Vorgangs entsteht kontinuierlich ein im Prinzip endloser Photovoltaikzellen-String.
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Somit kann dieser in 4A bis 4D beschriebene Prozess wiederholt durchgeführt werden, im Allgemeinen mit einer beliebigen Anzahl von Wiederholungen, so dass ein Photovoltaikzellen-String gewünschter Länge auf die beschriebene Weise gebildet wird.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm 500, in dem ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren auf, in 502, ein Anordnen von Photovoltaikzellen und Querverbindern zu einem Photovoltaikzellen-String.
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Das Verfahren kann ferner aufweisen, in 504, ein Positionieren und Aufbringen der ersten Mehrzahl und der zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten auf der ersten Seite (beispielsweise Vorderseite oder Rückseite) bzw. zweiten Seite (der jeweils anderen Seite) der Photovoltaikzellen und Querverbinder, und dabei gegebenenfalls eine Beschichtung der Kontaktdrähte.
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In 506 kann ein Durchtrennen der ersten Mehrzahl von Kontaktdrähten bzw. der zweiten Mehrzahl von Kontaktdrähten zwischen zwei Photovoltaikzellen sowie zwischen Photovoltaikzellen und Querverbindern vorgesehen sein.
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Das Verfahren kann ferner in 508 aufweisen ein Anordnen von mehreren Photovoltaikzellen-Strings zu einer Photovoltaikmodulmatrix.
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In 510 kann ferner eine Kontaktierung der Querverbinder durchgeführt werden.
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Ferner können in 512 eine Einbettung der Photovoltaikmodulmatrix und eine (End-)Fertigung zu einem Photovoltaikmodul durchgeführt werden.
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Im Folgenden werden einige Verfahrensschritte verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrieben sowie weitere Verfahrensschritte erläutert welche das Grundverfahren notwendigerweise oder auch optional unterstützen.
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Das Verfahren kann folgende Schritte aufweisen:
- 1. Photovoltaikzellen-Inspektion;
- 2. Kontaktdrahthandling;
- 3. Kontaktdrahtfunktionalisierung;
- 4. Photovoltaikzellen-Ablage und Photovoltaikzellen-Positionierung;
- 5. Realisierung von Photovoltaikzellen-Stringanfang und Photovoltaikzellen-Stringende;
- 6. Verbindungsschritt;
- 7. Kontaktdraht- und Querverbindertrennen;
- 8. Matrixlegung und Querverschaltung; und
- 9. Einbettung der Photovoltaikzellen-Matrix und Fertigung des Photovoltaikmoduls.
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Die beschriebene Abfolge der Prozessschritte ist lediglich beispielhaft zu sehen und soll bezüglich der Erfindung nicht einschränkend gelten. Die einzelnen Prozesse selbst sind optional, und die Reihenfolge der einzelnen Prozessschritte kann grundsätzlich beliebig verändert werden, so weit sinnvoll.
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Es wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Photovoltaikzellen-Inspektion durchgeführt. Da ein Auswechseln beschädigter Photovoltaikzellen 102, 104, 106 im Photovoltaikzellen-String nur unter großem Aufwand realisierbar ist, werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Photovoltaikzellen 102, 104, 106 vor der Verarbeitung auf Risse oder andere Fehler geprüft. Dies kann z. B. durch einen definierten „Stresstest” mittels Ultraschall/Vibration, Bending etc. geschehen. Weiterhin ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine optische Inspektion der Photovoltaikzellen 102, 104, 106 mittels verschiedener Techniken der Bildverarbeitung vorgesehen.
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Es wird ferner in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Kontaktdrahthandling durchgeführt. Um einen Wechsel des Kontaktdrahtfelds zur Minimierung der Standzeiten möglichst selten durchzuführen können in verschiedenen Ausführungsbeispielen relativ große Kontaktdraht-Spulen (als Implementierung einer oder mehrerer Kontaktdraht-Zuführeinrichtungen) (Gewicht beispielsweise ungefähr 0,5 kg bis ungefähr 25 kg, Kontaktdrahtlänge beispielsweise ungefähr 1 km bis ungefähr 1000 km) eingesetzt werden. Der Kontaktdraht wird daher in verschiedenen Ausführungsbeispielen aktiv gefördert bzw. aktiv abgerollt, um eine Krafteinwirkung auf den Kontaktdraht und die Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen) zu verringern. Um den Kontaktdrahtfeldwechsel rasch und unkompliziert durchzuführen kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Kontaktdrahtwechsel per Austauscheinrichtung (auch bezeichnet als „Swap Kit”) erfolgen. So ist im einfachsten Fall in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, zur Stabilisierung und Fixierung des passenden Kontaktdrahtabstandes auf einem Querverbinder oder einer vergleichbaren Einheit z. B. durch Löten, Kleben, etc. befestigte Kontaktdrahtfelder einzusetzen welche in einem einzigen Schritt in die Anlage zur Montage der Kontaktdrähte eingeführt werden. Um den Verbindungs- und Positionierungsschritt der Kontaktdrähte für das „Swap Kit” zu erleichtern, kann z. B. eine kammförmige Einheit zur Unterstützung des Einfädelns der Kontaktdrähte eingesetzt werden.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Kontaktdrahtfunktionalisierung durchgeführt. Die Kontaktdrähte bzw. das gesamte Kontaktdrahtfeld kann optional funktionalisiert werden, indem es beispielsweise für einen anschließenden Lötprozess bei Verwendung eines vorbeloteten Kontaktdrahtes durch kontinuierliches Tauchen oder Besprühen mit einem Flussmittel beschichtet wird. Eine Belotung eines unbeloteten Kontaktdrahtes kann ebenfalls in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Für einen Klebeprozess kann auch ein möglichst lichtdurchlässiger, leitfähiger Klebstoff (beispielsweise auf Methacrylatbasis, UV-härtbar) appliziert werden, welcher die Fixierung des Kontaktdrahtes auf der Photovoltaikzelle (beispielsweise Solarzelle) unterstützt und durch den Prozess bedingte Kräfte auf die Kontaktstrukturen verringert.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Photovoltaikzellen-Ablage und Photovoltaikzellen-Positionierung durchgeführt. Mittels eines geeigneten Greifwerkzeugs werden die Photovoltaikzellen 102, 104, 106, 604 (beispielsweise Solarzellen) beispielsweise lateral zwischen die beiden geöffneten (anders ausgedrückt aufgespannten) Kontaktdrahtfelder 108, 110 positioniert und abgelegt, wie beispielsweise in der Skizze 600 in 6 dargestellt ist. Weiterhin ist mittels Richtungspfeilen 604 ein webartiger Kontaktdrahtwechsel dargestellt. Die laterale Positionierung der Kontaktdrähte kann beispielsweise mittels Anschlägen, z. B. durch zwei senkrecht zueinander angeordnete kammförmige Einheiten 702, 704 geschehen (vgl. Positionierungsanordnung 700 mit Vertiefungen 706 zur Aufnahme der Photovoltaikzellen 102, 104, 106, 602 in 7A bis 7C). In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist eine Ausführung vorgesehen, bei der mittels kurzer Führungsstifte (Konen, Kegel) sowohl die Kontaktdrahtführung (jeder Kontaktdraht läuft dabei stets zwischen zwei Stiften 708) als auch die exakte Photovoltaikzellen-Positionierung (Lage im Photovoltaikzellen-String und Abstand zur nächsten Photovoltaikzelle) unterstützt werden. Seitliche Führungsstifte 710 fixieren die seitliche Lage der jeweiligen Photovoltaikzelle. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es weiterhin vorgesehen, die kammförmigen Einheiten 702, 704 zum Verschieben der zwischen den Kontaktdrahtfeldern 108, 110 eingesetzten, jedoch nur grob vorpositionierten Photovoltaikzellen 102, 104, 106, 602, in eine endgültige Position, zu verwenden. Diese Vorgehensweise hat beispielsweise den Vorteil, dass der Photovoltaikzellen-String mechanisch fixiert und bis zum Verbindungsschritt (oder auch noch nachträglich) stabilisiert wird. Die Anschläge 702, 704 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen weitere Funktionen aufweisen wie z. B. die Photovoltaikzellen nicht nur lateral in Position zu bringen und zu halten, sondern auch ein Anheben der Photovoltaikzellen von der Oberfläche des Transportbands 402 während des Kontaktdrahtfeldwechsels zu unterbinden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist jedoch auch eine Positionierung der Photovoltaikzellen mittels optischer Systeme vorgesehen. Der Transport der Photovoltaikzellen-Strings kann mittels flexiblen Transportbändern 402 oder aber auch mit halbstarren umlaufenden flexibel verbundenen Einheiten, von denen jede jeweils eine einzelne Photovoltaikzelle aufnimmt, erfolgen. Die Transportbänder 402 können vorgeheizt werden, um einen möglichen Lötvorgang zu unterstützen und den Photovoltaikzellen-String nach dem Löten langsam und definiert abzukühlen.
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Ferner wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Realisierung von Photovoltaikzellen-Stringanfang und Photovoltaikzellen-Stringende durchgeführt. Durch Wiederholung des Vorgangs entsteht kontinuierlich ein im Prinzip endloser Photovoltaikzellen-String, der z. B. durch Einfügen von wieder entfernbaren Photovoltaikzellen-Dummyzellen oder ähnlichen Einheiten wie nicht lötbaren Schienen etc. unterbrochen und auf die für die Photovoltaikmodulproduktion nötige Länge gebracht werden kann. Diese Photovoltaikzellen-Dummyeinheiten bestehen beispielsweise aus einem Material, welches bei dem angewendeten Fügeverfahren nicht verbunden werden kann, wie z. B. Keramik, PTFE oder eloxiertes Al bei einem Lötvorgang. Nach Trennen und Entfernen des Photovoltaikzellen-Dummys liegt ein vereinzelter Photovoltaikzellen-String vor. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es vorgesehen sein, zur Erzeugung des Photovoltaikzellen-Stringanfangs und Photovoltaikzellen-Stringendes Teile der Querverschaltung zu integrieren, indem an Stelle der Photovoltaikzellen-Dummyeinheiten Querverbinder eingefügt werden, wodurch das Überstehen loser Kontaktdrahtenden nach dem Kontaktdrahttrennen vermieden und das anschließende Handling der Photovoltaikzellen-Strings erleichtert wird.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Verbindungsschritt durchgeführt. Das Verbinden von Kontaktdrahtfeld und Photovoltaikzelle erfolgt möglichst großflächig durch Lötverfahren (z. B. Kontaktlöten, Induktionslöten oder Beaufschlagung mit Heißluft) oder alternativ z. B. durch Bonden oder Kleben. Bei Anwendung eines Lötverfahrens wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein beloteter Draht vorher mit einem Flussmittel beschichtet, z. B. indem das Kontaktdrahtfeld durch eine Wanne mit einem Flussmittel geführt wird oder Flussmittel aufgesprüht wird. Während des Lötvorgangs ist ein weicher Niederhalter 422 oder ein Array aus kleinen Stempeln vorgesehen, welche die Kontaktdrähte bis zum Erstarren des Lots auf der Photovoltaikzelle fixiert halten. Dieser Prozessschritt kann jeweils direkt nach dem Positionieren der einzelnen Photovoltaikzellen erfolgen oder aber erst nachdem eine Vielzahl von Photovoltaikzellen zu einem Photovoltaikzellen-String (beispielsweise einem Solarzellenstring) gelegt wurden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es vorgesehen, den Kontaktiervorgang (z. B. Löten) gleichzeitig zum Fixieren der Photovoltaikzelle und des Kontaktdrahtfelds 108, 110 auf dem Transportband 402 zu benutzen und den notwendigen Kontaktdrahtfeldwechsel zu erleichtern, indem dieser ausgeführt wird, so lange der Niederhalter 422 die Photovoltaikzelle und das Kontaktdrahtfeld auf dem Transportband 402 fixiert.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Kontaktdraht- und Querverbindertrennen durchgeführt. Um die bisher noch kurzgeschlossenen Photovoltaikzellen in eine elektrisch sinnvolle Reihenschaltung zu bringen, werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen überflüssige Kontaktdrahtbrücken entfernt. Dazu wird wechselseitig jedes zweite Kontaktdrahtfeld in den Photovoltaikzellen-Zwischenräumen unterbrochen. Dabei könnte, die Schneideinrichtung mittels eines Kamerasystems anhand der Photovoltaikzellenkanten justiert werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist ein starrer Aufbau der Verstringung vorgesehen, an dem die Schneideinrichtung befestigt werden kann und deren Positionierung erleichtert und aufwändige Inspektions- und Korrektursysteme überflüssig macht.
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Das Trennen der Kontaktdrähte kann mechanisch zugfrei mit einer selbstzentrierenden Einrichtung z. B. durch Schneiden oder Stanzen erfolgen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass keine oder nur geringe Kräfte auf die Photovoltaikzelle bzw. die Lötstelle ausgeübt werden (siehe 8A und 8B).
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8A und 8B zeigen eine Darstellung einer mechanischen Kontaktdrahttrennvorrichtung 462 in Längsschnittansicht 800 (8A) und Querschnittansicht 820 (8B) gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Kontaktdrahttrennvorrichtung 462 kann eine oder mehrere Schneideinrichtungen oder Stanzeinrichtungen 802 aufweisen, beispielsweise zwei einander gegenüberliegende und zusammenführbare Klingen 804, 806, die beim Zusammenführen (symbolisiert in 8A mittels sechs Richtungspfeilen 810) den zwischen den Klingen 804, 806 jeweils angeordneten Kontaktdraht 808 des ersten Kontaktdrahtfelds 108 oder des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 durchtrennt. Die Anzahl der Klingen 804, 806 kann gleich sein der Anzahl von Kontaktdrähten 808 eines Kontaktdrahtfelds 108, 110 oder unterschiedlich zu der Anzahl von Kontaktdrähten 808 eines Kontaktdrahtfelds 108, 110 sein. Ist die Anzahl von Klingen 804, 806 kleiner als die Anzahl von Kontaktdrähten 808 eines Kontaktdrahtfelds 108, 110, so können die Klingen 804, 806 in Querrichtung zu der Längsrichtung der Kontaktdrähte 808 derart verfahren und angesteuert werden, dass die einzelnen Kontaktdrähte 808 des zu durchtrennenden Kontaktdrahtfelds 108, 110 gegebenenfalls nacheinander „angefahren” und durchtrennt werden. Weiterhin ist in 8A ein Distanzpfeil 810 dargestellt, er symbolisiert den Abstand zweier Kontaktdrähte von unterschiedlichen Kontaktdrahtfeldern 108, 110. Um diese Distanz können in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Schneideinrichtungen oder Stanzeinrichtungen 802 in Querrichtung relativ zu den Kontaktdrähten 808 verfahren werden, um jeweils entweder die Kontaktdrähte 808 des ersten Kontaktdrahtfelds 108 oder die Kontaktdrähte 808 des zweiten Kontaktdrahtfelds 110 anzufahren und dann zu durchtrennen.
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Alternativ zu einer mechanischen Trennung könnten überschüssige Kontaktdrähte auch mittels eines Lasersystems entfernt werden. Beim Laserschneiden sollte darauf geachtet werden, dass sich abgetragenes elektrisch leitfähiges Material nicht auf der jeweiligen Photovoltaikzelle niederschlägt und diese über die Photovoltaikzellenkante kurzschließt. Um dies zu vermeiden ist in einigen Ausführungsbeispielen eine vorher über die Photovoltaikzellenkante aufgebrachte elektrische Isolationsschicht vorgesehen, z. B. aus PMMA/MMA-Mischungen, welche z. B. durch eine weiche Rolle an der Photovoltaikzellenkante aufgebracht und mittels UV-Strahlung gehärtet werden kann.
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Die ausgeschnittenen Kontaktdrahtstücke sollten vom Photovoltaikzellen-String entfernt werden, z. B. durch Druckluft oder durch eine Absaugung, damit gewährleistet wird, dass diese nicht ins spätere Photovoltaikmodul gelangen und mit laminiert werden – es bestünde sonst die Gefahr von Kurzschlüssen. Hierfür ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Inspektionssystem vorgesehen, welches nicht oder unvollständig getrennte Kontaktdrähte erkennt um eine Nachbearbeitung zu ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Projektion des Photovoltaikzellen-Zwischenraums oder auch des gesamten Photovoltaikzellen-Strings oder des Layups auf eine diffus lichtdurchlässige Fläche mit einer entsprechenden Bilderfassung und Auswertung vorgesehen.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Matrixlegung und Querverschaltung durchgeführt. Die einzelnen Photovoltaikzellen-Strings können weiterhin einzeln gefertigt und anschließend zu einer Photovoltaikzellen-Matrix aus Photovoltaikzellen-Strings gelegt und verschaltet werden. Es sind jedoch auch alternative Verfahren und Verschaltungstypen in alternativen Ausführungsbeispielen vorgesehen. So könnten die Photovoltaikzellen-Strings beidseitig mit kurzen Querverbindern gefertigt werden wobei die Photovoltaikzellen-Matrixlegung und Verschaltung der Photovoltaikzellen-Strings untereinander nur noch durch Hinzufügen entsprechender Zwischenstücke zwischen die Querverbinder geschieht. Ebenso ist es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, die Photovoltaikzellen-Strings quer ins Photovoltaikmodul einzubauen.
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Weiterhin wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Einbettung der Photovoltaikzellen-Matrix und Fertigung des Photovoltaikmoduls durchgeführt. Die Einbettung erfolgt mittels an sich üblicher Laminationsverfahren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind jedoch auch alternative Einbettungsvarianten vorgesehen. Die Rahmung, Anbringung von Anschlussdosen etc., erfolgt ebenfalls entsprechend üblichen Schritten der Modulfertigung.
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Damit ist das Photovoltaikmodul gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen fertiggestellt.
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9 zeigt einen Ausschnitt 900 aus einer halbstarren Kettenförderung zur Aufnahme einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird der Photovoltaikzellen-String kontinuierlich auf einer Kette aus beweglich gelagerten aber in sich starren Teilelementen 902 aufgebaut. Das Anordnen der Photovoltaikzellen in Produktionsrichtung und Querrichtung kann wiederum durch zwei senkrecht zueinander angeordnete kammförmige Einheiten 904 geschehen. So ist es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, die kammförmige Positioniereinheit 904 direkt in die Kettenglieder 902 einzuarbeiten oder die Photovoltaikzellen in entsprechenden konischen Vertiefungen 906 der Kettenglieder 902 abzulegen, wodurch die Positionierung automatisch erfolgt. Die Kontaktdrahtführung könnte ebenfalls in Form von Führungsschlitzen in den Kettengliedern 902 erfolgen. Diese Realisierungsmöglichkeit weist gegenüber einem flexiblen Transportband 402 den Vorteil auf, dass die Positioniergenauigkeit der Photovoltaikzellen auf einer Kette durch die feste Verbindung der Photovoltaikzellen-Positionier- und Drahtführungseinheit 904 mit den Kettengliedern 902 erhöht wird. In die einzelnen Kettenglieder 902 könnten noch weitere Funktionen, wie die Fixierung und Temperierung der Photovoltaikzellen sowie das spätere mechanische Trennen von Kontaktdrähten und Querverbindern integriert werden. Anfang und Ende des Photovoltaikzellen-Strings werden durch eine abweichende Platte 908 in die Querverbinder eingelegt oder durch Einlegen eines Photovoltaikzellen-Dummys 906 realisiert.
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9 zeigt eine Ansicht eines Ausschnitts 900 aus einer halbstarren Kettenförderung, einzelne Platten 902 weisen Vertiefungen 904 zur Aufnahme der Photovoltaikzellen auf, zwischen den Photovoltaikzellen befinden sich Pins 904 zur Kontaktdrahtführung, eine Abschlussplatte 908 weist zwei Spalten oder Nuten 910 zur Aufnahme von Querverbindern zum Abschluss des Photovoltaikzellen-Strings auf, die Anzahl der Kettenglieder 902 ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen n × (Photovoltaikzellen-Anzahl im Photovoltaikzellen-String + 1) (mit n = 1, 2, 3, ..), es sind keine Photovoltaikzellen und keine Kontaktdrahtfelder in 9 gezeigt.
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10 zeigt eine Matrix 1000 zur Ablage und Positionierung von Photovoltaikzellen und zur Führung von Kontaktdrähten zur Kontaktierung der Photovoltaikzellen untereinander und mit Querverbindern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Ausführungsbeispiele mit einer linearen Verstringung von Photovoltaikzellen kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch in eine zweite Dimension erweitert werden, indem zwei oder möglicherweise alle Photovoltaikzellen-Strings für ein Photovoltaikmodul in einer zwei-dimensionalen Matrix 1000 vorgelegt, parallel verlötet und geschnitten werden. Damit werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Fertigungsschritte Photovoltaikzellen-Verstringung und Matrixlegung/Querverschaltung in einer Einrichtung kombiniert.
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Als Aufnahmevorrichtung für die Photovoltaikzellen ist eine flächige Struktur in der Dimension der späteren Photovoltaikzellenmatrix vorgesehen, welche konische Vertiefungen 1002 aufweist, welche die Photovoltaikzellen aufnehmen und Schlitze oder Koni (nicht dargestellt in 10) für die Kontaktdrahtführung aufweist. An den Rändern jeder Photovoltaikzellenmatrix 1000 würden Querverbinder in entsprechende Halterungen 1004 eingelegt und mit geeigneten Klemmen fixiert. Auf den Querverbindern wird das Kontaktdrahtfeld fixiert und der Kontaktierungsvorgang der Zellen wird begonnen bzw. fortgeführt. Diese Möglichkeit erleichtert den Start des Webvorgangs, der erste Querverbinder mit verlöteten oder verklebten Kontaktdrähten kann als „Swap Kit” dienen und händisch eingefügt werden um Standzeiten zu minimieren. Anschließend wird die Photovoltaikzellenmatrix 1000 aufgebaut und überschüssige Kontaktierungen von Photovoltaikzellen- und Querverbindern simultan oder auch schrittweise aus der Photovoltaikzellenmatrix 1000 herausgetrennt. Nachdem eine Photovoltaikzellenmatrix 1000 gefertigt wurde, wird diese um eine Matrixlänge bewegt, eine neue Photovoltaikzellenmatrix 1000 angesetzt und der Vorgang fortgesetzt. Aus der gefertigten Photovoltaikzellenmatrix 1000 werden die verschalteten Photovoltaikzellen entnommen und ein Layup für die Photovoltaikmodulfertigung gelegt. Eine mögliche Photovoltaikzellenmatrix 1000 mit Querverbindern, Verschaltung und schon ausgeschnittenen Drahtverbindungen zeigt 10.
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Öffnungen an passenden Stellen der Photovoltaikzellenmatrix 1000 könnten das exakte Schneiden, das Entfernen ausgeschnittener Draht- und Querverbinderstücke sowie die Inspektion der verbundenen Photovoltaikzellen erleichtern.
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Neben der Positionierung von Querverbindern könnten zusätzlich Schutzdioden in die Photovoltaikzellenmatrix 1000 eingelegt und parallel zur den Photovoltaikzellen z. B. durch Löten kontaktiert werden.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls eine quadratische Form aufweisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen mit entsprechend geformten Vertiefungen oder Zentriereinrichtungen innerhalb der Photovoltaikzellenmatrix 1000 oder auch der halbstarren Kettenförderung 900. In diesen Fällen können die Photovoltaikzellen des Photovoltaikmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehrerer quadratförmiger (in ihrer Form auch als Standard-Photovoltaikzelle bezeichnet) Photovoltaikzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen Photovoltaikzellen gebildet werden.
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Weiterhin kann es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass nicht nur ein Photovoltaikzellen-String in einem gemeinsamen Prozessschritt (anders ausgedrückt gleichzeitig) kontaktiert wird, sondern eine gesamte Photovoltaikzellenmatrix oder ein Teil einer Photovoltaikzellenmatrix, der größer ist als ein einzelner Photovoltaikzellen-String in einem gemeinsamen Prozessschritt (anders ausgedrückt gleichzeitig) kontaktiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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