DE102006037586A1

DE102006037586A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen

Info

Publication number: DE102006037586A1
Application number: DE102006037586A
Authority: DE
Inventors: Steffen Künnanz; Markus Dipl.-Ing. Münch
Original assignee: Solarwatt GmbH
Current assignee: Solarwatt GmbH
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28
Also published as: WO2008017305A2; WO2008017305A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen auf Fehlerstellen. Aufgabe ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, das in kurzer Zeit eine Aussage über Fehlerstellen liefert und zudem deren genaue Position liefert. Erfindungsgemäß wird in den Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen ein Stromfluss eigenangeregt oder fremdangeregt erzeugt. Um jede Leitbahn und um die Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente bildet sich ein Magnetfeld bestimmter Stärke aus. Diese Magnetfelder werden mittels Magnetfelddetektoren erfasst und detektiert. Damit kann die Stromflussverteilung an jedem Punkt einer zu prüfenden Solarzelle und Solarmodulen indirekt über den erzeugten Strom und das sich ausbildende Magnetfeld ermittelt werden. Dabei wird die Oberfläche von Magnetfeldsensoren abgetastet. Die durch die Magnetfeldsensoren ermittelten Magnetfelddaten werden positionsgenau erfasst und mittels Mikrorechner zwischengespeichert. Aus diesen Magnetfelddaten wird ein genaues Abbild der Stromflussverteilung erzeugt und dieses kann auf üblichen Anzeigemedien angezeigt oder mittels geeigneter angeschlossener Geräte ausgegeben werden. Die Vorrichtungen und das Verfahren sind anwendbar beier plattenförmige Solarmodule in der Serienfertigung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und automatisierbares Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen auf Fehlerstellen.
Es ist bekannt, dass immer wieder innerhalb von Solarzellen und Solarmodulen an verschiedenen Stellen aufgrund unterschiedlicher Ursachen Mikrorisse auftreten. Auch Probleme bei der Kontaktierung der Leitbahnen und das Auftreten von Materialfehlern führen auch nach Verschaltung und Weiterverarbeitung zu einer verkapselten Solarmoduleinheit, zu erheblichen Leistungsminderungen bzw. teilweise sogar zum Totalausfall der betroffenen Solarzellen- oder Solarmodulanordnung. Diese Fehler können auch erst nach dem Einbau an der Einsatzstelle oder nach längerem Betrieb auftreten. Deshalb werden zurzeit erhebliche Aufwendungen betrieben um diese Fehlerstellen bei Solarzellen mittels zeitaufwändiger optischer Inspektion (z. B. mittels mikroskopischer Untersuchungen) zu identifizieren. Dies gelingt nur in wenigen Fällen bzw. unvollständig. Ähnliches gilt für Kontaktierungsprobleme und Unterbrechungen in Verbindungselementen der Solarzellenverschaltung zu einem Solarmodul.
Es sind eine Reihe von unterschiedlichen Prüfeinrichtungen und verschiedene Verfahren zur Prüfen von Leitbahnen, von Kontaktierungs- und Verschaltungselementen bei Solarzellen und Solarmodulen bekannt. So ist aus der DE JP 2003 110 122 A ein Verfahren bekannt, wo ein externes Magnetfeld mittels einer ersten Spule erzeugt und in die zu untersuchende Solarzelle eingekoppelt wird. Die Fehlerstellen werden mit Hilfe einer weiteren Spule detektiert. Dieser technischen Lösung haftet der Nachteil an, dass sich hierbei ausschließlich der Zwischenraum, der unmittelbar zwischen der das Magnetfeld generierenden Spule und der Detektorspule liegt, auswerten lässt. Um eine Solarzelle bzw. ein gesamtes Solarmodul zeiteffizient und hochauflösend auf Mikrorisse und damit auf elektrische Unterbrechungen zu untersuchen ist dieses Verfahren aufgrund der mittlerweile ständig steigenden Bauelementabmessungen und lokaler Beschränktheit ungeeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen in Solarzellen und Solarmodulen zu schaffen, das in kurzer Zeit eine sichere Aussage über eventuelle Fehlerstellen in den Leitungsbahnen an den Kontaktierungselementen oder an den Verschaltungselementen der Solarzellen und/oder Solarmodule liefert und zudem die genaue Position der Fehlerstellen liefert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten und zweiten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche. In einer ersten möglichen erfindungsgemäßen Verfahrensausbildung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen erfolgt insbesondere ein Prüfen von Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen in dem Fall, dass die Vorderseite, d. h. die stromerzeugende Seite der Solarzelle oder des Solarmoduls während des Prüfens beleuchtet wird. Bei dieser Eigenerregung der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls sind diese jeweils kurzgeschlossen oder können auch wahlweise über einen Lastwiderstand geschaltet sein. Durch die Beleuchtung wird in den Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen der Solarzellen und Solarmodulen ein Stromfluss erzeugt. Um jede stromdurchflossene Leitbahn und um die Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente von Solarzellen und Solarmodulen bildet sich ein Magnetfeld bestimmter Stärke aus. Diese Magnetfelder sind zwar relativ schwach, können jedoch mittels spezieller Magnetfelddetektoren erfasst und detektiert werden. Damit kann die Stromflussverteilung an jedem beliebigen Punkt einer zu prüfenden Leitbahn an einem Kontaktierungs- oder Verschaltungselement von Solarzellen und Solarmodulen indirekt über den durch die Eigenanregung erzeugten Strom sich ausbildenden Magnetfelder ermittelt werden. Erfindungsgemäß wird dabei die Oberfläche der zu prüfenden Solarzelle oder des Solarmoduls von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet. Die durch die Magnetfeldsensoren ermittelten Magnetfelddaten werden positionsgenau erfasst und mittels eines Mikrorechners zwischengespeichert. Aus diesen positionsgenauen Magnetfelddaten wird mittels des Mikrorechners ein genaues Abbild der Stromflussverteilung erzeugt und dieses kann wahlweise auf üblichen Anzeigemedien angezeigt oder mittels geeigneter angeschlossener Geräte ausgegeben werden.
In einer zweiten möglichen erfindungsgemäßen Verfahrensausbildung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen erfolgt das Prüfen von Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen in dem Fall, bei dem die zu prüfende Solarzelle oder das zu prüfende Solarmodul fremdangeregt wird, wobei eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul mit einer externen Spannungsquelle verbunden und geschaltet ist. Erfindungsgemäß wird dabei in die Solarzelle oder in das Solarmodul während des Prüfens ein fremdangeregter Strom eingespeist. Die Höhe des eingespeisten Stromes ist variabel und kann durchaus den Strom der bei der Eigenanregung maximal erzeugt werden kann, beträchtlich übersteigen. Danach wird die Stromflussverteilung indirekt über die sich um jede stromdurchflossene Leitbahn und um die Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente von Solarzellen und Solarmodulen bildenden Magnetfelder ermittelt. Diese sich ausbildenden schwachen Magnetfelder bestimmter Starke sind ein direktes Abbild der Stromflussverteilung in den Leitbahnen und in den Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen. Ach bei dieser Verfahrensausbildung mit fremdangeregten Strom innerhalb der zuprüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls wird die Oberfläche der Solarzelle oder des Solarmoduls von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet. Die Abtastung kann sowohl nur für eine Oberfläche, d. h. z. B. nur die Vorderseite oder nur die Rückseite als auch für beide Oberflächen, wie Vorder- und Rückseite durchgeführt werden. Die dabei ermittelten Magnetfelddaten werden, wie bereits oben beschrieben, erfasst und zwischengespeichert. Das erzeugte Abbild der Stromflussverteilung kann gleichfalls wahlweise wie bereits aufgeführt angezeigt oder ausgegeben werden.
Die Intensität des jeweils detektierten Magnetfelds korreliert hierbei mit der lokalen Stromdichte des jeweils durchflossenen Elements, d. h. der Leitbahnen an der untersuchten Position oder des jeweilig geprüften Kontaktierungselements oder Verschaltungselements. Das ermittelte Magnetfeld wird als Auswertegröße für die Stromflussverteilung verwendet. Signifikante Fehlerindikatoren sind hierbei stromdurchflossene Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente mit sehr hoher oder extrem niedriger Stromdichte bzw. fehlender elektrischer Durchströmung. Die Fehler werden insbesondere dadurch erkannt, dass die Stromdichte an den Fehlerstellen auswertbar reduziert und an möglichen Ausweichstellen entsprechend ebenfalls auswertbar erhöht wird. Die Fehlerindikatoren deuten auf Fertigungsfehler wie beispielsweise:
Risse in Solarzellen, abgerissene Lötstellen an Solarzellen, kalte Lötstellen, Risse an bestimmten Stellen der Leitbahnen, unterbrochene Kontaktierungselemente oder Verschaltungselemente oder Inhomogenitäten und Fehlstellen der Solarzellenstruktur hin.
In einer speziellen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen kann die Vorder- oder Rückseite der Solarzelle oder des Solarmoduls bei Bedarf auch nur teilweise oder an vorher definierten Stellen von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet werden. Entsprechend wird hier eine Fehlersuche auf Mikrorissen nur an vorher ausgewählten und definierten Stellen durchgeführt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen werden die mittels des erfindungsgemäßen Untersuchungsverfahrens ermittelten Regelabweichungen der Stromflüsse aus dem Abbild der Stromflussverteilung zusätzlich mittels weiterer Prüfverfahren untersucht.
Hier eignen sich gegebenenfalls andere aus dem Stand der Technik bekannte Methoden, wie z.B. eine visuelles Prüfverfahren oder ein infrarotthermografie-basiertes Verfahren mit denen die bereits ermittelten Fehlerstellen (d. h. die Regelabweichungen aus dem Abbild der Stromflussverteilung) und deren Ursachen noch genauer identifiziert werden können.
In einer speziellen Ausbildung des ersten Verfahrensausbildung mit eigenangeregtem (generierten) Strom in den jeweiligen Leitbahnen, Kontaktierungselementen oder Verschaltungselementen wird die Vorderseite der Solarzelle oder des Solarmoduls während des Prüfens mit gepulstem Licht beleuchtet. Das ermöglicht in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen statt eines Magnetfeldsensors oder mehrerer Magnetfeldsensoren eine oder mehrere hochempfindliche Messspulen so anzuordnen, dass das bzw. die stromangeregten, wechselnden Magnetfelder der Leitbahnen, der Kontaktierungs- und der Verschaltungselemente von Solarzellen und Solarmodulen induktiv ausgekoppelt werden. Dabei werden die Daten der Messspule entsprechend in der Auswerteeinheit aufbereitet und dienen als Grundlage für die Detektion der Stromflussverteilung in der zu prüfenden Solarzelle oder dem zu prüfenden Solarmodul.
Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen ein oder mehrere Infrarot-Thermographieköpfe so integriert angeordnet sind, dass diese die Oberfläche der Rückseite und/oder der Vorderseite der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls abscannen können. Dabei kann sowohl ein vollständiges Abbild der Solarzelle oder des Solarmoduls erzeugt und ausgewertet werden oder es erfolgt ein scannen nur an den Stellen, wo durch die Untersuchung und Auswertung der Stromflussverteilung eine Fehlerstelle bereits festgestellt wurde.
Weiterhin kann während des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten möglichen Verfahrensausbildung in die zu prüfende Solarzelle oder in das zu prüfenden Solarmodul während des Prüfens ein fremdangeregter konstanter Gleichstrom oder ein gepulster Gleichstrom eingespeist werden. Dies führt zu gleichen Vorteilen, wie bei der gepulsten Beleuchtung der Vorderseite mit Licht.
Das Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen kann auch weiter qualifiziert werden, indem die Solarzelle oder das Solarmodul während des Prüfens erwärmt wird. Dabei erfolgt ein Aufweiten der vorhandenen Mikrorisse oder Mikrobrüche. Damit wird die Stromleitung an diesen Stellen entweder ganz unterbrochen oder verändert sich so, dass wirklich alle Fehlerstellen zweifelsfrei detektiert werden können. Bei normaler Umgebungstemperatur kann es durchaus noch zu einer nahezu ungeschwächten Stromleitung kommen, was eine Fehlererkennung erschwert und der Fehler gegebenenfalls nicht detektiert werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach der ersten Verfahrensausbildung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen, insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, ist eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul kurzgeschlossen oder über einen Lastwiderstand geschaltet. Weiterhin sind in der Anordnung eine Beleuchtungseinrichtung, ein Positionierrahmen und eine rechnergestützte Auswerteeinheit integriert. Erfindungsgemäß ist in der Prüfeinrichtung mindestens ein gegenüber der Oberfläche der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls verfahrbarer Magnetfeldsensor angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung generiert in der zu prüfenden Solarzelle oder dem zu prüfenden Solarmodul, das im Positionierrahmen gehalten und positioniert ist, einen Strom bestimmter Stärke. Dieser Strom bewirkt den Aufbau eines Magnetfeldes um die stromdurchflossenen Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente. Der verfahrbare Magnetfeldsensor ermittelt die Stärke und die Veränderungen des Magnetfeldes. Zur Abtastung des Magnetfeldes wird er in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Solarzelle oder des Solarmoduls positioniert. Die ermittelten Daten des Magnetfeldes an den entsprechenden Positionen werden von der rechnergestützten Auswerteeinheit (z. B. einem entsprechend leistungsfähigen Mikrorechner) positionsgenau erfasst und zwischengespeichert. Aus diesen positionsgenauen Magnetfelddaten wird mittels rechnergestützten Auswerteeinheit ein genaues Abbild der Stromflussverteilung erzeugt und dieses kann wahlweise auf üblichen Anzeigemedien angezeigt oder mittels geeigneter angeschlossener Geräte ausgegeben werden. Anstelle eines einzelnen Magnetfeldsensors kann auch eine linienförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren in der Prüfanordnung angeordnet sein. Dadurch verkürzt sich die Auswertezeit. Es ist auch möglich eine matrixförmige Anordnung einer Vielzahl mehrerer gleichzeitig verfahrbarer oder fest positionierter Magnetfeldsensoren anzuordnen. In dieser Ausbildung ist es somit z. B. möglich, die Stromflussverteilung über das gesamte Magnetfeld einer Solarzelle in ihrer ganzen aktiven Fläche gleichzeitig zu detektieren, was zu einer sehr schnellen Untersuchung der Stromflussverteilung und damit der Fehlerermittlung führt.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach der zweiten Verfahrensausbildung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen, insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, ist eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul mit einer externen Spannungsquelle verbunden und geschaltet. Weiterhin sind in der Anordnung ein Positionierrahmen und eine rechnergestützten Auswerteeinheit integriert. Gleichfalls ist in der Prüfeinrichtung mindestens ein gegenüber der Oberfläche der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls verfahrbarer Magnetfeldsensor, oder eine linienförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren, oder eine matrixförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren angeordnet.
In einer speziellen Anordnung kann auch wahlweise der Magnetfeldsensor bzw. die Magnetfeldsensoren fest positioniert sein und die zu prüfende Solarzelle oder das zu prüfende Solarmodul ist mitsamt dem Positionierrahmen verfahrbar ausgebildet, d. h. der Positionsrahmen ist z. B. in einem Kreuztisch integriert und wird über eine geeignete Antriebseinheit bewegt.
Die Genauigkeit bei der Fehlerermittlung kann gesteigert werden, wenn zusätzlich in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen eine Wärmestrahlungsquelle angeordnet ist. Solarmodule bestehen in der Regel aus untereinander verschalteten Solarzellen auf Siliziumbasis die mit einem Kalk-Natron-Glas abgedeckt sind. Dieses Abdeckglas hat gegenüber dem Siliziummaterial der Solarzelle einen zirka 2,5-fachen Ausdehnungskoeffizienten. Durch die angeordnete Wärmestrahlungsquelle kann eine gesteuerte Erwärmung der Solarzelle oder des Solarmoduls erfolgen. Dadurch werden alle vorhandenen Risse und Brüche, die bei Raumtemperatur durchaus noch Kontakt haben können, aufgeweitet und die Leitung des eigenangeregten oder fremdangeregten Stromes wird unterbrochen. Dies bedeutet eine Qualitätssteigerung bei der Fehlererkennung.
Mit der Erfindung wurde eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen in Solarzellen und Solarmodulen geschaffen, das es erstmals ermöglicht, in sehr kurzer Zeit eine hochgenaue und sehr sichere Aussage über eventuelle Fehlerstellen in den Leitungsbahnen, an den Kontaktierungselementen oder an den Verschaltungselementen der Solarzellen und/oder Solarmodulen zu treffen. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Losung kann zudem die genaue Position der jeweiligen Fehlerstellen ermittelt und dargestellt werden. Die Erkennungszeiten für fehlerhafte Produkte bei Solarzellen und Solarmodulen werden erheblich reduziert und die Ausschussquote in der Fertigung kann insgesamt gesenkt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für verschieden große Solarzellen oder auch beliebige plattenförmige Solarmodule geeignet.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der der 1 bis 3 näher erläutert werden.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in einer eigenangeregten Solarzelle 2 zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1,
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in einer fremdangeregten Solarzelle 2 zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 2 und
3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in einer fremdangeregten Solarzelle 2 mit einem zusätzlichen Infrarot-Thermographiekopf zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 5.
Die beiden Ausgänge der Solarzelle 2 in 1 sind mittels einer Zuleitung 3 über einen Lastwiderstand R_L 4 geschaltet. Die Vorderseite der Solarzelle 2 wird über eine Beleuchtungseinrichtung (nicht gezeichnet) mit Licht 1 bestrahlt, wobei im Siliziummaterial der Solarzelle mittels des photoelektrischen Effektes ein Strom generiert wird, der über die Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente der Solarzelle zum Lastwiderstand R_L 4 fließt. Durch den Stromfluss durch die Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselemente wird um diese herum ein Magnetfeld aufgebaut. Dieses schwache Magnetfeld wird mittels eines geeigneten Magnetfeldsensors 5 gemessen und die ermittelten Werte werden in eine Auswerteeinheit 6 geleitet. Der Magnetfeldsensor 5 ist auf der Rückseite des Solarmoduls 2 angeordnet und ist gegenüber der Oberfläche der Solarzelle 2 verfahrbar. Durch seine Bewegungsmöglichkeiten gegenüber der Oberfläche der Rückseite der Solarzelle 2 in zwei Achsen kann die gesamte Oberfläche und der Stromfluss durch jede einzelne Leitbahn, jedes einzelne Kontaktierungselement oder jedes einzelne Verschaltungselement untersucht und abgetastet werden. Der verfahrbare Magnetfeldsensor 5 ermittelt die Stärke und die Veränderungen des Magnetfeldes. Zur Abtastung des Magnetfeldes wird er in unmittelbare Nähe der Oberfläche der Solarzelle oder des Solarmoduls positioniert. Die ermittelten Daten des Magnetfeldes an den entsprechenden Positionen werden von der rechnergestützten Auswerteeinheit 6 (z. B. einem entsprechend leistungsfähigen Mikrorechner) positionsgenau erfasst und zwischengespeichert. Aus diesen positionsgenauen Magnetfelddaten wird mittels der rechnergestützten Auswerteeinheit 6 ein genaues Abbild der Stromflussverteilung erzeugt und dieses kann wahlweise auf üblichen Anzeigemedien angezeigt oder mittels geeigneter angeschlossener Geräte ausgegeben werden. Als geeigneter Magnetfeldsensor 5 für diese relativ schwachen auszuwertenden Magnetfelder sind beispielsweise Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren einsetzbar.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in einer fremdangeregten Solarzelle 2 zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 2 ist in 2 gezeigt. Über der Oberfläche des Solarmoduls 2, dies kann wahlweise entweder die Vorderseite oder die Rückseite des Solarmoduls sein, ist ein verfahrbarer Magnetfeldsensor 5 zur Magnetfelddetektion angeordnet. Durch seine Verfahrbarkeit in zwei Achsen ist die gesamte Oberfläche des Solarmoduls 2 abtastbar. Der Stromfluss durch die einzelnen Leitbahnen, die Kontaktierungselemente oder Verschaltungselemente des Solarmoduls 2 wird fremangeregt über eine über die Zuleitungen 3 angeschlossenen externe Spannungsquelle 7 erzeugt. Der verfahrbare Magnetfeldsensor 5 ermittelt die Stärke und die Veränderungen des Magnetfeldes und dessen Messwerte werden zur Auswerteeinheit 6 übertragen. Die ermittelten Werte sind ein genaues Abbild der Stromflussverteilung in der zu prüfenden Solarzelle 2. Es ist auch denkbar gleichzeitig über der Oberfläche der Vorderseite und über der Oberfläche der Rückseite je einen Magnetfeldsensor zur Auswertung der Stromflussverteilung anzuordnen.
Anstelle eines einzelnen Magnetfeldsensors 5 ist in 3 eine vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in einer fremdangeregten Solarzelle 2 mit einer Sensoreinheit 8 und einem zusätzlich integrierten Infrarot-Thermographiekopf gezeigt. Die Sensoreinheit 8 wird dabei aus einer linienförmigen Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren gebildet. Dabei sind entsprechend soviel Magnetfeldsensoren parallel in einer Linie angeordnet, d. h. zu einer Sensoreinheit 8 zusammengeschaltet, dass die Stromflussverteilung auf der gesamte Breite der Solarzelle 2 untersucht werden kann. Die Zeilenbreite ist dabei identisch oder auch größer als die Breite der zu prüfenden Solarzelle. Die ermittelten Werte der Sensoreinheit 8 werden zur Auswerteeinheit 6 geleitet aufbereitet und anzeigt. Gleichzeitig ist zur optischen Fehlerdetektion als Infrarot-Thermographiekopf eine IR-Kamera (Infrarotthermografie-Kamera) 9 über der Oberfläche der Solarzelle 2 positioniert. Die durch die Auswerteeinheit 6 angezeigten Fehlstellen der Stromflussverteilung in den Leitbahnen, Kontaktierungselementen oder Verbindungselementen werden dabei zusätzlich durch die IR-Kamera aufgenommen, angezeigt und können zur weiteren Fehlerermittlung ausgewertet werden. Der Stromfluss zur Erzeugung des auswertbaren Magnetfeldes wird dabei durch die externe Spannungsquelle 7 über die Zuleitungen 3 fremdangeregt. In den vorstehend beschriebenen Zeichnungen sind der Positionierrahmen, ein notwendiges Gehäuse und erforderliche Antriebe zur Bewegungssteuerung des Magnetfeldsensors 5 oder der Sensoreinheit 8 nicht gezeichnet. Es handelt sich hierbei um schematische Darstellungen der erfindungswesentlichen Einzelelemente zur Realisierung der beiden Verfahrensausführungen der ersten beiden Patentansprüche.
Mit den erfindungsgemäßen neuartigen Vorrichtungen wurde ein neuartiges Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen in Solarzellen und Solarmodulen geschaffen, das es erstmals ermöglicht in sehr kurzer Zeit eine hochgenaue und sehr sichere Aussage über eventuelle Fehlerstellen in den Leitungsbahnen an den Kontaktierungselementen oder an den Verschaltungselementen der Solarzellen und/oder Solarmodule zu treffen. Die Vorrichtungen zur Realisierung der Verfahren sind besonders vorteilhaft anwendbar bei der Senkung der Ausschussquote für verschieden große Solarzellen oder auch beliebige große plattenförmige Solarmodule in der Serienfertigung, da die Abtastfrequenz der Magnetfeldsensoren großer als ein Kilohertz betragen kann.

1: Licht
2: Solarzelle
3: Zuleitung
4: Lastwiderstand
5: Magnetfeldsensor
6: Auswerteeinheit
7: Spannungsquelle
8: Sensoreinheit
9: IR-Kamera

Claims

Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen und Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, wobei eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul kurzgeschlossen oder über einen Lastwiderstand geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der Solarzelle oder des Solarmoduls während des Prüfens beleuchtet wird, die Stromflussverteilung indirekt über die durch die Eigenanregung erzeugten Strom sich ausbildenden Magnetfelder ermittelt wird, wobei die Oberfläche der Solarzelle oder des Solarmoduls von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet wird, die ermittelten Magnetfelddaten erfasst und zwischengespeichert werden und ein Abbild der Stromflussverteilung erzeugt, angezeigt oder ausgegeben wird.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, wobei eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul mit einer Spannungsquelle verbunden und geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Solarzelle oder in das Solarmodul während des Prüfens ein fremdangeregter Strom eingespeist wird, die Stromflussverteilung indirekt über die durch den Strom der Fremdanregung sich ausbildenden Magnetfelder ermittelt wird, wobei die Oberfläche der Solarzelle oder des Solarmoduls von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet werden, die ermittelten Magnetfelddaten erfasst und zwischengespeichert werden und ein Abbild der Stromflussverteilung erzeugt, angezeigt oder ausgegeben wird.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorder- oder Rückseiteseite der Solarzelle oder des Solarmoduls nur teilweise oder an vorher definierten Stellen von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren stetig oder getaktet abgetastet wird.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Regelabweichungen aus dem Abbild der Stromflussverteilung zusätzlich mittels weiterer Prüfverfahren überprüft werden.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Regelabweichungen aus dem Abbild der Stromflussverteilung zusätzlich mittels eines visuellen Prüfverfahrens oder einem infrarotthermografie-basierten Verfahren überprüft werden.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der Solarzelle oder des Solarmoduls während des Prüfens gepulst beleuchtet wird.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Solarzelle oder im Solarmodul während des Prüfens ein fremdangeregter konstanter Gleichstrom oder ein gepulster Gleichstrom eingespeist wird.
Verfahren zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle oder das Solarmodul während des Prüfens erwärmt wird.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, wobei eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul kurzgeschlossen oder über einen Lastwiderstand geschaltet ist, mit einer Beleuchtungseinrichtung, einem Positionierrahmen und einer rechnergestützten Auswerteeinheit zur Realisierung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prüfeinrichtung mindestens ein gegenüber der Oberfläche der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls verfahrbarer Magnetfeldsensor, oder eine linienförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren, oder eine matrixförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer oder fest positionierter Magnetfeldsensoren angeordnet ist.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen insbesondere zum Prüfen von Leitbahnen, Kontaktierungs- oder Verschaltungselementen von Solarzellen und Solarmodulen, wobei eine zu prüfende Solarzelle oder ein zu prüfendes Solarmodul mit einer Spannungsquelle verbunden und geschaltet ist mit einem Positionierrahmen und einer rechnergestützten Auswerteeinheit zur Realisierung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prüfeinrichtung mindestens ein gegenüber der Oberfläche der Rückseite der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls verfahrbarer Magnetfeldsensor, oder eine linienförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren, oder eine matrixförmige Anordnung mehrerer gleichzeitig verfahrbarer Magnetfeldsensoren angeordnet ist.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu prüfende Solarzelle oder das zu prüfende Solarmodul gegenüber dem Magnetfeldsensor bzw. den Magnetfeldsensoren verfahrbar angeordnet ist.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass statt eines Magnetfeldsensors oder mehrerer Magnetfeldsensoren eine oder mehrere Messspulen so angeordnet sind, dass das bzw. die stromangeregten Magnetfelder der Leitbahnen, der Kontaktierungs- und der Verschaltungselemente von Solarzellen und Solarmodulen ausgekoppelt werden.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung ein oder mehrere Infrarot-Thermographieköpfe so integriert angeordnet sind, dass diese die Oberfläche der Rückseite und/oder der Vorderseite der zu prüfenden Solarzelle oder des zu prüfenden Solarmoduls abscannen.
Anordnung zur Untersuchung der Stromflussverteilung in Solarzellen und Solarmodulen nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung eine Wärmestrahlungsquelle angeordnet ist.