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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Herstellung von
Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten
auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet und zumindest, aber
nicht notwendigerweise ausschließlich, im Bereich des Modulrandes
elektrisch isoliert sind.
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Für
die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen mit Dünnfilmsolarzellen,
die auf Schichtdicken im Mikrometerbereich basieren, und die Gewährleistung der
Sicherheit solcher Module gemäß der vorgeschriebenen
Normen (IEC 61646/1996, IEC 61730/2004),
ist es ausschlaggebend, wie gut die Dünnschichten zur Aussenkante
hin elektrisch isoliert und vor Witterungs- und anderen Umwelteinflüssen
sowie vor Stromleckage geschützt sind. Nach dem Aufbringen
von stromführenden Schichten auf ein Substrat wird daher
der Randbereich des Substrates wieder entschichtet und das Substrat
wird, zumindest in diesem Randbereich laminiert, d. h. mit einer
Laminatschicht versehen, so daß eine feuchtedichte Verkapselung
der Solarzellen und zugleich eine ausreichende elektrische Isolation
der stromführenden Komponenten erreicht wird.
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Kann
von außen Feuchtigkeit in den Randbereich des Photovoltaikmoduls
eindringen, so kann dies nicht nur dazu führen, daß die
Solarzelle beschädigt oder zerstört wird. Auch
die geforderte elektrische Isolierung der stromführenden
Komponenten und damit die Betriebssicherheit des Moduls kann aus
diesem Grund unzureichend sein. Um dies zu überprüfen, ist
es bekannt, Photovoltaikmodule einem elektrischen Isolationstest
zu unterwerfen.
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Bei
der elektrischen Isolationsprüfung gemäß Bauarteignung
und Zulassung sowie der Sicherheitsnorm, wird durch Anlegen einer
Hochspannung geprüft, ob das Photovoltaikmodul zum Rand
hin isoliert ist. Die angelegte Hochspannung beträgt zumeist
zwischen 3000 V und 6000 V, je nach Systemspannung und Norm, und
je nachdem, ob es das Modul über einen isolierenden Rahmen
verfügt oder nicht. Dabei wird festgestellt, ob sich ein
Leckstrom bildet. Dieser kann aufgrund einer fehlerhaften Entschichtung
auftreten, wenn noch eine Restbeschichtung auf dem Substrat im Randbereich
vorhanden ist. Ein Leckstrom kann jedoch seine Ursache auch in einer
Kontamination des Randbereiches, bspw. durch Staubpartikel, haben,
die bspw. auf die Entschichtung des Substrats zurückzuführen
ist. Eine andere Ursache für Leckstrom kann eine im Randbereich des
Substrates durch den Entschichtungsvorgang entstandene Mikrostruktur
in Form kleinster Beschädigungen der Substratoberfläche
sein, in der sich Feuchtigkeit sammelt. Schließlich kann
Leckstrom auch aufgrund der Verwendung einer leitfähigen
und damit fehlerhaften Laminierfolie vorhanden sein, wie sie beispielsweise
durch fehlerhafte Lagerung entstehen kann. Mit dem elektrischen
Isolationstest wird somit auch die dielektrische Festigkeit des
Laminats überprüft.
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Für
den elektrischen Isolationstest ist es bei den aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren erforderlich, das Photovoltaikmodul
in ein Wasserbad zu geben. Diese Art von „benetzter Kontaktierung” ist jedoch
mit mehreren Nachteilen versehen. Aus fertigungstechnischer Sicht
ist der Test sehr aufwendig. Er wird daher nicht an allen Photovoltaikmodulen einer
Fertigung durchgeführt. Statt dessen werden lediglich ausgewählte
Photovoltaikmodule stichprobenartig geprüft. Darüber
hinaus ist es nicht ausgeschlossen, daß es durch die „benetzte
Kontaktierung” zu Beschädigungen des Photovoltaikmoduls kommt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Isolationsprüfung
für Photovoltaikmodule zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein System
nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß findet
eine elektrische Isolationsprüfung statt, bei der mittels
einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung eine Testspannung zwischen
dem Modulrand einerseits und den entfernt von dem Modulrand nach
außen führenden elektrischen Anschlüssen
des Photovoltaikmoduls andererseits angelegt wird.
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Im
Gegensatz zur der aus dem Stand der Technik bekannten „benetzten
Kontaktierung” kommt eine mechanische Kontaktierungsvorrichtung
zum Einsatz. Diese Kontaktierungsvorrichtung kann auf einfache Art
und Weise in den Herstellungsprozeß der Photovoltaikmodule
integriert werden. Beispielsweise kann die elektrische Isolationsprüfung
als ein Prozeßschritt in die Fertigungslinie integriert
werden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird der Tatsache Rechnung getragen,
daß die bisher stattfindende stichprobenartige elektrische
Isolationsprüfung den gestiegenen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen
der Verbraucher nicht mehr gerecht wird. Durch den Einsatz der vorliegenden
Erfindung kann eine lückenlose Qualitätskontrolle
jedes einzelnen Photovoltaikmoduls sichergestellt werden. Teure Fehler
während der Fertigung, die, sofern sie unerkannt bleiben,
zu kostspieligen Rückrufaktionen der Hersteller führen
können, können mit der vorliegenden Erfindung
schnell erkannt werden. Die Herstellung der Photovoltaikmodule kann
unmittelbar nach der Fehlererkennung angehalten werden, um die Fehlerursache
zu suchen und den Fehler zu beheben. Dabei beschränkt sich
der Anteil fehlerhafter Photovoltaikmodule auf die geringe Anzahl
der sich zu diesem Zeitpunkt tatsächlich in der Fertigung
befindenden Module. Fälle, in denen ganze Tagesproduktionen
wegen Qualitäts- bzw. Sicherheitsmängeln nicht
mehr in den Verkehr gebracht werden konnten, da die Isolationsprüfung
nur an ausgewählten Photovoltaikmodulen stattfand, gehören
damit der Vergangenheit an.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren auf einer Fertigungslinie
abläuft und die elektrische Isolationsprüfung
in Reihe mit den übrigen Herstellungsschritten durchgeführt
wird. Eine solche „In-Line”-Prüfung erlaubt
es auf besonders einfache Art und Weise, jedes einzelne Photovoltaikmodul
zu prüfen. Je nachdem, an welcher Stelle der Fertigungslinie
die Isolationsprüfung stattfindet, kann die Ausfallzeit
im Fall eines fehlerhaften Moduls mehr oder weniger stark verringert
werden. Wird beispielsweise die Isolationsprüfung direkt
nach dem Randentschichten und vor dem sehr zeitaufwendigen Laminieren
durchgeführt, so können Fehler beim Entschichten
bereits frühzeitig erkannt und ein Laminieren fehlerhafter
Module kann vermieden werden. Bei einem Einsatz des Isolationstests
nach dem Laminierschritt hingegen kann die Qualität der
Laminierfolie überprüft werden, was für
die Qualitäts- und Sicherheitsbetrachtung insgesamt eine
herausragende Bedeutung hat. Der Einsatz der mit der Erfindung vorgeschlagenen
Technologie wird daher vorzugsweise am Ende der Fertigung eines
Moduls erfolgen. Gleichwohl können sich auch aus dem Einsatz
zu früheren Zeitpunkten Vorteile ergeben (siehe oben).
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Selbstverständlich
ist es bei der „In-Line”-Prüfung grundsätzlich
auch möglich, die zu fertigenden Photovoltaikmodule lediglich
stichprobenartig zu prüfen. Zum Erreichen eines höchstmöglichen
Qualitäts- bzw. Sicherheitsniveaus ist jedoch eine hundertprozentige
Prüfung vorzuziehen.
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Neben
der „In-Line”-Anwendung der elektrischen Isolationsprüfung
im Rahmen einer Fertigungslinie ist es ebenso möglich,
den Isolationstest als „Insellösung” auszuführen,
also örtlich und/oder zeitlich versetzt zur Herstellung
der Module in der Fertigungslinie. Dies kann zum einen derart erfolgen, daß bei
einer solchen „Insellösung” bereits fertig
zusammengebaute Photovoltaikmodule geprüft werden. Zum
anderen kann die Isolationsprüfung als „Insellösung” auch
dann zum Einsatz kommen, wenn das Herstellungsverfahren auf zwei
oder mehreren Fertigungslinien abläuft, wobei diejenigen
Photovoltaikmodule, welche die erste Fertigungslinie verlassen,
im Rahmen der „Insellösung” geprüft
werden, bevor sie der nachfolgenden Fertigungslinie zugeführt
werden.
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In
beiden Fällen, also sowohl „In-Line”,
als auch bei der „Insellösung”, kann
es vorteilhaft sein, die elektrische Isolationsprüfung
mehrfach durchzuführen, beispielsweise vor und nach dem
Aufbringen der Laminatschicht auf das Substrat.
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Mit
einer solchen Mehrfachprüfung kann die Ausschußquote
bei der Herstellung der Photovoltaikmodule noch weiter verringert
werden.
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Die
bei der Isolationsprüfung durchfahrene Spannungsrampe unterscheidet
sich von der Spannungsrampe bisheriger Tests dadurch, daß vorzugsweise
deutlich höhere Spannungen angelegt werden, nämlich
vorzugsweise 10 kV bis 30 kV und – sofern erforderlich – darüber
hinaus. In jedem Fall entsprechen die angelegten Spannungen aber
mindestens der jeweils einschlägigen Norm. Darüber
hinaus wird die Spannungsrampe deutlich schneller als bisher durchlaufen,
nämlich mit vorzugsweise 500 V/s. Dadurch kann die Testdauer
von etwa 5 Minuten pro Isolationstest auf unter eine Minute verringert
werden, was insbesondere bei der „In-Line”-Anwendung
für einen gleichmäßigen Prozeßablauf
von Vorteil ist.
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Darüber
hinaus wurde bei der Verwendung von Hochspannungen in dem Bereich
von 10 kV bis 30 kV überraschend festgestellt, daß sich
die Isolationseigenschaften der getesteten Photovoltaikmodule verbessern,
sofern es sich um Module mit einer nur geringen Stromleckage handelt.
Module mit hoher Stromleckage verschlechtern sich hingegen deutlich, zumeist
unter Ausbildung von sichtbaren Leckstrombahnen. Bei dem Isolationstest
tritt also bei Anwendung derart hoher Testspannungen ein Effekt
dahingehend auf, daß sich die Isolationseigenschaften qualitativ
hochwertigerer, aber nicht 100%ig isolationsfester Module verbessert,
während sich die Isolationseigenschaften qualitativ minderwertiger
Module verschlechtert. Die letztgenannten Module werden dann aus
dem Herstellungsprozeß entfernt, während die durch
den Isolationstest verbesserten Module nach bestandenem Test im
Herstellungsprozeß verbleiben können. Die Verbesserung
der Isolationseigenschaften läßt sich möglicherweise
dadurch erklären, daß es durch die verwendete
Hochspannung zu einem Verglühen von leitfähigen
Partikeln und damit zu einem Säuberungseffekt kommt.
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Das
erfindungsgemäße System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen
weist eine Einrichtung zur Durchführung der elektrischen
Isolationsprüfung auf. Diese Einrichtung ist, je nachdem,
ob der Test „In-Line” oder als „Insellösung” vorgesehen
ist, als Modul der Fertigungslinie oder aber als „Stand
alone”-Einrichtung konzipiert. In beiden Fällen
erfolgt die Kontaktierung mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kontaktierungsvorrichtung
einen Kontaktrahmen zum Kontaktieren des Modulrandes auf, der über
wenigstens ein leistenförmiges Kontaktelement verfügt.
Die Kontaktierung des Modulrandes erfolgt dabei durch Kontaktieren
der Stirnseite des fertigen Moduls, der Stirnseite des Substrates
und/oder der Oberseite des Substrates im Randbereich des Moduls.
Der Kontaktrahmen ist dabei zum Umschließen des Moduls
ausgebildet. Er umschließt das Modul dabei vorzugsweise
lückenlos. Dies kann entweder dadurch erreicht werden,
daß ein durchgehendes, einstückiges Kontaktelement
zum Einsatz kommt, welches das Modul lückenlos umschließt.
Alternativ dazu kommt ein Kontaktrahmen mit mehreren Kontaktelementen
zum Einsatz, die sich in ihren Endbereichen überlappen,
so daß auch in diesem Fall ein lückenloses Umschließen
des Moduls sichergestellt werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die
Kontaktierungsvorrichtung eine mit einem vorzugsweise bandförmigen
Kontaktelement versehene Kontaktrolle auf, die zur abschnittsweisen peripheren
Kontaktierung des Modulrandes ausgebildet ist. Hierbei ist eine
zylinderförmige Kontaktrolle an ihrer Außenseite
mit einem Kontaktband versehen und fährt den Modulrand
ab, und zwar unter Kontaktierung der Modul- bzw. Substratstirnseite
und/oder unter Kontaktierung der Substratoberseite im Randbereich.
Das Abfahren erfolgt dabei Abschnitt für Abschnitt, d.
h. „schrittweise”, wobei unter einem „schrittweisen” Abfahren
sowohl ein kontinuierliches, als auch ein durch Pausen unterbrochenes
Abfahren des Modulrandes verstanden werden kann. Bei dieser Ausführungsform
besteht die Möglichkeit, einen möglichen Durchschlag
bzw. Schwachstellen der elektrischen Isolierung exakt zu lokalisieren.
Beide Ausführungsformen (Kontaktrahmen und Kontaktrolle)
können in einer gemeinsamen Fertigungslinie eingesetzt
werden.
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Die
Kontaktierungsvorrichtung weist darüber hinaus einen Kontaktstempel
zum Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls
auf, wobei der Kontaktstempel mit einem vorzugsweise ballen – oder
kissenförmigen Kontaktelement versehen ist.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß das oder
die Kontaktelemente des Kontaktrahmens und/oder das Kontaktelement
der Kontaktrolle und/oder das Kontaktelement des Kontaktstempels
aus einem elektrisch leitfähigen, textilen Gewebe besteht,
also Gewebe, in das metallische Elemente eingewebt sind. Alternativ
dazu können bspw. auch elektrisch leitfähige Fasern
oder Gewebe, Metall- bzw. Stahlwolle oder befeuchtete Schwammtücher,
leitfähiger Schaumstoff oder leitfähiger Gummi etc.
verwendet werden. Durch die Verwendung derartiger Materialien wird sichergestellt,
daß das Kontaktelement bei einer mechanischen Kontaktierung des
Photovoltaikmoduls durch Anpressen des Kontaktrahmens bzw. des Kontaktstempels
elastisch genug ist, um eine mechanische Beschädigung des Photovoltaikmoduls
zu vermeiden, gleichzeitig jedoch eine hinreichend elektrische Kontaktierung
gewährleistet ist. Anstelle dieser Materialien können auch
herkömmliche metallene Kontaktbleche oder Kontaktfolien
zum Einsatz kommen, wobei diese dann vorteilhafterweise in geeigneter
Art und Weise gefedert bzw. federnd gelagert sind, um das vergleichsweise
empfindliche Modul bei dem Kontaktierungsvorgang nicht zu beschädigen.
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Dem
elektrischen Kontaktierungsvorgang des zu prüfenden Photovoltaikmoduls
kommt eine besondere Bedeutung bei. Die Art und Weise Kontaktierung
ist vorzugsweise unabhängig davon, in welcher Position
das Photovoltaikmodul transportiert und der Prüfeinrichtung
zugeführt wird. Dies kann beispielsweise über
Manipulatoren, Rollenbahnen, Druckluft etc. erfolgen. Die Photovoltaikmodule
können liegend oder stehend transportiert und geprüft werden.
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Die
zur Isolationsprüfung erforderliche Kontaktierung der Photovoltaikmodule
erfolgt vorzugsweise automatisch. Alternativ dazu kann jedoch auch eine
vollständig manuelle oder eine semiautomatische Kontaktierung
erfolgen. Bei der vollautomatischen Kontaktierung werden Kontaktrahmen und/oder
Kontaktstempel über entsprechende Antriebsvorrichtungen,
beispielsweise pneumatische oder hydraulische Antriebe oder aber
elektromotorische Antriebe, positioniert beziehungsweise betätigt. Befindet
sich das zu prüfende Photovoltaikmodul in der Prüfposition,
so kann beispielsweise zunächst das Modul von dem Kontaktrahmen
umfaßt werden, bevor der Kontaktstempel an die nach außen
führenden freiliegenden elektrischen Anschlüsse
des Photovoltaikmoduls angepreßt wird. Die Kontaktierung des
Rahmens kann alternativ dazu selbsttätig durch eine Bewegung
des Photovoltaikmoduls auf den Rahmen zu erfolgen. Hierbei kann
zum einen eine Hebelschwenklösung vorgesehen sein, wonach
das zu prüfende Modul beim Verfahren in die Prüfposition zwangsweise
an einem Hebelarm der Kontaktierungsvorrichtung angreift, durch
dessen Verschwenken ein Kontaktieren des Modulrandes durch das Kontaktelement
des Kontaktrahmens erfolgt. In einer anderen Variante wird eine
Klemmlösung verwirklicht, bei der sich das zu prüfende
Modul durch das Verfahren in die Prüfposition selbsttätig
zwischen den Kontaktelementen verklemmt.
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Kommt
weder die Hebelschwenk- noch die Klemmlösung zum Einsatz,
dann ist der Kontaktrahmen vorzugsweise dreiteilig ausgeführt,
wobei entsprechend der Plattenform des Photovoltaikmoduls ein L-förmiger
Teil des Rahmens vorgesehen ist, an dem zwei gradlinige Rahmenelemente
entweder direkt, also an beiden Enden des L-Abschnitts, oder „in Reihe” befestigt
sind. Der Kontaktrahmen wird dann zunächst mit dem L-Element
an dem zu prüfenden Modul befestigt, bevor die beiden weiteren
Rahmenelemente, die beispielsweise über Scharniere oder dergleichen
mit dem L-Element verbunden sind, an die beiden verbleibenden Seiten
des Moduls herangeführt werden und diese kontaktieren.
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Alle
drei Kontaktmöglichkeiten zum Anbringen des Rahmens an
dem Photovoltaikmodul sowie die beschriebene Variante mit einer
Kontaktrolle können auch dann zum Einsatz kommen, wenn
die Kontaktierung nicht automatisch, sondern manuell erfolgt. Auch
bei einer manuellen Kontaktierung kann ein Kontaktstempel zum Einsatz
kommen, der auf die nach außen führenden elektrischen
Anschlüsse des Photovoltaikmoduls aufgelegt wird. Handelt
es sich jedoch bereits um das fertig hergestellte Photovoltaikmodul,
bei dem die beiden elektrischen Anschlüsse bereits mit
Anschlußdosen versehen sind, erfolgt die Kontaktierung
der elektrischen Anschlüsse vorteilhafterweise nicht mit
Hilfe eines Kontaktstempels, sondern durch Kontaktieren der Anschlußdosen
mit Hilfe eines vorzugsweise steckbaren Kontaktadapters. Dies kann
sowohl in der manuellen, als auch in der automatischen Kontaktierungsvariante
der Fall sein.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein
Photovoltaikmodul in perspektivischer Ansicht,
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2 einen
Schnitt durch ein Photovoltaikmodul,
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3 eine
Draufsicht auf eine Fertigungslinie,
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4 eine
Seitenansicht eines Photovoltaikmoduls in einem Kontaktrahmen,
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5 eine
Schnittansicht durch einen Kontaktrahmen,
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6 eine
Seitenansicht eines Kontaktstempels,
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7 eine
Teilansicht einer Schwenkhebellösung zur Kontaktierung
des Photovoltaikmoduls,
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8 eine
Teilansicht einer Klemmlösung zur Kontaktierung des Photovoltaikmoduls,
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9 eine
Schnittansicht durch einen weiteren Kontaktrahmen,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines durch einen Stempelrahmen kontaktierten
Photovoltaikmoduls,
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11 eine
Schnittansicht durch einen Stempelrahmen.
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Sämtliche
Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren
wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei
Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Ein
zu prüfendes Photovoltaikmodul 1 in einer perspektivischer
Ansicht von unten zeigt 1. Das Modul 1 ist
plattenförmig ausgebildet und weist auf seiner Rückseite 2 zwei
elektrische Anschlüsse 3 auf. Diese dienen zum
Anschließen des Moduls 1 in einem Photovoltaikmodulfeld,
beispielsweise im Rahmen einer Photovoltaikmodulinstallation auf
einem Hausdach. Das Modul weist vier Stirnseiten 4 auf.
Die Höhe des Moduls beträgt dabei wenige Millimeter
bis Zentimeter.
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Die
Schichtstruktur eines Moduls 1 ist in 2 illustriert.
Auf einem Glassubstrat 5 ist eine stromführende
Komponente 6 aufgebracht, die aus drei Lagen besteht, wobei
die Mittellage durch die eigentliche Halbleiterschicht 7 und
die beiden Außenlangen durch TCO-Material 8 (transparent
conductive Oxide) gebildet sind. Nach dem Aufbringen der stromführenden
Komponente 6 wird diese im Randbereich 9 des Moduls 1 wieder
entfernt, beispielsweise durch Einsatz eines Laserverfahrens. Man
spricht dabei von der sogenannten Randentschichtung. Anschließend
wird die stromführende Komponente 6 mit Laminat 10 eingekapselt.
Der Aufbau des Moduls 1 wird durch eine obere Deckplatte 11 abgeschlossen,
die ebenfalls zumeist aus Glas besteht. Durch die Laminatschicht 10 sind
die Stirnseiten 4 des Moduls 1 feuchtedicht abgeschlossen
und zugleich elektrisch isoliert. Dies zu überprüfen
ist Aufgabe der elektrischen Isolationsprüfung.
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Im
Zuge der Herstellung derartiger Module 1, bei denen stromführende
Komponenten 6 auf einem plattenförmigen Substrat 5 angeordnet
und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind, findet erfindungsgemäß eine
elektrische Isolationsprüfung statt, bei der mittels einer
mechanischen Kontaktierungsvorrichtung als Bestandteil einer Einrichtung zur
Durchführung der elektrischen Isolationsprüfung eine
Testspannung zwischen dem Modulrand einerseits und den entfernt
von dem Modulrand nach außen führenden elektrischen
Anschlüssen 3 des Moduls 1 andererseits
angelegt wird. Wenn das Substrat 5 bereits mit der Laminatschicht 10 versehen
ist, erfolgt das Anlagen der Spannung vorzugsweise zwischen den
Anschlüssen 3 und der Stirnseite 4 des Moduls 1 (mit
oder ohne Deckplatte 1). Erfolgt die Isolationsprüfung
vor dem Laminiervorgang, wird die Spannung vorzugsweise zwischen
den Anschlüssen 3 und der Stirnseite des Substrats 5 und/oder
der Substratoberseite 35 im Randbereich 9 angelegt.
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Die
elektrische Isolationsprüfung ist vorzugsweise als ein
Prozeßschritt in eine Fertigungslinie 12 zur Herstellung
der Photovoltaikmodule integriert und wird in Reihe mit den übrigen
Herstellungsschritten durchgeführt. Beispielsweise findet
die Isolationsprüfung direkt nach dem Randentschichten
und vor dem sehr zeitaufwendigen Laminieren statt. Die Einrichtung 13 zur
Durchführung der elektrischen Isolationsprüfung
ist dann als Modul der Fertigungslinie 12 ausgeführt
und in Prozeßrichtung 14 zwischen dem Randentschichtungsmodul 15 und
dem Laminiermodul 16 positioniert. Um die Ausschußquote
weiter zu verringern ist in der Fertigungslinie 12 eine
zweite Testeinrichtung 13 nach dem Laminiervorgang vorgesehen.
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Alternativ
dazu ist es möglich, die elektrische Isolationsprüfung
als „Insellösung” auszuführen,
was in 3 mit der Versetzung der Testeinrichtung 13 aus
der Fertigungslinie 12 heraus angedeutet wird.
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Die
Kontaktierung des Moduls 1 erfolgt manuell, semi- oder
vollautomatisch mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung.
Diese umfaßt einen Kontaktrahmen 17 zum Kontaktieren
der Stirnseiten 4 und einen Kontaktstempel 18 zum
Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse 3 des
Moduls 1.
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Der
Kontaktrahmen 17 verfügt über an die äußere
Form des zu prüfenden Moduls 1 angepaßte leistenförmige
Kontaktelemente und ist zum lückenlosen Umschließen
des Moduls 1 ausgebildet, siehe 4. Der Kontaktrahmen 17 ist
hierzu dreiteilig ausgeführt, wobei entsprechend der Plattenform
des Moduls 1 ein L-förmiger Teil 19 des
Rahmens 17 vorgesehen ist, an dem zwei gradlinige Rahmenelemente 20 über
Scharniere 21 befestigt sind. Der Kontaktrahmen 17 wird
dann zunächst mit dem L-Element 19 an dem zu prüfenden
Modul 1 befestigt. Anschließend werden die beiden
weiteren Rahmenelemente 20 an die beiden verbleibenden
Seiten 4 des Moduls 1 herangeführt und
kontaktieren diese. Dies ist in 4 durch
die Schwenkbewegungen 22 angedeutet.
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Wie
in 5 abgebildet, weisen die leistenförmigen
Rahmenelemente 19, 20 an ihrer der Modul 1 zugewandten
Innenseite 23 eine Nut 24 auf, in der die Kontaktelemente 25 einliegen.
Es kommen somit drei Rahmenelemente 19, 20 zum
Einsatz, deren Kontaktelemente 25 sich in ihren Endbereichen 26 überlappen.
Die tatsächlich verwendete Form der Nut 24 kann
von der hier dargestellten Form abweichen. Für die Erfindung
ebenfalls weniger relevant ist es, wie die Kontaktelemente 25 in
der Nut 24 befestigt sind. Hier stehen dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten
zur Verfügung. Es kommt lediglich darauf an, daß eine
ordnungsgemäße Kontaktierung des Moduls 1 sichergestellt
ist.
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Der
Kontaktstempel 18 ist mit einem im wesentlichen ballenförmigen
Kontaktelement 27 versehen und wird in Kontaktierungsrichtung 28 auf
die Rückseite 2 des Moduls 1 angepreßt,
an der die elektrischen Anschlüsse 3 des Moduls 3 freiliegen.
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Das
Kontaktelement 27 des Kontaktstempels 18 ist dabei,
wie in 5 angegeben, an dem vorderen Ende eines Zylinderkolbens 29 montiert. Der
Zylinderkolben 29 ist beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch
angetrieben und in Kontaktierungsrichtung 28 verfahrbar.
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Anstelle
eines ballen- oder kissenförmigen Kontaktelements 27 kann
auch ein flaches Kontaktelement verwendet werden, solange eine elektrisch ausreichende
und beschädigungslose Kontaktierung des Moduls 1 sichergestellt
ist.
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Die
Kontaktelemente 25, 27 bestehen vorzugsweise aus
einem elektrisch leitfähigen Metallgewebe, insbesondere verkupferten
oder versilberten Maschengewebe, das auf einen Elastomer- oder Schaumkern
aufgebracht ist.
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Die
Betätigung von Kontaktrahmen 17 und Kontaktstempel 18 erfolgt
in der vollautomatischen Variante selbsttätig und mittels
einer zentralen Steuereinheit angesteuert über Antriebsvorrichtungen, die
in den Figuren nicht abgebildet, jedoch dem Fachmann geläufig
sind.
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Nachfolgend
wird der Ablauf eines Isolationstests beschrieben:
Nach dem
Einlaufen des zu prüfenden Moduls 1 in die Prüfeinrichtung 13 erfolgt
zunächst eine Referenzierung. Dabei wird die Position des
Moduls 1 für den Isolationstest festgelegt. Motorisch
angetriebene Referenzierungselemente, beispielsweise in Form von Balken
oder dergleichen, bewegen das Modul 1 dabei in die Prüfposition.
Anschließend wird das Modul 1 isoliert. Hierzu
wird es mit Hilfe von elektrisch nichtleitenden Kunststoffelementen
aus seiner Transportposition herausgehoben und dem Kontaktrahmen 17 zugeführt.
Nach dem Schließen des Rahmens 17 und dem Kontaktieren
der elektrischen Anschlüsse 3 durch den Kontaktstempel 18 erfolgt
der eigentliche Isolationstest. Hierzu wird ein Hochspannungsgenerator
verwendet. Nach dem Durchfahren einer Spannungsrampe und dem gleichzeitigen
Messen des dabei durch die Meßanordnung fließenden
Stromes wird ermittelt, ob der gemessene Strom den Normanforderungen
genügt oder nicht.
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Nach
dem Isolationstest werden die Anschlüsse von Kontaktrahmen 17 und
Kontaktstempel 18 kurzgeschlossen, um das Modul 1 zu
entladen. Zum Abbau der Kapazität kann alternativ dazu
auch ein hochohmiger Widerstand in der Größenordnung von
1 bis 20 Megaohm (oder größer) zwischen den beiden
Anschlußpolen dauerhaft kurzgeschlossen sein; hierdurch
wird der beim oben erwähnten Kurzschließen zwingend
benötigte Schütz zum Schalten der Hochspannung
eingespart. Anschließend werden Kontaktrahmen 17 und
Kontaktstempel 18 vom Modul 1 entfernt und das
Modul 1 wird zurück in seine Transportposition
bewegt. Ist die Transportebene bereits elektrisch isoliert ausgeführt,
ist der Einsatz eines Isolationshubes nicht mehr notwendig. Eine definierte
Transportposition entspricht dann der Testposition des Moduls 1.
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Während
zuvor die Kontaktierung mit Hilfe eines Kontaktrahmens 17 beschrieben
wurde, der zueinander verschwenkbare Elementen 19, 20 aufweist,
können auch Kontaktrahmen 30, 31 verwendet werden,
deren Kontaktierung selbsttätig durch eine Bewegung des
Moduls 1 auf den Rahmen 30, 31 zu erfolgt.
Typischerweise handelt es sich dabei um die Bewegung des Moduls
von der Transportposition in die Prüfposition.
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Hierbei
kann zum einen eine Hebelschwenklösung vorgesehen sein,
wonach das zu prüfende Modul 1 beim Verfahren
in die Prüfposition zwangsweise an einem schwenkbar gelagerten
Hebelarm 32 des Kontaktrahmens 30 angreift, durch
dessen Verschwenken ein Kontaktieren der Stirnseiten 4 durch ein
Kontaktelement 33 des Kontaktrahmens 30 erfolgt,
siehe 7. In einer anderen Variante wird eine Klemmlösung
verwirklicht, bei der sich das zu prüfende Modul 1 durch
das Verfahren in die Prüfposition selbsttätig
zwischen Kontaktelementen 34 des Kontaktrahmens 31 verklemmt,
siehe 8. Aus Gründen der Klarheit ist in den 7 und 8 jeweils nur
ein einzelner Kontaktierungsbereich dargestellt. Die Kontaktierung
des gesamten Moduls 1 erfolgt jedoch vorzugsweise gleichzeitig.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kontaktierung
des Modulrandes nicht über die Stirnseite 4 des
Moduls 1, sondern (vor dem Laminieren) durch Kontaktierung
der Substratoberseite 35 im Bereich des Modulrandes 9,
siehe 1 und 10, wobei die Kontaktierungsrichtung 36 mit
unterbrochener Linie dargestellt ist. Sofern für diese
Art der Kontaktierung ein Kontaktrahmen 17 Verwendung findet,
sind Nut 24 und Kontaktelement 25 dieser Variante
entsprechend angepaßt, siehe 9. Alternativ
zur Anwendung eines Kontaktrahmens ist es bei der Kontaktierung
dieser Art möglich, einen weiteren Kontaktstempel 38 zu
verwenden, der – die hinsichtlich der Kontaktierung des
Moduls 1 grundlegenden Eigenschaften des Kontaktrahmens 17 aufnehmend – vorzugsweise
rahmenförmig ausgebildet ist und im Randbereich 9 auf
dem Substrat 5 aufliegt, siehe 10. Ein
Verschwenken von Rahmenteilen erübrigen sich in diesem
Fall, da der rahmenförmige Stempel bzw. Stempelrahmen 38 einteilig
ausgestaltet sein kann, so daß er als ganzes auf das zu
prüfende Modul 1 aufgesetzt werden kann. Soll
eine gleichzeitige Kontaktierung der Stirnseite 4 des Substrates 5 und
der Substratoberseite 35 erfolgen, so kann hierzu entweder
eine modifizierter Kontaktrahmen 17 oder ein modifizierter
Stempelrahmen 38 verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich,
daß in diesem Fall zwei separat voneinander bewegbare Kontaktstempel
zum Einsatz kommen, wobei der eine in Richtung des Pfeils 22 und
der andere in Richtung des Pfeils 36 auf das zu prüfende
Modul 1 zu bewegt wird.
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Für
die Erfindung ist es nicht wesentlich, ob die mechanische Kontaktierungsvorrichtung
auf das feststehende Modul 1 zu bewegt wird oder ob das Modul 1 auf
die feststehende mechanische Kontaktierungsvorrichtung zu bewegt
wird oder ob eine Mischform verwirklicht ist.
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Während
das Kontaktelement 27 des Kontaktstempels 18 vorzugsweise
ballenförmig ausgebildet ist, um einen ausreichenden elektrischen
Kontakt mit dem Modul 1 zu gewährleisten, kann
das Kontaktelement des Kontaktrahmens 17, 30, 31 verschiedene
Formen annehmen, so in Form einer halbkreisförmigen Leiste 25 (siehe 5),
in Form eines Ballens 33 (7) bzw. 25 (9)
oder in Form eines Keils 34 (8). Erfolgt
eine gleichzeitige Kontaktierung der Stirnseite 4 und der
Substratoberseite 35 (diese Variante ist nicht in den Zeichnungen
dargestellt), so sind auch L-förmige Kontaktelemente möglich.
Darüber hinaus kann der Kontaktrahmen 17 auch
als eine Kombination einzelner bzw. miteinander kombinierter Kontaktstempel
ausgeführt sein.
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Alle
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der
Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Photovoltaikmodul
- 2
- Rückseite
- 3
- elektrischer
Anschluß
- 4
- Modulstirnseite
- 5
- Substrat
- 6
- stromführende
Komponente
- 7
- Halbleiterschicht
- 8
- TCO-Schicht
- 9
- Randbereich
- 10
- Laminat
- 11
- Deckplatte
- 12
- Fertigungslinie
- 13
- Einrichtung
- 14
- Prozeßrichtung
- 15
- Randentschichtungsmodul
- 16
- Laminierungsmodul
- 17
- Kontaktrahmen
- 18
- Kontaktstempel
- 19
- L-förmiges
Rahmenelement
- 20
- gerades
Rahmenelement
- 21
- Scharnier
- 22
- Schwenkbewegung
- 23
- Innenseite
- 24
- Nut
- 25
- Kontaktelement
- 26
- Endbereich
- 27
- Kontaktelement
- 28
- Kontaktierungsrichtung
- 29
- Zylinderkolben
- 30
- Kontaktrahmen
- 31
- Kontaktrahmen
- 32
- Hebelarm
- 33
- Kontaktelement
- 34
- Kontaktelement
- 35
- Substratoberseite
- 36
- Kontaktierungsrichtung
- 37
- (frei)
- 38
- Stempelrahmen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - IEC 61646/1996 [0002]
- - IEC 61730/2004 [0002]