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Betreffend das deutsche Patent
10 2008 019 703 hat der 6. Senat (Nichtigkeitssenat) des Bundespatentgerichts auf Grund der mündlichen Verhandlung vom 14. Juli 2021
für Recht erkannt:
- I. Das deutsche Patent 10 2008 019 703 wird für nichtig erklärt, soweit es über folgende Fassung hinausgeht:
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer elektrischen Isolationsprüfung an 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 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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In
US 2001/0040 453 A1 ist beschrieben, daß zum Testen eines Solarmoduls eine Testspannung zwischen einem mit der Solarzelle verbundenen spannungsführenden Teil einerseits und einem leitenden Abschnitt des Außengehäuses des Solarmoduls andererseits angelegt wird. Als Leiterabschnitt des Außengehäuses dient dabei ein Trägerelement, auf dem die Solarzelle mit ihrer Unterseite aufliegt, wobei dieses Trägerelement zugleich dazu dient, die Steifigkeit des Solarmoduls zu erhöhen.
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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. eine Vorrichtung 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 zu 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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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 Kontaktierungsvorrichtu ng.
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Erfindungsgemäß 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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Die Kontaktierungsvorrichtung kann eine mit einem vorzugsweise bandförmigen Kontaktelement versehene Kontaktrolle aufweisen, die zur abschnittsweisen peripheren Kontaktierung des Modulrandes ausgebildet ist (nicht Teil der beanspruchten Erfindung). 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. Dabei besteht die Möglichkeit, einen möglichen Durchschlag bzw. Schwachstellen der elektrischen Isolierung exakt zu lokalisieren. Beide Varianten (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 der 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 Photovolteikmodul 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 Kontaktierungevariante der Fall sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 ein Photovoltaikmodul in perspektivischer Ansicht,
- 2 einen Schnitt durch ein Photovoltaikmodul,
- 3 eine Draufsicht auf eine Fertigungslinie,
- 4 eine Seitenansicht eines Photovoltaikmoduls in einem Kontaktrahmen,
- 5 eine Schnittansicht durch einen Kontaktrahmen,
- 6 eine Seitenansicht eines Kontaktstempels,
- 7 eine Teilansicht einer Schwenkhebellösung zur Kontaktierung des Photovoltaikmoduls,
- 8 eine Teilansicht einer Klemmlösung zur Kontaktierung des Photovoltaikmoduls,
- 9 eine Schnittansicht durch einen weiteren Kontaktrahmen,
- 10 eine perspektivische Ansicht eines durch einen Stempelrahmen kontaktierten Photovoltaikmoduls,
- 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 Anlegen der Spannung vorzugsweise zwischen den Anschlüssen 3 und der Stirnseite 4 des Moduls 1 (mit oder ohne Deckplatte 11). 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 Module 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 Module 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 Module 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 dem 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 1 freiliegen.
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Das Kontaktelement 27 des Kontaktstempels 18 ist dabei, wie in 6 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, beispieleweise 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 bereite elektrisch isoliert ausgeführt, ist der Einsatz eines Isolationshubes nicht mehr notwendig. Eine definierte Transportposition entspricht dann der Testposition des Module 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 Module 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 Fig, 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 Subatratoberseite 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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Bezugszeichenliste
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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
