DE102008020458A1

DE102008020458A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Solarzellenstrings

Info

Publication number: DE102008020458A1
Application number: DE200810020458
Authority: DE
Inventors: Markus Steinkoetter
Original assignee: Individual
Current assignee: Sunnyside Upp 51069 Koeln De GmbH
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: DE102008020458B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1, 1') zur Herstellung eines Solarzellenstrings, bei dem mindestens zwei Solarzellen (8) mit Zellverbindern (13) versehen werden, wobei die Zellverbinder (13) jeweils entlang einer Oberseite (32) einer ersten Solarzelle (8) und einer Unterseite (33) einer benachbarten Solarzelle (8) verlaufen und die mindestens zwei benachbarten Solarzellen (8) elektrisch verbinden. Um eine besonders kostengünstige Herstellung der Solarzellenstrings zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Aufbringen der Zellverbinder (13) auf die Solarzellen (8) kontinuierlich erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings, bei dem mindestens zwei Solarzellen mit Zellverbindern versehen werden, wobei die Zellverbinder jeweils entlang einer Oberseite einer ersten Solarzelle und einer Unterseite einer benachbarten Solarzelle verlaufen und die mindestens zwei benachbarten Solarzellen elektrisch verbinden.
Solarmodule weisen eine Vielzahl von Solarzellen auf, die in einer Reihenschaltung elektrisch zu verbinden sind. Hierzu werden die benachbarten Solarzellen typischerweise mit einem Zellverbinder verbunden, wobei dieser von der Oberseite einer ersten Solarzelle zu der Unterseite einer zweiten Solarzelle verlaufen muss, was den Herstellprozess kompliziert macht. Bei der Herstellung von Solarmodulen werden die Solarzellen automatisch oder manuell einzeln versetzt und verlötet, was einen enormen Zeitaufwand bedingt und somit hohe Kosten verursacht.
Nach Fertigstellung der Solarmodule wird die Leistung derselben zwecks Qualitätsprüfung gemessen, wobei oftmals festgestellt wird, dass einzelne Solarzellen unzureichend verlötet oder sonst wie schadhaft sind und das Solarmodul in seiner Gesamtheit nicht verwendbar ist. Das Auffinden einer fehlerhaft verbundenen oder schadhaften Solarzelle sowie eine Ausbesserung des Solarmodule ist mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden.
Um eine Leistungsprüfung schon zu einem früheren Zeitpunkt des Herstellungsprozesses zu ermöglichen, werden heutzutage zunächst sogenannte Solarzellenstrings gefertigt, die aus einer einreihigen Solarzellkette bestehen, die bereits vollständig elektrisch verbunden ist. Nach einer Qualitätsprüfung der Solarzellenstrings werden diese dann nebeneinander angeordnet und wiederum elektrisch miteinander verbunden, so dass im Ergebnis ein vollständiges Solarmodul vorliegt.
In der DE 10 2006 007 447 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Verbindung von Solarzellen zu Solarzellenstrings dient. Diese Vorrichtung besteht aus einer ersten Komponente zum Zusammenführen von Solarzellen und Zellverbindern, einer zweiten Komponente zum Verlöten der Zellverbinder auf den Solarzellen und einer dritten Komponente zum Transport der Solarzellen von der ersten Komponente zu der zweiten Komponente. Um die Zellverbinder in ihrer Lage auf den Solarzellen zu fixieren, weist die erste Komponente ein Niederhalteelement auf, das die Zellverbinder so lange an die Solarzelle drückt, bis der Lötvorgang abgeschlossen ist. Während des Herstellprozesses befinden sich die Solarzellen auf einem Transportband, das zu bestimmten Taktzeiten um einen Schritt weitergetaktet wird, wobei ein Schritt in etwa der Länge einer Solarzelle entspricht.
Bei den bekannten Herstellungsverfahren von Solarmodulen handelt es sich um Verfahren, die getaktet ablaufen, was durch die verhältnismäßig aufwändig herzustellende Verschaltung der einzelnen Solarzellen bedingt ist. Nachteil hierbei ist der große Zeitaufwand, der sich nicht zuletzt auf die Herstellungskosten der Solarmodule niederschlägt.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein eingangs beschriebenes Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings zu schaffen, mit dem beziehungsweise der der Solarzellenstring besonders kostengünstig produziert werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, den Zeitaufwand für die Herstellung eines Solarzellenstrings zu reduzieren.
Lösung
Ausgehend von einem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Aufbringen der Zellverbinder auf die Solarzellen kontinuierlich erfolgt. Gegenüber getaktet ablaufenden Verfahren zeichnen sich kontinuierliche Verfahren durch einen stetigen, fließenden Ablauf aus, der ohne Unterbrechungen gleichmäßig fortschreitet. Hierdurch wird der Herstellungsprozess deutlich beschleunigt und somit kostengünstiger. Darüber hinaus ist es gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass ein späteres Verlöten der Zellen miteinander ebenfalls kontinuierlich erfolgt. Insbesondere können die Geschwindigkeiten der beiden Abläufe ”Aufbringen der Zellverbinder” und ”Verlöten der Zellen” so aufeinander abgestimmt sein, dass insgesamt eine kontinuierliche Produktion der Solarzellenstrings erfolgt.
Für eine kontinuierliche Herstellung von Solarzellenstrings ist es vorteilhaft, wenn die Zellverbinder in einem ersten Schritt auf ein Trägermaterial aufgebracht werden bevor sie in einem zweiten Schritt auf die Solarzellen aufgebracht werden. Eine kontinuierliche Aufbringung der Zellverbinder kann demnach leicht durch eine kontinuierliche Bewegung des Trägermaterials erreicht werden, das typischerweise leichter zu Handhaben ist. Darüber hinaus kann die später gewünschte Lage der Zellverbinder auf den Solarzellen bereits durch eine entsprechende Positionierung auf dem Trägermaterial definiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Schritte vor, dass

– das Trägermaterial, das als Endlosband vorliegt und kontinuierlich von einer Mutterrolle abgewickelt wird, mit den Zellverbindern versehen wird, wobei die Zellverbinder entweder zunächst als Endlosband vorliegen, das mittels einer Schneideinrichtung in Abschnitte geschnitten wird, oder als zugeschnittene Abschnitte vorliegen, die aus einer Vorratseinrichtung entnommen werden,
– die Abschnitte über einen Teil ihrer Länge mittels einer Fixiereinrichtung mit dem Trägermaterial verbunden werden, wobei die restliche Länge der Abschnitte unverbunden verbleibt,
– die einzelnen Solarzellen mittels einer Positioniereinrichtung auf die mit den Zellverbindern versehene Seite des Trägermaterials gegeben werden, so dass die Zellverbinder auf der Oberseite oder der Unterseite der Solarzellen verlaufen,
– und der Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen über ein Förderband einer Laminiereinrichtung zugeführt wird, wobei die losen Teile der Abschnitte der Zellverbinder auf die Unterseiten oder die Oberseiten der Solarzellen gelangen.

Die Abschnitte der Zellverbinder können je nach Ausbildung der Sammelschienen der Solarzellen gleiche Längen aufweisen, oder aber verschiedene Längen. Typischerweise werden jedoch Zellverbinder mit jeweils gleicher Länge vorgesehen, wobei die eigentliche Länge davon abhängt, von welchem Ort auf der Oberseite einer Solarzelle zu welchem Ort auf der Unterseite einer benachbarten Solarzelle der jeweilige Zellverbinder reichen muss.
Die Abschnitte, also die Zellverbinder, werden über einen Teil ihrer Länge mit dem Trägermaterial verbunden, wobei der zu befestigte Teil der Zellverbinder nicht über seine gesamte Länge fortlaufend verbunden werden muss, sondern eine punktuelle Verbindung ausreicht.
Beispielsweise kann nur der Anfang und das Ende des zu befestigenden Teils mit dem Trägermaterial verbunden werden.
Bei einem symmetrischen Aufbau der Solarzellen bezüglich ihrer Ober- und Unterseite entspricht der zu befestigende Teil der Zellverbinder in etwa der Hälfte ihrer Länge.
Werden die Abschnitte auf die Unterseite des Trägermaterials aufgebracht, hängt der nicht mit dem Trägermaterial verbundene Teil der Abschnitte aufgrund der Schwerkraft nach unten, das bedeutet in die dem Trägermaterial entgegengesetzte Richtung. In diesem Fall werden ebenfalls die Solarzellen auf die Unterseite des Trägermaterials aufgebracht, so dass die dazwischen befindlichen Teile der Zellverbinder, die mit dem Trägermaterial verbunden sind, auf der Oberseite der Solarzellen verlaufen. Erst nachdem der Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen auf ein Förderband geführt wird, gelangen die lose herabhängenden Teile der Zellverbinder auf die Unterseite einer jeweils benachbarten Solarzelle, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Strang auf kontinuierliche Weise erzielt wird, dessen Zellverbinder jeweils auf der Oberseite einer Solarzelle und der Unterseite einer benachbarten Solarzelle verlaufen.
Bei einer Weiterbildung des vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass

– die Abschnitte über ihre gesamte Länge mittels einer Fixiereinrichtung mit dem Trägermaterial verbunden werden,
– die einzelnen Solarzellen mittels einer Positioniereinrichtung alternierend auf die mit den Zellverbindern versehene Seite des Trägermaterials aufgebracht werden, so dass zwischen benachbarten Solarzellen ein Freiraum mit einer Länge von mindestens einer Solarzelle verbleibt,
– der so entstandene Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen in Transportrichtung des Trägermaterials gesehen vor jeder Solarzelle über die gesamte Breite mittels einer Schneideinrichtung durchtrennt wird
– und die unmittelbar hinter dem somit entstandenen Schnitt befindliche Solarzelle mittels einer Vorschubeinrichtung über den den Freiraum bildenden Bereich des mit den Zellverbindern versehenen Trägermaterials bis nahe an eine vorangegangene Solarzelle geschoben wird.

Ist das Trägermaterial auf einer Seite mit einer Klebeschicht versehen, so ergibt sich der Vorteil, dass die Fixierung der Zellverbinder an dem Trägermaterial äußerst simpel erfolgen kann. Ein einfacher Kontakt – gegebenenfalls unter Aufbringung eines Drucks und/oder Energieeintrags – zwischen Zellverbinder und Trägermaterial reicht aus, um eine Verbindung herzustellen.
Ebenfalls ist die Aufbringung und Lagesicherung der Solarzellen auf dem Trägermaterial aufgrund der Klebe- bzw. Fixierschicht deutlich vereinfacht.
Alternativ kann die Klebe- bzw. Fixierschicht so ausgebildet sein, dass ihre Klebefunktion erst bei Zuführung von Energie, beispielsweise Wärme oder Ultraschall, aktiviert wird.
Eine weitere Möglichkeit, mit der die verschiedenen Komponenten mit dem Trägermaterial verbunden werden können, besteht darin, ein wärmeempfindliches Trägermaterial zu verwenden und an den erforderlichen Stellen eine Erwärmung desselben vorzusehen. Beispielsweise können die einzelnen Solarzellen in der Positioniereinrichtung erwärmt werden, so dass sie bei Kontaktierung des Trägermaterials daran anheften. Ferner kann die Verbindung der Zellverbinder an das Trägermaterial derart erfolgen, dass die Fixiereinrichtung eine Erwärmung vorsieht.
Vorteilhafterweise wird das Trägermaterial zunächst in den Bereichen, in denen die Zellverbinder aufgebracht werden, mittels einer Stanzeinrichtung mit Aussparungen, vorzugsweise in Form von Langlöchern versehen, zwischen denen in Transportrichtung betrachtet Stege verbleiben. Dabei kann die Länge der Langlöcher jeweils der Länge einer Solarzelle entsprechen. Die Stege zwischen den Aussparungen können als Bereiche dienen, in denen die Zellverbinder mit dem Trägermaterial verbunden werden. Die Ausstattung des Trägermaterials mit Aussparungen ist für den anschließenden Lötvorgang von Vorteil, bei dem die Zellverbinder mit den Solarzellen verlötet werden.
Bezüglich der Länge der Zellverbinder ist es vorteilhaft, wenn diese in Abschnitte geschnitten werden oder bereits in Abschnitten vorliegen, deren Länge etwa der Länge von zwei Solarzellen und zwei in Transportrichtung vorhandenen Zwischenräumen zwischen zwei Solarzellen entspricht. Somit kann gewährleistet werden, dass die Zellverbinder jeweils über die gesamte Oberseite und die gesamte Unterseite einer Solarzelle verlaufen. Allerdings ist unbedingt darauf zu achten, dass die Zellverbinder nicht so lang ausgebildet sein dürfen, dass sie etwa drei benachbarte Solarzellen miteinander verbinden.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn der Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen mit einem zweiten Trägermaterial versehen wird, bevor er der Laminiereinrichtung zugeführt wird. Das zweite Trägermaterial sollte dem Verbund auf der dem bereits vorhandenen Trägermaterial abgewandten Seite der Solarzellen zugeführt werden, so dass die Solarzellen schließlich auf beiden Seiten mit einem Trägermaterial versehen sind und der entstehende Strang sich durch eine gute Stabilität auszeichnet. Dies ist insbesondere für die weiteren Verarbeitungsschritte, die der hergestellte Solarzellenstring durchläuft, von Vorteil.
Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Herstellung eines Solarzellenstrings wird die Aufgabe durch eine Einrichtung zum kontinuierlichen Aufbringen der Zellverbinder auf die Solarzellen gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Solarzellenstrings gemäß des vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht

– einen Dorn zur Abwicklung einer Mutterrolle eines Trägermaterials, auf das die Zellverbinder gebracht werden,
– mindestens einen Dorn zur Abwicklung mindestens einer Mutterrolle eines Zellverbinders,
– eine Schneideinrichtung, mittels der der als Endlosband vorliegende Zellverbinder in Abschnitte gleicher Länge geschnitten wird, oder eine Vorratseinrichtung zur Bevorratung von zugeschnittenen Abschnitten,
– eine Fixiereinrichtung, mittels der die Abschnitte über einen Teil ihrer Länge mit dem Trägermaterial verbunden werden, wobei die restliche Länge der Abschnitte unverbunden verbleibt,
– eine Einrichtung zur Zuführung von einzelnen Solarzellen,
– eine Positioniereinrichtung, mittels der die einzelnen Solarzellen auf die mit den Zellverbindern versehene Seite des Trägermaterials gegeben werden und
– ein Förderband, mit dem der Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen einer Laminiereinrichtung zugeführt werden, wobei die losen Teile der Ab schnitte der Zellverbinder auf die dem Trägermaterial abgewandte Seite der Solarzellen gelangen

Mittels dieser Vorrichtung kann insbesondere das Verfahren gemäß Anspruch 3 durchgeführt werden.
Für den Fall, dass das Verfahren gemäß Anspruch 4 angewendet werden soll, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung

– eine Fixiereinrichtung, mittels der die Abschnitte über ihre Länge mit dem Trägermaterial verbunden werden,
– eine Positioniereinrichtung, mittels der die Solarzellen alternierend auf das mit den Zellverbindern versehene Trägermaterial gegeben werden, so dass zwischen benachbarten Solarzellen ein Freiraum mit einer Länge von mindestens einer Solarzelle verbleibt,
– eine Schneideinrichtung, die den Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen in Vorschubrichtung des Trägermaterials gesehen vor jeder Solarzelle über die gesamte Breite durchtrennt und
– eine Vorschubeinrichtung, mittels der die hinter dem entstandenen Schnitt befindlichen Solarzelle über den den Freiraum bildenden Bereich des mit den Zellverbindern versehenen Trägermaterials bis an eine vorangehende Solarzelle geschoben wird,

Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass das Förderband, mit dem der Verbund aus Trägermaterial, Zellverbindern und Solarzellen der Laminiereinrichtung zugeführt werden, zu der Transportebene des Trägermaterials in vertikale Richtung versetzt angeordnet ist, da sich somit das Vorschieben der Solarzelle über den den Freiraum bildenden Bereich des mit den Zellverbindern versehenen Trägermaterials einfacher gestaltet.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Stanzeinrichtung aufweist, mittels der das Trägermaterial zunächst in den Bereichen, in denen die Zellverbinder aufgebracht werden, mit Aussparungen, vorzugsweise in Form von Langlöchern, versehen wird, zwischen denen in Längsrichtung betrachtet Stege verbleiben. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, ein bereits vorkonfektioniertes Trägermaterial – also ein bereits mit Öffnungen versehenes Band – zu verwenden.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen Dorn zur Abwicklung einer zweiten Mutterrolle eines zweiten Trägermaterials aufweist.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine dreidimensionale Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1,
3: eine Seitenansicht der Positioniereinrichtung aus 1,
4: eine Seitenansicht der Schneid- und Vorschubeinrichtung aus 1,
5: eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
6: eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß 5,
7: eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 5
8: eine Seitenansicht der Positioniereinrichtung gemäß 5
9: eine dreidimensionale Ansicht einer dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung und
10: eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 9.
In der 1 ist ein erstes Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Solarmodulstrings in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellt. Die 2 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. Ein als Endlosband vorliegendes Trägermaterial 2 wird von einer Mutterrolle 3 kontinuier lich abgewickelt und über eine Umlenkrolle 4 zunächst zu einer Stanzeinrichtung 5 geführt, die das Trägermaterial 2 kontinuierlich mit zwei parallel zueinander angeordneten Aussparungen 6 in Form von Langlöchern 7 versieht, die in etwa eine Länge von einer Solarzelle 8 besitzen. Dabei weisen die in Längsrichtung hintereinander liegenden Aussparungen 6 jeweils einen Abstand zueinander auf, so dass in Längsrichtung zwischen den Aussparungen 6 Stege 9 verbleiben. Das Trägermaterial 2 besteht aus einer Ethylenvinylacetat-Folie (EVA-Folie), die auf ihrer Unterseite 10 mit einer Klebeschicht 11 versehen ist.
Alternativ kann auf eine vorerwähnte Stanzeinrichtung 5 verzichtet werden, wenn das Trägermaterial 2 beispielsweise in Form von drei parallel zueinander verlaufenden und einen Abstand zueinander aufweisenden Bändern zugeführt wird.
Unterhalb der Stanzeinrichtung 5 befindet sich eine weitere Mutterrolle 12, von der zwei – ebenfalls als Endlosband vorliegende – Stränge eines Zellverbinders 13 kontinuierlich abgewickelt werden. Die beiden Stränge des Zellverbinders 13 werden zunächst in Abschnitte 14 geschnitten (siehe 3), die in etwa der Länge von zwei Aussparungen 6 und zwei Stegen 9 entspricht, und dann so von unten an die EVA-Folie geführt, dass sie jeweils unterhalb der Aussparungen 6 des Trägermaterials 2 verlaufen. In einer Fixiereinrichtung 15, die aus zwei gegensinnig drehenden Walzen 16, 17 unterschiedlicher Größe besteht, werden Zellverbinder 13 und Trägermaterial 1 zusammengedrückt, so dass der Zellverbinder 13 in den Bereichen der Stege 9 an der Klebeschicht 11 der EVA-Folie haftet. Hierdurch wird die Lage der Zellverbinder 13 für die weiteren Verfahrensschritte gesichert.
Ebenfalls unterhalb des in der Vorrichtung 1 geführten Trägermaterials 2 befindet sich ein Förderband 18, das sich in entgegengesetzte Richtung zu der Transportrichtung 19 des Trägermaterials 2 bewegt. Auf dem Förderband 18 werden einzelne Solarzellen 8 zu einer Positioniereinrichtung 20 geführt, die aus einer Walze 21 mit sechs Stempeln 22 gebildet wird. Mittels teleskopartig ausfahrbaren Armen 23 der Stempel 22, an deren Ende jeweils ein Ansaugkopf 24 sitzt (siehe 3), werden die auf dem Förderband 18 befindlichen Solarzellen 8 erfasst und von unten auf die mit der Klebeschicht 11 versehene Unterseite 10 des sich kontinuierlich bewegenden Trägermaterials 2 gegeben, wo die Solarzellen 8 anhaften. Die Solarzellen 8, deren Breite in etwa mit der Breite des Trägermaterials 8 übereinstimmt, werden in Längsrichtung so positioniert, dass deren Lage der Lage der Aussparungen 6 entspricht. Erfindungsgemäß werden die Solarzellen 8 jedoch alternierend auf das Trägermaterial 2 gegeben, das bedeutet, dass in Längsrichtung des Trägermaterials 2 betrachtet nach jedem Bereich, der mit einer Solarzelle 8 versehen ist, ein einen Freiraum 25 definierender Bereich verbleibt. Demnach sind die durch die zwei parallel verlaufenden Aussparungen 6 gebildeten Abschnitte des Trägermaterials 2 einmal von einer Solarzelle 8 überdeckt und einmal nicht.
Unmittelbar hinter dem Bereich, an dem die Solarzellen 8 auf das Trägermaterial 2 aufgebracht werden, befindet sich ein kurzes Transportband 26, über dem vier Walzen 27 positioniert sind, die wiederum das mit dem Zellverbinder 13 versehene Trägermaterial 2 mit den Solarzellen 8 so zusammenpressen, dass eine gleichmäßige Anlage der Solarzellen 8 an der Klebeschicht 11 des Trägermaterials 2 gewährleistet wird und eine gute Haftung der Solarzellen 8 an dem Trägermaterial 2 erzielt wird.
Bevor das mit dem Zellverbinder 13 und den Solarzellen 8 versehene Trägermaterial 2 in eine Laminiereinrichtung 28 gegeben wird, wird es erfindungsgemäß einer Schneideinrichtung 29 zugeführt, die das Trägermaterial 2 in seiner Transportrichtung 19 betrachtet jeweils unmittelbar vor einer Solarzelle 8 über die gesamte Breite des Trägermaterials 2 durchtrennt. Nach dem Schneidvorgang wird das mit der Solarzelle 8 versehene Trägermaterial 2 mittels einer Vorschubeinrichtung 30 aus zwei gegenläufig drehenden Rollen 31 in Transportrichtung 19 vorgeschoben, wobei die Solarzelle 8 über den vorhergehenden freien Abschnitt (Freiraum 25) des Trägermaterials 2 gelangt und somit sowohl auf ihrer Oberseite 32 als auch auf ihrer Unterseite 33 mit Trägermaterial 2 und dem daran angebrachten Zellverbinder 13 versehen ist. Dieser Verfahrensschritt wird in der 4 im Detail beschrieben.
In der 3, die die Positioniereinrichtung 20 und das kurze Transportband 26 aus 1 im Detail als Seitenansicht zeigt, ist die Aufbringung der einzelnen Solarzellen 8 auf das mit dem Zellverbinder 13 versehene Trägermaterial 2 gut zu erkennen. Einer der teleskopartigen Arme 23 der Positioniereinrichtung 20 ist in einer Stellung gezeigt, in der er eine Solarzelle 8 auf das Trägermaterial 2 positioniert. Die Solarzelle 8 haftet auf der mit der Klebeschicht 11 versehenen Unterseite 10 des Trägermaterials 2 an und wird in Transportrichtung 19 auf das kurze Transportband 26 geführt, auf dem die Solarzelle 8 mittels der Walzen 27 auf das Trägermaterial 2 gepresst wird. An dem Ansaugkopf 24 eines anderen Arms 23 ist bereits eine weitere Solarzelle 8 erfasst, wobei aufgrund der alternierenden Anordnung auf dem Trägermaterial 2 lediglich jeder zweite Arm 23 zur Aufbringung von Solarzellen 8 herangezogen wird. In der 3 ist gut zu erkennen, dass die Solarzellen 8 alternierend auf das Trägermaterial 2 gebracht werden: nach jedem Bereich, der mit einer Solarzelle 8 versehen ist, folgt ein Bereich, der nicht mit einer Solarzelle 8 bestückt ist (Freiraum 25).
Die Zellverbinder 13, die jeweils auf eine Länge geschnitten wurden, die in etwa der Länge von zwei Aussparungen 6 und zwei Stegen 9 entspricht, weisen in Längsrichtung des Trägermaterials 2 jeweils einen Abstand auf, auf dessen Relevanz in 4 eingegangen wird. Wesentlich ist jedoch, dass der Anfang einer Solarzelle 8 in etwa mit dem Anfang eines Zellverbinders 13 übereinstimmt.
Die 4 zeigt die Schneideinrichtung 29 sowie die Vorschubeinrichtung 30 in einer Seitenansicht, in der insbesondere das erfindungsgemäße Vorschieben von Abschnitten des Trägermaterials 2 deutlich wird. Mittels der Schneideinrichtung 29 wird das Trägermaterial 2 unmittelbar vor einer Solarzelle 8 über seine gesamte Breite geschnitten. Aufgrund einer etwas tiefer liegenden Anordnung des nachfolgenden Förderbandes 34 gelangt der Bereich, der nicht mit einer Solarzelle 8 bestückt ist, in eine tiefer liegende Ebene. Wird nunmehr der Bereich mit der Solarzelle 8 mittels der Vorschubeinrichtung 30 in Transportrichtung 19 (bis nah an eine vorangehende Solarzelle 8) vorgeschoben, so kommt die Solarzelle 8 über dem tiefer liegenden Bereich des Trägermaterials 2 zu liegen. Somit wird erfindungsgemäß ein zusammenhängender Strang erzielt, wobei jeweils ein Zellverbinder 13 auf der Oberseite 32 einer Solarzelle 8 und auf der Unterseite 33 einer benachbarten Solarzelle 8 verläuft, so dass diese elektrisch verbunden sind. In der 4 ist der diagonal verlaufende Bereich des Zellverbinders 13 zwischen den Stirnseiten von zwei benachbarten Solarzellen 8 zu erkennen.
In der Laminiervorrichtung 28 erfolgt die Fixierung des vorbeschrieben hergestellten Strangs, wobei aufgrund der kontinuierlichen Aufbringung der Zellverbinder auf die Solarzellen ebenfalls ein Verlöten der Solarzellen untereinander kontinuierlich erfolgen kann. Bevor der Strang auf eine gewünschte Länge geschnitten wird und als sogenannte Solarzellenstrings weiterverarbeitet wird, werden die Zellverbinder 13 mit den Solarzellen 8 verlötet.
Die 5 zeigt ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Solarmodulstrings in einer dreidimensionalen Ansicht. Zwar erfolgt hier die Herstellung ebenfalls in einem kontinuierlichen Betrieb, jedoch unterscheidet sich die Vorgehensweise in einigen Punkten von der gemäß des Verfahrens nach 1.
Analog zu dem in 1 gezeigten Verfahren, wird das Trägermaterial 2 von einer Mutterrolle 3 kontinuierlich abgewickelt und über eine Umlenkrolle 4 zu der Stanzeinrichtung 5 geführt, mittels der die Aussparungen 6 in das Trägermaterial 2 eingebracht werden.
Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß 1 werden von zwei weiteren Mutterrollen 12' jeweils zwei Stränge des Zellverbinders 13 kontinuierlich abgewickelt, wobei diese jeweils auf Länge geschnitten werden. Die Zuführung der einzelnen Stränge des Zellverbinders 13 erfolgt derart, dass nach dem Schneidvorgang vier Abschnitte 14 des Zellverbinders 13 parallel zueinander auf einem zusätzlichen Förderband 35 zu liegen kommen. In Längsrichtung der Abschnitte 14 sind jeweils zwei versetzt zu den übrigen zwei Abschnitten 14 angeordnet, wobei diese sich in Bereichen überlappen. Somit werden durch die Abschnitte 14 des Zellverbinders 13 Bereiche erzeugt, in denen sich vier Zellverbinderabschnitte nebeneinander befinden und Bereiche, in denen sich lediglich zwei Zellverbinderabschnitte nebeneinander befinden. Die Zellverbinder 13 werden wieder zu der mit einer Klebeschicht 11 versehenen Unterseite 10 des Trägermaterials 2 geführt, wo sie zum einen entlang der Aussparungen 6 in dem Trägermaterial 2 verlaufen und zum anderen an den nicht ausgestanzten Stegen 9 des Trägermaterials 9 haften, wobei die Fixierung mittels der Fixiereinrichtung 15 erfolgt. Dabei ist die Länge eines Zellverbinders 13 so gewählt, dass er über zwei Stege 9 und zwei Aussparungen 6 reicht. Hierdurch ”überspannt” ein Zellverbinder 13 lediglich eine Aussparung 6 und hängt über seine restliche Länge nach Art eines Fähnchens 36 herunter.
Neben dem kontinuierlich abgewickelten Trägermaterial 2 befindet sich ein Förderband 37, auf dem die Solarzellen 8 ebenfalls in Transportrichtung 19 des Trägermaterials 2 zugeführt werden. Die Höhe des Förderbandes 37 ist so vorgesehen, dass die Oberkante der transportierten Solarzellen 8 ungefähr der Höhe der Unterkante des mit den Zellverbindern 13 versehenen Trägermaterials 2 entspricht.
Neben dem Förderband 37 sind drei horizontal ausgerichtete Stempel 38 angeordnet, die eine Positioniereinrichtung 20' bilden und die einzelnen auf dem Förderband 37 befindlichen Solarzellen 8 in Richtung des Trägermaterials 2 bewegen. Dabei werden die Solarzellen 8 so positioniert, dass deren Lage in etwa mit der Lage der Ausschnitte 6 in dem Trägermaterial 2 zusammenfällt.
Im Anschluss wird der so zusammengesetzte endlose Strang der Laminiereinrichtung 28 zugeführt, die über ein Walzenpaar 39 verfügt, zwischen das der Strang geleitet wird. Hierdurch gelangt der Teil der Zellverbinderabschnitte, die nach Art eines Fähnchens 36 herunter hängen auf die Unterseiten 33 der Solarzellen 8, wo sie in der Laminiereinrichtung 28 fixiert werden. Somit wird wiederum erfindungsgemäß ein kontinuierlicher Strang erzielt, der mit Zellverbindern 13 ausgestattet ist, die jeweils auf der Oberseite 32 einer Solarzelle 8 und der Unterseite 33 einer benachbarten Solarzelle 8 verläuft.
Die 6 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung 1' gemäß 5, wobei jedoch auf die Darstellung der Laminiereinrichtung 28 verzichtet wurde. Die einzelnen Stempel 38 der Positioniereinrichtung 20' schieben jeweils eine Solarzelle 8 von dem Förderband 37 unter das Trägermaterial 2 mit den Zellverbindern 13, wobei die Bewegung der Stempel 38 unterschiedlich fortgeschritten ist.
In der 7 ist die Vorrichtung 1' aus 5 in einer Seitenansicht dargestellt und in der 8 ist der Bereich der Vorrichtung 1', in dem sich die Positioniereinrichtung 20' befindet, im Detail in einer Seitenansicht gezeigt. Die Solarzellen 8 werden unter das mit den Zellverbindern 13 versehene Trägermaterial 2 geschoben, wo sie an der Klebeschicht 11 desselben anhaften. Während etwa eine Hälfte der Zellverbinder 13 oberhalb der Solarzellen 8 verläuft, hängt die andere Hälfte der Zellverbinder 13 als Fähnchen 36 zwischen den aufeinanderfolgenden Solarzellen 8 herunter. In der 8 ist eine Leiteinrichtung 40 erkennbar, die zu einer besseren Führung des Trägermaterials 2 dient.
Die in 9 gezeigte Vorrichtung 1'' entspricht der Vorrichtung 1' aus 5 und unterscheidet sich gegenüber der Vorrichtung 1' aus 5 lediglich in der Anordnung einer zweiten Mutterrolle 3', die zur Zuführung eines zweiten Trägermaterials 2' in Form von Endlosmaterial im Bereich vor der Laminiereinrichtung 28 dient. Das zweite Trägermaterial 2' wird ebenfalls von unten an den Verbund aus Trägermaterial 2, Zellverbindern 13 und Solarzellen 8 geführt, so dass die Solarzellen 8 schließlich auf ihrer Oberseite 32 und ihrer Unterseite 33 mit Trägermaterial versehen sind. Der so erhaltene Solarzellenstring zeichnet sich durch eine hohe Stabilität und somit durch eine bessere Handhabbarkeit aus.
In der 10 ist die Vorrichtung 1'' gemäß 9 in einer Seitenansicht dargestellt.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Vorrichtung 1 gemäß den 1 bis 4 ebenfalls mit einer zweiten Mutterrolle zur Zuführung eines zweiten Trägermaterials ausgestattet werden kann.

1: Vorrichtung
1': Vorrichtung
1'': Vorrichtung
2: Trägermaterial
2': Trägermaterial
3: Mutterrolle
3': Mutterrolle
4: Umlenkrolle
5: Stanzeinrichtung
6: Aussparung
7: Langloch
8: Solarzelle
9: Stege
10: Unterseite
11: Klebeschicht
12: Mutterrolle
12': Mutterrolle
13: Zellverbinder
14: Abschnitt
15: Fixiereinrichtung
16: Walze
17: Walze
18: Förderband
19: Transportrichtung
20: Positioniereinrichtung
20': Positioniereinrichtung
21: Walze
22: Stempel
23: Arm
24: Ansaugkopf
25: Freiraum
26: Kurzes Transportband
27: Walze
28: Laminiereinrichtung
29: Schneideinrichtung
30: Vorschubeinrichtung
31: Rolle
32: Oberseite
33: Unterseite
34: Förderband
35: Förderband
36: Fähnchen
37: Förderband
38: Stempel
39: Walzenpaar
40: Leiteinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006007447 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings, bei dem mindestens zwei Solarzellen (8) mit Zellverbindern (13) versehen werden, wobei die Zellverbinder (13) jeweils entlang einer Oberseite (32) einer ersten Solarzelle (8) und einer Unterseite (33) einer benachbarten Solarzelle (8) verlaufen und die mindestens zwei benachbarten Solarzellen (8) elektrisch verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Zellverbinder (13) auf die Solarzellen (8) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinder (13) in einem ersten Schritt auf ein Trägermaterial (2) aufgebracht werden bevor sie in einem zweiten Schritt auf die Solarzellen (8) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Trägermaterial (2), das als Endlosband vorliegt und kontinuierlich von einer Mutterrolle (3) abgewickelt wird, mit den Zellverbindern (13) versehen wird, wobei die Zellverbinder (13) entweder zunächst als Endlosband vorliegen, das mittels einer Schneideinrichtung in Abschnitte (14) geschnitten wird, oder als zugeschnittene Abschnitte vorliegen, die aus einer Vorratseinrichtung entnommen werden, – die Abschnitte (14) über einen Teil ihrer Länge mittels einer Fixiereinrichtung (15) mit dem Trägermaterial (2) verbunden werden, wobei die restliche Länge der Abschnitte (14) unverbunden verbleibt, – die einzelnen Solarzellen (8) mittels einer Positioniereinrichtung (20, 20') auf die mit den Zellverbindern (13) versehene Seite des Trägermaterials (2) gegeben werden, so dass die Zellverbinder (13) auf der Oberseite (32) oder der Unterseite (33) der Solarzellen (8) verlaufen, – und der Verbund aus Trägermaterial (2), Zellverbindern (13) und Solarzellen (8) über ein Förderband (34) einer Laminiereinrichtung (28) zugeführt wird, wobei die losen Teile der Abschnitte (14) der Zellverbinder (13) auf die Unterseiten (33) oder die Oberseiten (32) der Solarzellen (8) gelangen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abschnitte (14) über ihre gesamte Länge mittels einer Fixiereinrichtung (15) mit dem Trägermaterial (2) verbunden werden, – die einzelnen Solarzellen (8) mittels einer Positioniereinrichtung (20) alternierend auf die mit den Zellverbindern (13) versehene Seite des Trägermaterials (2) aufgebracht werden, so dass zwischen benachbarten Solarzellen (8) ein Freiraum (25) mit einer Länge von mindestens einer Solarzelle (8) verbleibt, – der so entstandene Verbund aus Trägermaterial (2), Zellverbindern (13) und Solarzellen (8) in Transportrichtung (19) des Trägermaterials (2) gesehen vor jeder Solarzelle (8) über die gesamte Breite mittels einer Schneideinrichtung (29) durchtrennt wird – und die unmittelbar hinter dem somit entstandenen Schnitt befindliche Solarzelle (8) mittels einer Vorschubeinrichtung (30) über den den Freiraum (25) bildenden Bereich des mit den Zellverbindern (13) versehenen Trägermaterials (2) bis nahe an eine vorangegangene Solarzelle (8) geschoben wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) auf einer Seite mit einer Klebeschicht (11) versehen ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) zunächst in den Bereichen, in denen die Zellverbinder (13) aufgebracht werden, mittels einer Stanzeinrichtung (5) mit Aussparungen (6), vorzugsweise in Form von Langlöchern (7), versehen wird, zwischen denen in Transportrichtung (19) betrachtet Stege (9) verbleiben.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinder (13) in Abschnitte (14) geschnitten werden oder bereits in Abschnitten vorliegen, deren Länge etwa der Länge von zwei Solarzellen (8) und zwei in Transportrichtung (19) vorhandenen Zwischenräumen zwischen zwei Solarzellen (8) entspricht.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Trägermaterial (2), Zellverbindern (13) und Solarzellen (8) mit einem zweiten Trägermaterial (2') versehen wird, bevor er der Laminiereinrichtung (28) zugeführt wird.
Vorrichtung (1, 1', 1'') zur Herstellung eines Solarzellenstrings, mittels der mindestens zwei Solarzellen (8) mit Zellverbindern (13) versehen werden, wobei der Zellverbinder (13) entlang einer Oberseite (32) einer ersten Solarzelle (8) und einer Unterseite (33) einer benachbarten Solarzelle (8) verlaufen und die mindestens zwei Zellen (8) elektrisch verbinden gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum kontinuierlichen Aufbringen der Zellverbinder (13) auf die Solarzellen (8).
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Dorn zur Abwicklung einer Mutterrolle (3) eines Trägermaterials (2), auf das die Zellverbinder (13) gebracht werden, – mindestens einen Dorn zur Abwicklung mindestens einer Mutterrolle (12, 12') eines Zellverbinders (13), – eine Schneideinrichtung, mittels der der als Endlosband vorliegende Zellverbinder (13) in Abschnitte (14) geschnitten wird, oder eine Vorratseinrichtung zur Bevorratung von zugeschnittenen Abschnitten, – eine Fixiereinrichtung (15), mittels der die Abschnitte (14) über einen Teil ihrer Länge mit dem Trägermaterial (2) verbunden werden, wobei die restliche Länge der Abschnitte (14) unverbunden verbleibt, eine Einrichtung zur Zuführung von einzelnen Solarzellen (8), – eine Positioniereinrichtung (20, 20'), mittels der die einzelnen Solarzellen (8) auf die mit den Zellverbindern (13) versehene Seite des Trägermaterials (2) gegeben werden und – ein Förderband (34), mit dem der Verbund aus Trägermaterial (2), Zellverbindern (13) und Solarzellen (8) einer Laminiereinrichtung (28) zugeführt werden, wobei die losen Teile der Abschnitte (14) der Zellverbinder (13) auf die dem Trägermaterial (2) abgewandte Seite der Solarzellen (8) gelangen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch – eine Fixiereinrichtung (15), mittels der die Abschnitte (14) über ihre Länge mit dem Trägermaterial (2) verbunden werden, – eine Positioniereinrichtung (20), mittels der die Solarzellen (8) alternierend auf das mit den Zellverbindern (13) versehene Trägermaterial (2) gegeben werden, so dass zwischen benachbarten Solarzellen (8) ein Freiraum (25) mit einer Länge von mindestens einer Solarzelle (8) verbleibt, – eine Schneideinrichtung (29), die den Verbund aus Trägermaterial (2), Zellverbindern (13) und Solarzellen (8) in Transportrichtung (19) des Trägermaterials (2) gesehen vor jeder Solarzelle (8) über die gesamte Breite durchtrennt und – eine Vorschubeinrichtung (30), mittels der die hinter dem entstandenen Schnitt befindlichen Solarzelle (8) über den den Freiraum (25) bildenden Bereich des mit den Zellverbindern (13) versehenen Trägermaterials (2) bis an eine vorangehende Solarzelle (8) geschoben wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (34) zu der Transportebene des Trägermaterials (2) in vertikale Richtung versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch eine Stanzeinrichtung (5), mittels der das Trägermaterial (2) zunächst in den Bereichen, in denen die Zellverbinder (13) aufgebracht wird, mit Aussparungen (6), vorzugsweise in Form von Langlöchern (7), versehen wird, zwischen denen in Längsrichtung betrachtet Stege (9) verbleiben.
Vorrichtung (1'') nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch einen Dorn zur Abwicklung einer zweiten Mutterrolle (3') eines zweiten Trägermaterials (2').