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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzellen-Fertigungsanlage
mit einer Solarzellen-Verbindungsvorrichtung zur Fertigung von Solarzellen-Strings
aus einzelnen Solarzellen, wobei die Solarzellen-Strings in einer
ersten Ebene transportiert werden, einer Layup-Vorrichtung zum Aufsetzen
der Solarzellen-Strings auf Glasplatten, und einer Transportvorrichtung
für Glasplatten, die zu der Layup-Vorrichtung verläuft
und Glasplatten in einer zweiten Ebene dorthin transportiert.
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Solarzellen-Fertigungsanlagen
der vorgenannten Art sind bekannt. Sie bestehen einerseits aus einer
Vorrichtung, die die sog. Solarzellen-Strings fertigt und andererseits
aus einer Vorrichtung, die die Solarzellen-Strings auf üblicherweise mit
Folien beschichtete Glasplatten bzw. Glasscheiben auflegt. Die elektrische
Kontaktierungen werden anschließend manuell durchgeführt,
wobei zwischen Kontaktpunkt und Folie ein schützendes Sperrmaterial
eingefügt wird, um die bereits aufgelegte Folie nicht durch
Wärmeeinwirkung zu schädigen. Häufig wird
dann auf diese Einheit eine weitere Glasplatte aufgebracht, um die
Solarzellen-Strings vollständig einzukapseln.
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Die
Solarzellen-Strings selbst bestehen aus Solarzellen, die jeweils
ein Kontaktgrid aus einzelnen dünnen elektrischen Leitungen
besitzen. Senkrecht zu diesem Kontaktgrid verlaufen elektrisch leitfähige Streifen,
die mit dem Kontaktgrid verlötet sind, um eine elektrische
Verbindung herzustellen. Diese Streifen können sich über
die gesamte Länge einer Solarzelle und über die
Länge der nächsten benachbarten Solarzelle erstrecken,
wobei die Streifen dann auf die gegenüberliegende Seite
der Solarzelle gehen. Ein Streifenpaar verbindet folglich die Oberseite einer
Solarzelle mit der Unterseite der benachbarten Solarzelle. Daneben
gibt es Solarzellen, bei denen je ein Streifen quer über
die Breite von zwei benachbarten Solarzellen verläuft und
dadurch Vorläufer- und Nachfolgerzelle entsprechend der
Polung miteinander verbindet.
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In
vielen Fallen werden mehrere solcher Solarzellen-Strings nebeneinander
auf die Glasplatte aufgelegt, um eine Matrix von Solarzellen zu
bilden. Hierbei ist es dann zusätzlich erforderlich, die
einzelnen nebeneinander liegenden Solarzellen-Strings miteinander
elektrisch zu verbinden, was ebenfalls durch elektrisch leitfähige
Streifen erfolgt. Diese Streifen (Querverschaltungsbänder)
müssen vor dem Auflegen der Solarzellen-Strings auf die
Glasplatte aufgebracht werden.
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Die
bisherigen Fertigungsanlagen hatten einen Aufbau, bei dem die Glasplatten
z. B. seitlich, d. h. in einem Winkel von etwa 90° zu der
Transportrichtung der Solarzellen-Strings, in den Layup-Bereich transportiert
werden. Auf alle Fälle werden Glasplatten außerhalb
der Stringfertigungsanlage zu- und abgeführt.
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Ein
solcher Aufbau ist im Hinblick auf den benötigten Platzbedarf
nachteilig.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine Solarzellen-Fertigungsvorrichtung bereitzustellen, die
einen reduzierten Platzbedarf hat, leistungsfähiger im Durchsatz
ist und neben der Stringherstellung auch Vorbereitung der Querverschaltungsbänder
und Verschaltung der gesamten Matrix beinhaltet.
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Diese
Aufgabe wird von der eingangs genannten Solarzellen-Fertigungsanlage
dadurch gelöst, dass die Transportvorrichtung unterhalb
der Solarzellen-Verbindungsvorrichtung verläuft, so dass die
zweite Ebene unterhalb der ersten Ebene liegt.
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Insbesondere
erstrecken sich die Solarzellen-Verbindungsvorrichtung und die Transportvorrichtung
in die gleiche Richtung (Transportrichtung), so dass die Transportvorrichtung
innerhalb der Aufstellfläche der Solarzellen-Verbindungsvorrichtung liegt.
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Das
heißt mit anderen Worten, dass die Solarzellen-Fertigungsanlage
eine Aufstellfläche benötigt, die nicht größer
ist als die bisher allein für die Solarzellen-Verbindungsvorrichtung
benötigte Fläche. Dies wird dadurch erreicht,
dass die Transportvorrichtung für den Transport der Glasplatten
zu der Layup-Vorrichtung genau unterhalb und parallel zu der Solarzellen-Verbindungsvorrichtung
verläuft. Es werden folglich zwei Produktionsebenen gebildet,
nämlich einerseits jene Produktionsebene, in der die Solarzellen-Strings
gefertigt werden, und andererseits die Produktionsebene, in der
die Glasplatten transportiert und weitere Bearbeitungs- und Prozessschritte
integriert werden. Zu diesen weiteren Bearbeitungsschritten kann
u. a. das Auflegen und Fixieren von elektrisch leitfähigen
Streifen sowie das Verlöten bzw. Verschweißen
von Strings und Querverschaltung gehören, was dann notwendig
ist, wenn eine Matrix aus Solarzellen-Strings hergestellt werden
soll.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Verbund
aus mehreren matrixförmig angeordneten Solarzellen-Strings
in einer einzigen Anlage (bzw. Automaten) hergestellt, wobei hierzu
insbesondere auch die elektrische Querverschaltung der Solarzellen-Strings
miteinander über Querverbinder gehört. Die Querverbinder
werden vorzugsweise vor der Solarzellen-Verbindungsvorrichtung auf
die mit Folie versehenen Glasplatten aufgelegt und später
verlötet. Vorzugsweise werden die Lötprozesse
mit Laser ausgeführt.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Layup direkt
in die Stringherstellung integriert ist. Die in den Ansprüchen
2 und 3 angegebenen Merkmale haben zudem den Vorteil, dass auch das
Auflegen und Fixieren der Querverschaltungsbänder sowie
die Löt- oder Schweißeinrichtung zum Verschalten
der Matrix (Strings und Querverschaltung) integraler Bestandteil
der Fertigungsanlage sind.
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An
dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die in den Ansprüchen
2 und 3 (auch in Kombination mit den Ansprüche 4 bis 12)
angegebenen Merkmale auch in einer Solarzellen-Fertigungsanlage
vorteilhaft zum Einsatz kommen können, bei der die Transportvorrichtung
nicht unterhalb der Solarzellen-Verbindungsvorrichtung verläuft,
wie dies in Anspruch 1 ausgeführt ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit
Bezug auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1a, 1b eine
schematisierte Darstellung einer Solarzellen-Fertigungsanlage in
Seitenansicht und in Draufsicht;
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2 eine
Seitenansicht einer Solarzellen-Fertigungsanlage;
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3 eine
Draufsicht der in 2 gezeigten Solarzellen-Fertigungsanlage;
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4 eine
Schnittdarstellung im Layup-Bereich der Solarzellen-Fertigungsanlage
gemäß 2; und
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5 eine
Schnittdarstellung im Stringer-Bereich der Solarzellen-Fertigungsanlage
gemäß 2.
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In 1a ist
in schematisierter Darstellung eine Solarzellen-Fertigungsanlage
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Die Solarzellen-Fertigungsanlage (kurz Fertigungsanlage genannt)
umfasst eine Solarzellen-Verbindungsvorrichtung 12, die
nachfolgend als Stringer 13 bezeichnet wird. In dem Stringer 13 werden
einzelne Solarzellen zu einem sog. Solarzellen-String elektrisch miteinander
verbunden.
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Dem
Stringer 13 schließt sich eine Layup-Vorrichtung 16 an,
deren Aufgabe darin besteht, die fertiggestellten Solarzellen-Strings
auf einer Glasplatte bzw. Glasscheibe aufzusetzen und die entsprechenden
elektrischen Kontaktierungen vorzunehmen. Die Glasscheibe dient
als Trägermedium, wobei üblicherweise auf der
Glasscheibe eine Folie aufgebracht ist, auf die die Querverschaltungsbänder und
Solarzellen-Strings aufgelegt werden. Je nach Anwendungsfall kann
nach dem Verlöten der Querverschaltung in einer weiteren
Vorrichtung eine zweite Glasplatte oben aufgesetzt werden, so dass
die Solarzellen-Strings geschützt zwischen den beiden Glasscheiben
liegen.
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Wie
sich insbesondere auch aus der 1b ergibt,
ist eine Vorrichtung unterhalb des Stringers 13 und der
Layup-Vorrichtung 16 vorgesehen und mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet.
Bei dieser Vorrichtung 14 handelt es sich um eine Transportvorrichtung 14,
die die Glasscheiben von einem Ende 18 der Anlage 10 zu
dem gegenüberliegenden Ende 19 transportiert.
In 1b ist die Transportrichtung der Glasscheiben
mit T gekennzeichnet.
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Der
Transport der Glasscheiben erfolgt in einer ersten Produktionsebene,
die mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet ist. Der Transport
der Solarzellen-Strings innerhalb des Stringers 13 erfolgt hingegen
in einer zweiten Produktionsebene, die mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet
ist. Deutlich zu erkennen ist in 1a, dass
die zweite Produktionsebene 27 über der ersten
Produktionsebene 25 liegt. Die Glasscheiben durchtunneln
sozusagen den Stringer 13, um zu der Layup-Vorrichtung 16 zu
gelangen.
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In 1b ist
zu erkennen, dass die Fertigungsanlage 10 zwei Stringer 13.1 und 13.2 als
Solarzellen-Fertigungsvorrichtung aufweist, die parallel zueinander
angeordnet sind und jeweils Solarzellen-Strings fertigen. Die Solarzellen-Strings
lassen sich dann am Ende des Stringers 13 im Bereich der Layup-Vorrichtung 16 matrixartig
auf eine Glasscheibe auflegen.
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Es
versteht sich jedoch, dass die Solarzellen-Verbindungsvorrichtung 12 auch
nur einen Stringer oder mehr als zwei Stringer aufweisen kann, die nebeneinander
angeordnet sind.
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Der
Aufbau des Stringers
13 ist im Detail in der deutschen
Patentanmeldung
DE 102006007447 einer
der beiden Anmelderinnen offenbart. Die Beschreibung dieser Patentanmeldung
ist mit den Ansprüchen und den Figuren als Anlage beigefügt
und soll durch Bezugnahme zur Offenbarung der vorliegenden Beschreibung
gehören.
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Anzumerken
ist an dieser Stelle, dass der in der oben genannten früheren
Anmeldung beschriebene Stringer zweimal als Stringer 13.1 und 13.2 vorgesehen
ist, wobei deren Aufbau spiegelsymmetrisch, aber ansonsten identisch
sein kann.
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Die
Transportvorrichtung 14 weist an dem ersten Ende 18 einen
Bereich auf, auf den Glasscheiben aufgelegt werden können,
die bereits mit einer ersten Folie belegt sind. Im weiteren Verlauf
der Transportvorrichtung 14 in Richtung des gegenüberliegenden
Endes 19 sind Einrichtungen 20 vorgesehen, um
beispielsweise Querverschaltungsbänder von einer Rolle
abzuwickeln und auf das erforderliche Maß zurechtzuschneiden,
sowie dann automatisch, vorzugsweise mit einem Roboter, zu greifen
und an die vorgesehenen Positionen direkt auf die Folie der Glasscheibe
abzulegen. Zur Fixierung der Querverschaltungsbänder und
zur Aufrechterhaltung der Position auf der Folie werden die Querverschaltungsbänder
durch punktuelle Wärmeeinwirkung direkt auf der Folie angeheftet.
Auch dies erfolgt innerhalb der Transportvorrichtung 14 und
unterhalb der zweiten Produktionsebene 27, nämlich
in der ersten Produktionsebene 25.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik werden bei dem vorgeschlagenen Verfahren
die Querverbinder direkt auf der Unterfolie abgelegt und in der
Position gesichert.
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Optional
kann, um auch ungefluxte Querverschaltungsbänder nutzen
zu können, in jener Handhabungseinheit zusätzlich
ein Dispenssystem integriert sein, welche die Verschaltungsbänder
greift und auflegt. Das Dispenssystem bringt dann punktuell im Bereich
der zu verschaltenden Lötpunkte Fluxmittel exakt dosiert
auf.
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Der
Vorteil liegt darin, dass eine exakte Dosierung im Lötpunktbereich
und somit weniger Fluxmaterial möglich wird, da nicht das
gesamte Band mit Fluxmittel be netzt sein muss und dadurch weniger negativer
Einfluss auf die Folie beim Laminierprozess auftritt.
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In
der Transportvorrichtung 14 wird also die Glasscheibe,
welche bereits mit der ersten Folie belegt ist, mit den Querverschaltungsbändern
bestückt, wobei diese Querverschaltungsbänder
für den Weitertransport direkt auf der Folie gesichert
sind.
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Im
Layup-Bereich, d. h. im Bereich der Layup-Vorrichtung 16,
werden die zuvor gefertigten Solarzellen-Strings mit Hilfe einer
Handhabungsvorrichtung, wie sie in 4 gezeigt
ist und mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, gegriffen
und auf die Glasscheiben-Folieneinheit gesetzt, wobei die Querverschaltungsbänder
bereits auf der Folie liegen.
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In
der Layup-Vorrichtung 16 werden die Solarzellen-Strings
automatisch in der erforderlichen Position exakt auf die Glasscheibe
aufgelegt. In diesem Zusammenhang können die Strings zuvor
automatisch, vorzugsweise über ein Bildverarbeitungssystem
geprüft und deren exakte Position ermittelt werden. Weiterhin
können defekte Strings in Reparaturbehälter ausgeschleust
und Ersatzstrings aus Bevorratungsbehältnissen eingeschleust
werden. Somit ist eine Qualitätsprüfung integriert,
ohne Leistungseinbußen im Nominaldurchsatz hinnehmen zu
müssen.
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Anschließend
wird die so vorbereitete Zellmatrix aus Solarzellen-Strings mit
Querverbindern verlötet.
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Bei
Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Rückkontaktzellen
müssen zusätzlich zwischen Solarzellen-String
und äußerem Querverschaltungsband Distanzverbinder
aufgesetzt werden. Dies erfolgt dadurch, dass die Distanzverbinder
automatisch zugeführt, von einem System, beispielsweise
einem Roboter, automatisch gegriffen und auf die vorgesehene Position
auf diesem Solarzellen-Stringverbund zwischen Ende des Strings und Querverschaltungsband
aufgesetzt werden. Zur Sicherung der Lage kann dieses Verbindungsstück ebenfalls
durch Wärmeeinwirkung direkt auf der Folie angeheftet werden.
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Der
Lötprozess, der nach dem Auflegen der Solarzellen-Strings
in der Layup-Vorrichtung ausgeführt wird, ist wie folgt:
Ein
automatisiertes Handlingsystem, vorzugsweise ein Roboter, ist mit
einem Laser, vorzugsweise einem Diodenlaser, gekoppelt. Der Roboter
fährt mit dem Laserkopf die entsprechend zu verbindenden
Punkte an. Mit einem Niederhaltersystem wird der Solarzellen-Verbinder
am Ende des Solarzellen-Strings mit dem zu verschaltenden Querverschaltungsband
so niedergehalten, dass durch entsprechenden Druck ein direkter
Kontakt ohne Luftspalt zwischen den beiden zu verlötenden
Partner entsteht. Nur durch das Niederhalten kann eine sichere Lötung
durchgeführt werden. Weiterhin wird durch den Direktkontakt
der beiden Bänder die notwendige Lötzeit verringert,
da ein gleichbleibender Wärmeübergang sichergestellt werden
kann.
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Während
des Lötvorgangs werden die Lötprozessparameter
erfasst und kontrolliert. Hierdurch wird erreicht, dass online während
des Lötprozesses festgestellt werden kann, ob die Qualität
der Lötung in Ordnung ist. Mit diesem Lötverfahren
kann somit eine zuverlässige qualitative Aussage über
das Lötergebnis getroffen werden. Wenn die gesamte Matrix aus
Solarzellen-Strings verschaltet und verlötet ist, wird
dieser Verbund aus der Anlage ausgetaktet und kann mit den weiteren
Folien und ggf. mit einer weiteren Glasscheibe komplettiert und
dann laminiert werden.
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In
den 2 bis 5 sind verschiedene Ansichten
einer Solarzellen-Fertigungsanlage 10 dargestellt. Insbesondere
ist aus der 2 gut zu erkennen, dass die
erste Produktionsebene 25 unterhalb der Produktionsebene 27 des
Stringers 13 liegt. Erst im Layup-Bereich, d. h. in der
Layup-Vorrichtung 16, werden die Solarzellen-Strings mit
Hilfe einer Handhabungsvorrichtung 30, wie sie beispielsweise in 4 zu
erkennen ist, von dieser zweiten Produktionsebene 27 in
die erste Produktionsebene 25 und dort auf entsprechende
Glasscheiben gesetzt. Anschließend werden noch vor dem
Ende 19 der Anlage 10 die zuvor beschreibenen
Lötprozesse ausgeführt.
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Im Übrigen
ist im Bereich des Stringers 13 eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung
vorgesehen, die jedoch nicht in den Figuren gezeigt ist. Diese Qualitätsprüfungsvorrichtung
hat die Aufgabe, Solarzellen-Strings hinsichtlich ihrer elektrischen
und geometrischen Eigenschaften zu prüfen und schadhafte Teile
auszuschleusen.
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In 4 ist
noch zu erkennen, dass die Handhabungsvorrichtung 30 Halteelemente 22 aufweist,
die beispielsweise als Sauger 23 ausgeführt sind.
Mit Hilfe dieser Halteelemente lassen sich schonend Solarzellen-Strings
greifen und in eine darunter liegende Produktionsebene transportieren.
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Schließlich
ist in 5 gut zu erkennen, dass die Solarzellen-Verbindungsvorrichtung 12 zwei einzelne
Stringer 13 aufweist, die nebeneinander angeordnet sind.
Wie bereits erwähnt kann der Aufbau der beiden nebeneinander
angeordneten Stringer 13 spiegelsymmetrisch sein; ein identischer
symmetrischer Aufbau ist jedoch auch denkbar. Die Vorteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind vielfältiger Art und werden nachfolgend
kurz mit Stichpunkten aufgelistet:
- – Herstellen
des gesamten Matrixverbundes und zwar Zellen untereinander (Stringverschaltung) als
auch Verschaltung der Strings zueinander (Querverschaltung) in einem
Automaten.
- – Die Integration von vorbereitender Querverschaltung
direktes Herstellen der Matrix auf der Folie sowie integrierte Verlötung
der Querverschaltung führt zu einem platzsparenden und
leistungssteigemden Gesamtsystem.
- – Mit dem Automaten können sowohl Standardzellen
als auch Rückkontaktzellen verarbeitet werden.
- – Mit dem Automaten können sowohl gefluxte
Verbinder als auch ungefluxte verarbeitet werden.
- – Durch Reduzierung der Handlingsvorgänge
und somit Entfall zusätzlich erforderlicher Peripherie können
neben Reduzierung des Platzbedarfes auch die Kosten gegenüber
herkömmlichen Einzelsystemen reduziert werden.
- – Die Umrüstung auf andere Produktgrößen
ist sehr einfach gehalten und auf ein Minimum reduziert, da die
integrierten Handling- und Prozessschritte automatisiert sind und
somit über Programmvorwahl eine einfache Änderung
der Produktgröße sichergestellt ist.
- – Reduzierung der Handlingvorgänge von Zelle und
String sowie kpl. Entfall des Matrixhandlings führt zu
höheren Genauigkeiten und zur deutlichen Reduzierung der
Zellenbruchgefahr.
- – Integrierte Qualitätssicherung:
Vor
dem Einbringen der Strings wird dieser auf Maßhaltigkeit,
Vollständigkeit der Verbindungen sowie Kontur oder Beschädigung
der einzelnen Zellen kontrolliert. Defekte Strings können
ausgeschleust, repariert und wieder in das System eingeschleust
werden.
- – Montage und Fixierung der Querverschaltungsbänder
direkt auf der Folie
- – Aufbringen der Querverschaltungsbänder bereits
vor dem Layup (Legen der Zellen)
- – Reduzierung der Greifvorgänge der Siliziumzellen
bei der Herstellung des Laminats:
Die Zelle muss nur 1× zur
Verarbeitung zum String gegriffen werden. Der String wird wiederum nur
1× gegriffen und dann direkt auf der Folie zum Ver löten
aufgesetzt. Bei heutigen Systemen wird zunächst die Matrix
vorbereitet, verschaltet (verlötet) und dann komplett auf
die untere Folie aufgelegt. Diese zusätzliche Handhabung
wird beim vorgeschlagenen Verfahren eliminiert.
- – Verlöten von String und Querverschaltung
direkt auf der Folie unter Verwendung eines Laser
- – Kontrollierter und überwachter Lötprozess
durch Einsatz von Lasertechnik.
- – Deutliche Reduzierung der Lötzeit durch
Einsatz von Lasertechnik.
- – Sichere Lötverbindungen durch integrales
Niederhaltersystem, bestehend aus:
ringförmigen Niederhalterelementen
aus Keramik oder Aluminium, welche durch geeignete Federung im Anstelldruck
so feinfühlig einstellbar sind, daß ein Luftspalt
während des Lötens verhindert wird, jedoch keine
unnötige Krafteinwirkung auf den Zellenrand ausgeübt
wird und somit die Gefahr eines Zellbruches verhindert ist.
- – Reduzierung des Spaltmaßes zwischen den Strings
sowie gleichmäßige und exakte Spalte zwischen
String und Zelle durch direktes hochgenaues Positionieren des Zellverbundes
direkt auf der Folie mit integriertem Querverschalten.
- – Einsatz der Laserlöttechnik führt
zu kürzeren Lötzeiten und somit zu einem höheren
Durchsatz in dem Gesamtsystem.
- – Prozesskontrolle während des Lötvorganges
sichert optimales Lötergebnis ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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