DE102009061089B4

DE102009061089B4 - Prüfvorrichtung für eine Photovoltaikmodulplatte, Prüfmittel sowie Verfahren zur Prüfung

Info

Publication number: DE102009061089B4
Application number: DE102009061089.8A
Authority: DE
Inventors: Harald Apfelthaler
Original assignee: HARREXCO AG
Current assignee: HARREXCO AG
Priority date: 2009-10-18
Filing date: 2009-10-18
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: DE102009061089A1

Abstract

Prüfmittel (5) zur Prüfung der Isolationseigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte (2), wobei das Prüfmittel (5) zur Kontaktierung der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte (2) in einem linienförmigen Bereich der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist, wobei sich der linienförmige Bereich über mindestens 20% einer Seitenkantenlänge der Photovoltaikmodulplatte (2) und/oder über mindestens 30 cm erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der linienförmige Bereich in den Eckbereichen auf einer Strecke von mehr als 4 mm unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für eine Photovoltaikmodulplatte mit einem Prüfmittel, wobei das Prüfmittel ausgebildet ist, die Photovoltaikmodulplatte für eine Prüfung über eine oder mehrere Kontaktierungen elektrisch zu kontaktieren. Die Erfindung betrifft auch ein Prüfmittel für diese Prüfvorrichtung sowie ein Verfahren zur Prüfung.
Photovoltaikmodule wandeln das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Hierzu weisen die Photovoltaikmodule eine flächige, üblicherweise siliziumhaltige Schicht auf, die eine oder mehrere Solarzellen bildet. Diese Schichten sind auf ebenen und manchmal auch gekrümmten Trägerplatten aufgebracht und durch diese mechanisch gestützt. Nachdem im Betrieb mehrerer Solarzellen Spannungen in der Größenordnung von 1000 V Systemspannung auftreten können, ist es notwendig, diese Schichten sowie die elektrischen Zu- und Ableitungen ausreichend spannungsisoliert auszubilden. Nicht zuletzt aufgrund von sicherheitsrechtlichen Bestimmungen ergibt sich die Notwendigkeit, Photovoltaikmodule spätestens nach deren Fertigstellung auf Spannungssicherheit und deren Isolationseigenschaften zu testen.
Ein derartiger Test wird in der Druckschrift US 2001/040453 A1 offenbart. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, einen Spannungs- und einen Widerstandstest an einem Photovoltaikmodul durchzuführen, wobei als Testpunkte zum einen die elektrischen Leitungen der Solarzelle und zum anderen ein das Solarmodul mechanisch schützender Rahmen, der üblicherweise aus Metall besteht, gewählt wird.
Ein weiterer Stand der Technik bildet die nachveröffentliche Anmeldung der Anmelderin, die auf der Priorität der Druckschrift DE 10 2008 019 703 beruht.
Die Druckschrift DE 10 2008 019 703 A1 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Verfahren und System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten auf einem plattenförmigen Susbtrat angeordnet und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind. Um die Isolationsprüfung für derartige Photovoltaikmodule zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass eine elektrische Isolationsprüfung stattfindet, 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung, ein Prüfmittel sowie ein Verfahren zur Prüfung von Photovoltaikmodulplatten vorzuschlagen, die eine effektive Prüfung auf deren elektrische Eigenschaften ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch ein Prüfmittel mit den Merkmalen des Anspruches 12 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Prüfvorrichtung für eine Photovoltaikmodulplatte vorgeschlagen. Die Photovoltaikmodulplatte umfasst eine aktive Schicht, welche ausgebildet ist, Sonnenlicht in einen elektrischen Strom zu wandeln. Die Schicht kann als eine monokristalline, polykristalline oder amorphe Schicht ausgebildet sein. Insbesondere ist diese Schicht als Silizium- oder siliziumhaltige oder andere halbleiterhaltige Schicht realisiert. Im Speziellen bildet die Schicht eine oder mehrere Solarzellen. Bei der Photovoltaikmodulplatte kann es sich um das Endprodukt handeln, welches in das Photovoltaikmodul eingebaut wird, es kann sich jedoch auch um ein Zwischenprodukt handeln, auf dem die aktive Schicht bereits aufgebracht ist, jedoch weitere Fertigungsschritte bis zum Endprodukt fehlen.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung ist die Photovoltaikmodulplatte als eine Trägerplatte ausgebildet, auf der bereits die aktive Schicht aufgebracht ist und ein Randstreifen der Schicht ausgespart oder randentschichtet wurde, um den Randbereich der Photovoltaikmodulplatte elektrisch zu isolieren. Bei einer zweiten möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Photovoltaikmodulplatte eine Trägerplatte und eine z. B. durch eine Laminierfolie getrennten Deckplatte auf, wobei die aktive Schicht zwischen den zwei Platten angeordnet ist. Bei einer dritten möglichen Ausführungsform der Photovoltaikmodulplatte weist diese eine Trägerplatte auf, auf der die aktive Schicht aufgebracht ist, wobei die aktive Schicht durch eine Decklage, z. B. eine Kunststoffschicht abgedeckt ist. Die Photovoltaikmodulplatte kann plan bzw. eben ausgebildet sein, in anderen Ausführungsformen kann die Photovoltaikmodulplatte auch konturiert, gewellt, gekrümmt oder eine andere dreidimensionale Form aufweisen. Insbesondere kann die Photovoltaikmodulplatte einer Dachziegelanordnung nachempfunden sein. Ggfs. kann die Photovoltaikmodulplatte einen umlaufenden Modulrahmen, insbesondere aus Metall aufweisen.
Die Prüfung ist als eine oder mehrere elektrische Prüfung(en) ausgebildet, wobei mindestens ein elektrisches Signal der Photovoltaikmodulplatte zugeführt und/oder abgeführt wird.
Insbesondere ist die Prüfung als ein

• Isolationstest (auch Hipot-Test genannt)
• Rahmenisolationstest (auch Ground-Bond-Prüfung genannt) und/oder
• Leistungstest (auch IV-Test genannt)

Die Prüfung der Isolationseigenschaften – auch Hochspannungstest oder Hipot-Test genannt – erfolgt vorzugsweise, indem eine Hochspannung zwischen zwei isolierten Bereichen der Photovoltaikmodulplatte angelegt wird. Die Hochspannung ist vorzugsweise größer als 3 kV, insbesondere größer als 5 kV und im Speziellen größer als 8 kV ausgebildet. Bei der Prüfung kann vorgesehen sein, dass die Amplitude der Hochspannung rampenartig, vorzugsweise monoton, insbesondere streng monoton über die Zeit vergrößert wird und zugleich ein Durchgangsstromfluss zwischen den isolierten Bereichen gemessen wird. Bei einer mangelhaften Isolation ist ein Durchschlag und ein deutlich messbarer Stromfluss zu erwarten. Die Isolation wird bei der ersten möglichen Ausführungsform zwischen zwei Bereichen in dem entschichteten Randbereich gemessen. Bei der zweiten möglichen Ausführungsform wird die Isolation zwischen der Seitenkante der Photovoltaikmodulplatte, insbesondere im Spaltbereich zwischen den zwei Platten, und der Kontaktierung der aktiven Schicht gemessen. Bei der dritten möglichen Ausführungsform wird die Isolation zwischen einer Zuleitung der aktiven Schicht und der isolierenden Decklage gemessen.
Der Rahmenisolationstest – auch Ground Bond Test genannt – ist eine Prüfung bei der die Leitfähigkeit des Modulrahmens überprüft werden soll. Der Modulrahmen umläuft die Trägerplatten des Photovoltaikmoduls vollständig und stützt diese mechanisch ab. Bei dieser Prüfung werden die vier den Modulrahmen bildenden Streben durch ein Prüfmittel voneinander elektrisch unabhängig kontaktiert. In einem nächsten Schritt wird die Leitfähigkeit zwischen den Streben bzw. den unabhängigen Kontaktbereichen geprüft.
Bei dem Leistungstest – auch IV-Test genannt – wird die Photovoltaikmodulplatte mit Licht, insbesondere aus einer Referenzlichtquelle, insbesondere einem ”Flasher”, bestrahlt und deren abgegebene Leistung gemessen. Die Referenzlichtquelle stellt üblicherweise eine Beleuchtung der Photovoltaikmodulplatte mit einer hohen Homogenität (Intensitätsschwankungen um einen Intensitätsmittelwert kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 3% insbesondere kleiner als 2% über die Fläche der Photovoltaikmodulplatte) sicher. Die spektrale Verteilung des Lichts der Referenzlichtquelle ist bevorzugt dem Sonnenlicht ähnlich. Die Bestrahlungsdauer ist kurz, insbesondere kleiner als 1 s, vorzugsweise kleiner als 0,5 s, insbesondere kleiner als 0,1 s. Gemessen wird die elektrische Reaktion der Photovoltaikmodulplatte auf die Beleuchtung, insbesondere die durch die Beleuchtung erzeugte Leistung.
Die elektrische Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte erfolgt bevorzugt automatisiert.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Prüfmittel eine Doppelfunktion aufweist und zugleich als eine Haltevorrichtung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird unter der Haltevorrichtung ein Aufbau verstanden, der die Photovoltaikmodulplatte derart hält, dass die Haltevorrichtung mit der gehaltenen Photovoltaikmodulplatte räumlich manipuliert, insbesondere bewegt werden kann. Im speziellen ist die Haltevorrichtung als ein Greifersystem ausgebildet, welches die Photovoltaikmodulplatte mit einer beliebigen Mechanik greift. Es kann sich somit um eine Haltevorrichtung mit angekoppeltem Prüfmittel oder um ein Prüfmittel mit angekoppelter Haltevorrichtung handeln. Nachfolgend werden die Bezeichnungen Prüfmittel und Haltevorrichtung synonym verwendet. Insbesondere bildet das Prüfmittel bzw. die Haltevorrichtung ein rein serielles Zwischenglied in einer kinematischen Kette zwischen einer Handhabungseinrichtung und der Photovoltaikmodulplatte.
Der Vorteil der Erfindung ist, dass zwei ansonsten separat zu realisierende Vorgänge, nämlich das Kontaktieren des Prüfmittels und das Greifen oder Halten der Photovoltaikmodulplatte als Vorbereitung einer räumlichen Manipulation mit der gleichen Systemtechnik und damit zeitlich überlappend oder zumindest in schneller Reihenfolge ermöglicht wird. Diese Doppelfunktion Prüfmittel/Haltevorrichtung verringert folglich die zur Prüfung der Photovoltaikmodulplatte benötigte Zeit und führt z. B. zur Erhöhung der Effizienz einer automatisierten Fertigungsstraße mit integrierter Prüfung.
Bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Haltevorrichtung Saugeinrichtungen oder Sauggreifer, die die plane Seitenfläche der Photovoltaikmodulplatte saugend fixieren. Bei einer anderen Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung kraftschlüssige oder formschlüssige Greifbereiche auf.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Haltevorrichtung eine mechanische Schnittstelle zu einer Handhabungseinrichtung, nachfolgend auch als ein Industrieroboter bezeichnet. Die mechanische Schnittstelle erlaubt einen schnellen Wechsel des Prüfmittels. Der Industrieroboter setzt die räumliche Manipulation der Photovoltaikmodulplatte um und ist insbesondere ausgebildet, das Prüfmittel an der Photovoltaikmodulplatte zu positionieren. Der Industrieroboter nimmt dadurch die Funktion wahr, dass er bei der Relativpositionierung von Photovoltaikmodulplatte und Prüfmittel das Prüfmittel aktiv auf die zu prüfende Photovoltaikmodulplatte aufsetzt.
Das Prüfmittel ist zur automatisierten, insbesondere selbsttätigen Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet. Die Kontaktierung kann mit Fremdenergie, also insbesondere elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch, oder auch über eine Zwangsführung beim Aufsetzen des Prüfmittels auf die Photovoltaikmodulplatte erfolgen. Die Kontaktierung umfasst insbesondere eine Kontaktierung der zwei Bereiche in dem entschichteten Randbereich, der Seitenkante der Photovoltaikmodulplatte, den Streben des Modulrahmens und/oder Kontaktierungen der aktiven Schicht. Die Kontaktierung der aktiven Schicht erfolgt bevorzugt unter Nutzung von bereits an der Photovoltaikmodulplatte vorgesehenen elektrischen Schnittstellen, wie z. B. Kabel, Kontaktierungsbox (junction box) etc..
Bevorzugt ist die Prüfvorrichtung ausgebildet, das Prüfmittel automatisiert mit einer oder mehreren Prüfauswertevorrichtungen zu kontaktieren, so dass das Prüfmittel nach Aufnahme durch den Industrieroboter testbereit ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Kontaktierung während der Aufnahme des Prüfmittels.
Das Prüfmittel ist insbesondere zur Durchführung der oben-beschriebenen Hipot- bzw. Ground-Bond-Prüfung ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Prüfvorrichtung mindestens eine weitere Prüfstation auf, die eine weitere elektrische Prüfung der Photovoltaikmodulplatte ermöglicht. Beispielsweise ist die weitere Station zur Durchführung des oben-beschriebenen Leistungstest ausgebildet.
Vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass zur Durchleitung von Messströmen und/oder Prüfströmen die bereits vorhandene Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte nutzbar ist. Dadurch wird auf einen zweiten Kontaktierungsvorgang verzichtet, so dass weitere Taktzeit eingespart werden kann. Ggfs. muss die Prüfvorrichtung gewechselt oder umkonfiguriert werden.
Bei einer möglichen Ausführung der Erfindung wird die Haltevorrichtung auf die zu prüfende Photovoltaikmodulplatte aufgesetzt, diese gegriffen und kontaktiert. Nachfolgend wird eine erste Prüfung umgesetzt, die bereits gegriffene Photovoltaikmodulplatte zur weiteren Prüfungsstation bewegt und dort unter Nutzung der vorhandenen Kontaktierung die weitere Prüfung durchgeführt. Ein Umdrehen der Prüfungsreihenfolge ist selbstverständlich möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung ausgebildet, wenn die erste Prüfung und/oder die weitere Prüfung während der Bewegung oder zumindest zeitlich überlappend mit der Bewegung bzw. Manipulation durchgeführt wird, um weitere Taktzeit zu sparen. So kann vorgesehen sein, dass die Isolationsprüfung während der Transportbewegung zu der Prüfstation und/oder die Leistungsprüfung ”on the fly” und/oder dynamisch während einer Bewegung der Photovoltaikmodulplatte über der Lichtquelle erfolgt. Die Prüfvorrichtung kann ausgebildet sein, den Hochspannungstest während der Zuführung der Kombination Prüfmittel-Photovoltaikmodulplatte zu der Leistungstesteinrichtung durchzuführen. D. h. die Photovoltaikmodulplatte kann während oder nach dem Kontaktieren und der Testabfolge (Rampe V/s; Haltezeit s; Testspannung V) räumlich manipuliert und bewegt werden. Dies eröffnet einen zeitlichen und damit wirtschaftlichen Vorteil, vor allem in sequenzieller Verbindung mit dem IV-Test. Der IV-Test kann auch zuerst erfolgen.
Je nach Typ, Größe und/oder Form der Photovoltaikmodulplatte können unterschiedliche Prüfmittel zur Prüfung der Photovoltaikmodulplatten benötigt werden. Aus diesem Grund können eine Mehrzahl von Prüfmitteln vorgesehen sein, welche unterschiedlich ausgebildet sind und insbesondere auf den Typ, die Größe und/oder die Form der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte abgestimmt sind. Besonders bevorzugt entspricht das Format des Prüfmittels dem Format der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte und/oder dem Format der aktiven Schicht auf der Photovoltaikmodulplatte.
Als weiterer Aspekt der Erfindung wird der Einsatz des Industrieroboters als eine automatisierte Handhabungseinrichtung vorgeschlagen, welcher in einer ersten Funktion zur Aufnahme und/oder zum Wechsel eines der Prüfmittel ausgebildet ist und als zweite Funktion zur Positionierung des Prüfmittels in einer Testposition für die zu prüfende Photovoltaikmodulplatte ausgebildet ist. Insbesondere ist der Industrieroboter entsprechend programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch realisiert. Der Industrieroboter ist bevorzugt als ein Knickarmroboter, insbesondere 6-Arm-Knickroboter ausgebildet. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann jedoch auch eine kartesische Anlage oder eine andere automatisierte Handhabungseinrichtung als Industrieroboter eingesetzt werden.
Eine Überlegung ist es dabei, dass die Photovoltaikmodule aus einer Fertigungslinie nicht mehr eine einheitliche Gestalt aufweisen, sondern unterschiedliche Typen, Größen oder Formen umfassen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung – auch Prüfvorrichtung genannt – ist so ausgebildet, dass sie sich im laufenden Fertigungsbetrieb auf einen Wechsel der Gestalt der Photovoltaikmodulplatte flexibel einstellen kann, indem der Industrieroboter aus der Mehrzahl von Prüfmitteln das zu der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte geeignete Prüfmittel aufnimmt und in die Testposition fährt. Damit ist eine adaptive Prüfvorrichtung geschaffen, die in Fertigungslinien von Morgen eingesetzt werden kann. Ein besonderer Vorteil der Prüfvorrichtung ist auch darin zu sehen, dass es sich hierbei nicht um ein Nassprüfverfahren, sondern um ein Trockenprüfverfahren handelt. Damit ist der Industrieroboter die maßgebende Aktorik bei der Prüfung der Isolationseigenschaften, der das Prüfmittel auswählt, aufnimmt, positioniert, zur nächsten Prüfposition transportiert und nachfolgend wieder abnimmt.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann zum einen für einen „In-Line”-Betrieb ausgebildet sein, so dass diese in einer Fertigungslinie als Prüfstation integriert ist oder als eine Insellösung realisiert sein, bei der Photovoltaikmodulplatten stichprobenartig geprüft werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Magazin vorgesehen, in dem die Mehrzahl der Prüfmittel angeordnet sind. Das Magazin kann als ein Lager ausgebildet sein, in das der Industrieroboter eingreift oder einfährt, um ein nicht mehr benötigtes Prüfmittel abzustellen bzw. ein neues Prüfmittel aufzunehmen. Alternativ kann das Magazin auch als ein aktives Magazin ausgebildet sein, bei dem automatisiert das benötigte Prüfmittel z. B. an einer Ausgabeposition bereitgestellt wird.
In einer konkreten Realisierung der Erfindung ist die Vorrichtung als eine Roboterzelle ausgebildet, in der das oder die Prüfmittel, der Industrieroboter und eine Positioniervorrichtung für die Photovoltaikmodulplatte angeordnet sind. Der Industrieroboter kann dabei konventionell auf dem Boden stehen, jedoch auch an den Wänden oder an der Decke befestigt sein. Nachdem das oder die Prüfmittel oftmals großformatig ausgebildet sind, können an den Wänden der Roboterzelle jeweils ein oder mehrere Prüfmittel aufgehängt sein, so dass der Industrieroboter diese selbsttätig greifen kann. Die Positioniervorrichtung kann bei bevorzugten Ausführungsformen auch als ein Förderband ausgebildet sein, welches auch der sonstigen Fertigungslinie zugeordnet sein kann, und auf denen die Photovoltaikmodulplatten transportiert werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines, einige oder alle der Prüfmittel nach einem der nachfolgenden Beschreibungen bzw. der nachfolgenden Ansprüche ausgebildet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Prüfmittel zur Prüfung der Isolationseigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte, wobei das Prüfmittel zur Kontaktierung der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte in einem linienförmigen Bereich der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet ist. In einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform, ist das Prüfmittel zur Kontaktierung der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte in einem flächigen Bereich der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet Der linienförmige Bereich erstreckt sich über mindestens 20%, vorzugsweise über mindestens 50% und insbesondere über mindestens 80% einer Seitenkantenlänge der Photovoltaikmodulplatte. In der Ausgestaltung mit dem flächigen Bereich erstreckt sich der Kontaktbereich über mindestens 20%, vorzugsweise über mindestens 50% und insbesondere über mindestens 80% der Fläche der Photovoltaikmodulplatte. Alternativ oder ergänzend erstreckt sich der linienförmige oder der flächige Bereich über eine Länge von mindestens 30 cm, vorzugsweise über mindestens 50 cm und insbesondere über mindestens 80 cm. Betrachtet man Photovoltaikmodulplatten mit einer Seitenkantenlänge von größer 2000 mm, so kann sich der linienförmige Bereich auch über mindestens 1000 mm, 1500 mm oder diese 2000 mm erstrecken.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der linienförmige Bereich umlaufend um die aktive Schicht und ist besonders bevorzugt umlaufend kontaktierend auf der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist der linienförmige Bereich in den Eckbereichen auf eine Strecke von mehr als 4 mm, vorzugsweise mehr als 10 mm und insbesondere mehr als 20 mm unterbrochen. Mit dieser Ausführungsform kann das Prüfmittel einen sog. Ground Bond Test durchführen, einen Test, bei der die Leitfähigkeit des Modulrahmens überprüft werden soll. Bei diesem Test werden die vier den Modulrahmen bildenden Streben durch das Prüfmittel voneinander elektrisch unabhängig kontaktiert, wobei die oben-bezeichneten Unterbrechungen die unabhängige Kontaktierung sicherstellt. In einem nächsten Schritt wird die Leitfähigkeit zwischen den Streben bzw. den unabhängigen Kontaktbereichen geprüft.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird der linienförmige oder flächige Bereich mit kleinen Unterbrechungen kontaktiert, wobei die Unterbrechungen kleiner als 20 mm, vorzugsweise kleiner als 10 mm, insbesondere kleiner als 5 mm und im speziellen kleiner als 3 mm ausgebildet sind. Somit kann das Kontaktmittel schwammförmig, bürstenförmig etc. ausgebildet sein. Mit dieser Ausgestaltung des Prüfmittels ist es möglich, mit einer sehr hohen Prüfsicherheit und zugleich ohne Verwendung von Flüssigkeiten die Photovoltaikmodulplatte vollständig oder nahezu vollständig zu prüfen.
Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise durch eine elastische Metalllippe, ein Metallgewebe, einen Metallschwamm, ein Metalltextil und/oder ein Metallgeflecht.
Bei einer möglichen konstruktiven Realisierung ist vorgesehen, dass das Prüfmittel eine mechanische Schnittstelle zur Kopplung mit einem oder dem Industrieroboter aufweist. Die mechanische Schnittstelle ist so ausgebildet, dass das Prüfmittel daran fixiert und in der Testposition und/oder auf der Photovoltaikmodulplatte positioniert werden kann. Insbesondere ist die mechanische Schnittstelle als ein Schnellwechseladapter – auch Werkzeugwechseleinrichtung genannt – ausgebildet, welche bevorzugt ergänzend eine Durchführung von elektrischen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen Signalen bzw. Strömen aufweist. Insbesondere werden durch den Schnellwechseladapter elektrische Prüfströme oder Messströme bei dem Hochspannungstest und/oder Leistungstest geführt. Alternativ oder ergänzend werden Signale oder Ströme zur Steuerung von elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Einrichtungen geführt, die zur aktiven Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet sind.
Bei einer besonders bevorzugten vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Prüfmittel einen Prüfrahmenbereich – auch Kontaktrahmen genannt – auf, wobei sich der linienförmige Bereich vorzugsweise ununterbrochen und/oder durchgängig entlang des Prüfrahmenbereiches erstreckt. Dadurch, dass der Prüfrahmenbereich an die Größe der Photovoltaikmodulplatte und insbesondere an die Größe der aktiven Schicht angepasst ist, ergibt sich für das Prüfmittel eine ausgedehnte Größe, die durch die Prüfvorrichtung gemäß der Ansprüche 1 ff. in einer Fertigungslinie genutzt werden kann.
Um die Manipulation bzw. Bewegung der Kombination Prüfmittel-Photovoltaikmodulplatte zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass das Prüfmittel eine Haltevorrichtung zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte aufweist bzw. als diese ausgebildet ist. Diese Haltevorrichtung kann z. B. als Haltesauger ausgebildet sein. Die Haltevorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls automatisiert ausgebildet.
Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung weist das Prüfmittel eine Doppellippe mit zwei Kontaktlippen zur Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte auf. Die Doppellippen dienen zur Prüfung der Isolationseigenschaften der Photovoltaikmodulplatte in einem Randbereich um die aktive Schicht. Bei dieser Prüfung wird die Isolationseigenschaft zwischen den zwei Kontaktlippen auf der Photovoltaikmodulplatte überprüft. Diese Prüfung wird insbesondere auf der Oberseite der noch offenen Photovoltaikmodulplatte ausgeführt und insbesondere in einem Bereich, welcher zum Beispiel durch einen Laser oder ein anderes Werkzeug randentschichtet ist. Die Photovoltaikmodulplatte entspricht dabei insbesondere der ersten möglichen Ausgestaltung.
Bei einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst das Prüfmittel eine oder mehrere Kontaktleisten zur Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte, wobei die Kontaktleiste zur seitlichen Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet ist. Durch dieses Prüfmittel werden bei aufgesetzter Deckplatte die Isolationseigenschaften des Zwischenspaltes zwischen den zwei Platten getestet. Die Photovoltaikmodulplatte entspricht dabei insbesondere der zweiten möglichen Ausgestaltung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Prüfmittel als ein Kontaktrahmen ausgebildet, an dem die Kontaktleisten bewegbar, insbesondere schwenkbar, ausgebildet sind. Bei einer ersten möglichen Konkretisierung werden die Kontaktleisten nach Positionierung des Prüfmittels auf der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte durch eine Fremdkraft, insbesondere elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, in Prüfposition gebracht. Bei einer zweiten Konkretisierung sind die Kontaktleisten schwenkbar ausgebildet, wobei die Schwenkbewegung durch eine Zwangsführung von Führungskörpern bei dem Aufsetzen des Kontaktrahmens auf der Photovoltaikmodulplatte durchgeführt wird. Beispielsweise gleiten die Führungskörper auf der Oberseite der Photovoltaikmodulplatte und führen durch die Gleitbewegung die schwenkbare Kontaktleiste in Prüfposition.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung nehmen die Kontaktleisten eine Doppelfunktion ein und sind als Haltemittel zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet. Die Kontaktleisten können die Photovoltaikmodulplatte insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixieren. Hierzu können die Kontaktleisten z. B. Stege oder Stegbereiche aufweisen, die die Photovoltaikmodulplatte greifend halten. Bei einer Konkretisierung der Weiterbildung weist die periphere Kontaktierung selbst einen konkaven Querschnitt auf, sodass dies zu einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Erfassung der Photovoltaikmodulplatte führt. Diese Konkretisierung ist ein vorteilhafte Lösung, der eine periphere Kontaktierung sehr schnell macht. Vorzugsweise weist die periphere Kontaktierung bzw. die Kontaktleisten einen Antrieb auf, der den Schließvorgang vornimmt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prüfmittel eine Kontaktmatte zur flächigen Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte auf, wobei die Kontaktmatte auf die Oberseite der Photovoltaikmodulplatte aufgesetzt werden kann, insbesondere in dem Bereich der aktiven Schicht. Die Photovoltaikmodulplatte entspricht dabei insbesondere der dritten möglichen Ausgestaltung. Besonders bevorzugt ist die Kontaktmatte zur Kontaktierung mit einer konturierten Photovoltaikmodulplatte ausgebildet. Insbesondere weist die Kontaktmatte oder ein Tragkörper der Kontaktmatte eine gewellte oder höhenvariierende Form auf. Durch dieses Prüfmittel ist es insbesondere möglich, die Isolationseigenschaften von Deckschichten auf Solarzellen, welche z. B. auf Dachziegelformen aufgebracht sind, zu überprüfen.
Die linienförmigen oder flächigen Bereiche der Photovoltaikmodulplatte bilden einen ersten Kontaktbereich zur Prüfung der Isolationseigenschaften. Ein zweiter Messbereich wird vorzugsweise durch die elektrischen Anschlüsse der Photovoltaikmodulplatte, insbesondere von Anschlusskabeln oder einer Anschlussbox – auch Junctionbox genannt – bereitgestellt. Das Prüfmittel weist in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Kontakteinrichtung zur automatisierten Kontaktierung von dem elektrischen Anschluss der Photovoltaikmodulplatte auf. Auch diese vorteilhafte Weiterbildung dient zur Automatisierung des Prüfverfahrens, sodass auf eine manuelle Kontaktierung verzichtet werden kann. Die Kontakteinrichtung führt die elektrische Signale oder Ströme vorzugsweise über die mechanische Schnittstelle.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kontakteinrichtung mindestens eine Kontaktbuchse zur Kontaktierung eines Kontaktsteckers der Photovoltaikmodulplatte aufweist. Diese Kontaktbuchse sitzt auf einer Aktorik, die die Kontaktbuchse relativ zu dem Prüfmittel und/oder relativ zu der Photovoltaikmodulplatte bewegen, insbesondere verschieben kann. Bei definierten Positionen von Kontaktsteckern der Photovoltaikmodulplatte kann die Kontakteinrichtung durch Betätigung der Aktorik die Kontaktbuchse in Kontaktstellung zu dem Kontaktstecker fahren.
Für den Fall, dass die Photovoltaikmodulplatte über Kabel kontaktiert ist, ist es bevorzugt, dass die Kontakteinrichtung eine aktive Positioniereinrichtung aufweist, welche zur Positionierung eines Kontaktsteckers der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet ist. In diesem Fall wird das Kabel bzw. der Kontaktstecker aktiv, durch eine Aktorik, gefangen und eine definierte Position gebracht. Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Positioniereinrichtung einen verfahrbaren und/oder bewegbaren Kabelrechen, welcher zum Fangen und zum Ausrichten von mindestens einem Anschlusskabel der Photovoltaikmodulplatte ausgebildet ist. Optional oder ergänzend umfasst die Positioniereinrichtung eine Fixiervorrichtung zur Fixierung, insbesondere Klemmung des Kontaktsteckers.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Prüfmittel als ein neutrales Element in einem Leistungstest ausgebildet. Das bedeutet, wenn die Photovoltaikmodulplatte von dem Prüfmittel gehalten in dem zuvor beschriebenen Leistungstest (IV-Test) positioniert ist, das Prüfmittel die Leistungsmessung hinsichtlich der Intensität, Homogenität und/oder Spektrum nicht verfälscht. Verfälschungen können insbesondere durch Abschattungen und Reflektionen auftreten. Konstruktive Gegenmaßnahmen sind z. B. dass die Rahmenflächen entweder Schwarzmatt lackiert, mit Absorberschäume kaschiert sind, udn/oder die Konstruktion das Prüflicht nicht in Richtung Photovoltaikmodulplatte reflektieren lässt bzw. eine Kombination der Möglichkeiten. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 27. Bei dem Verfahren wird zur Prüfung der elektrischen Eigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte ein Prüfmittel automatisiert in eine Testposition gebracht, mit der Photovoltaikmodulplatte kontaktiert, wobei das Prüfmittel als Haltevorrichtung ausgebildet ist, die die Photovoltaikmodulplatte greift, so dass danach die Kombination Haltevorrichtung – Photovoltaikmodulplatte räumlich verfahren werden kann. Das räumliche Verfahren kann zum einen genutzt werden, die Photovoltaikmodulplatte zu einer weiteren Teststation zu transportieren, zum anderen können defekte Einheiten aussortiert und damit aus der Fertigungslinie genommen werden. Insbesondere kann das Verfahren die bestimmungsgemäße Verwendung der Prüfvorrichtung und des Prüfmittels umfassen, wie diese zuvor beschrieben oder in den vorhergehenden Ansprüchen niedergelegt ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung einer Prüfvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine mögliche Ausführungsform eines Industrieroboters in der Prüfvorrichtung in der 1;
3 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Kontaktrahmen als ein Prüfmittel in den vorhergehenden Figuren;
4 eine schematische Draufsicht auf den Kontaktrahmen in der 3;
5 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie A-A in der 4 des Kontaktrahmens;
6a, b in schematischer Draufsicht das Aufsetzen und Kontaktieren des Prüfmittels auf einer Photovoltaikmodulplatte;
6c, d in gleicher Darstellung wie in den vorhergehenden 6a, b eine zweite Ausführungsform des Prüfmittels;
7 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Kontakteinrichtung als mögliche Komponente des Kontaktrahmens der vorhergehenden Figuren;
8 eine Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kontakteinrichtung;
9 eine schematische Draufsicht auf eine Photovoltaikmodulplatte;
10 in gleicher Darstellung wie in der 9 eine Photovoltaikmodulplatte in einer anderen Fertigungsstufe;
11 eine schematische Detailvergrößerung der Prüfsituation bei einer Photovoltaikmodulplatte gemäß der 9;
12 eine schematische Detaildarstellung der Prüfsituation bei einer Photovoltaikmodulplatte gemäß der 10;
13 eine schematische Darstellung der Prüfsituation bei einer profilierten Photovoltaikmodulplatte;
14 eine schematische Darstellung der Prüfsituation in der 11 mit anders ausgebildeten Kontaktrahmen als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind jeweils mit einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine Prüfvorrichtung 1 zur Prüfung der Isolationseigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte 2, wie sie beispielsweise in den 9–11 gezeigt sind. Die Prüfvorrichtung kann beispielsweise als eine Roboterzelle ausgebildet sein und umfasst einen Industrieroboter 3, eine Positioniervorrichtung 4 für die Photovoltaikmodulplatte 2 sowie in diesem Beispiel zwei Prüfmittel 5, welche an den Wänden 6 der Roboterzelle stehend positioniert sind. Zudem umfasst die Prüfvorrichtung 1 eine Prüfstation 42 für einen Leistungstest der Photovoltaikmodulplatte 2.
Bei diesem Leistungstest wird die Photovoltaikmodulplatte 2 vor einer Lichtquelle positioniert, die die Photovoltaikmodulplatte 2 mit einem definierten Lichtblitz bestrahlt. Die dabei erzeugte elektrische Leistung wird gemessen, so dass eine Qualitätskenngröße der Photovoltaikmodulplatte 2 gebildet ist.
Die Prüfvorrichtung 1 kann als eine Insellösung realisiert sein, sodass zu prüfende Photovoltaikmodulplatten 2 von einer Fertigungslinie aussortiert und an die Prüfvorrichtung 1 übergeben werden. Alternativ hierzu wird die Prüfvorrichtung 1 mittels eines Förderbandes 7 mit Photovoltaikmodulplatten 2 versorgt und ist in einer Fertigungslinie (In-Line) integriert.
Bei einem Prüfvorgang nimmt der Industrieroboter 3 eines der Prüfmittel 5, welches auf die zu prüfende Photovoltaikmodulplatte 2 abgestimmt ist, auf und positioniert diese auf der Positioniervorrichtung 4 angeordneten Photovoltaikmodulplatte 2 zur Durchführung einer ersten Prüfung. Wie nachfolgend noch erläutert wird, wird im Verlauf der Positionierung die Photovoltaikmodulplatte 2 elektrisch kontaktiert und mechanisch von dem Prüfmittel 5 als Haltevorrichtung gegriffen. Das Greifen ist dabei so ausgeführt, dass der Industrieroboter 3 nachfolgend die Photovoltaikmodulplatte 2 mit dem Prüfmittel 5 aufnehmen und verfahren kann.
Die Prüfung der Photovoltaikmodulplatte 2 auf elektrische Isolationseigenschaften (Hipot- oder Ground-Bond-Test) erfolgt während die Photovoltaikmodulplatte 2 auf der Positioniervorrichtung angeordnet ist und/oder während die Kombination Prüfmittel 5 – Photovoltaikmodulplatte 2 von dem Industrieroboter 3 zu der Prüfstation 42 verfahren wird.
Da die elektrische Kontaktierung zwischen Prüfmittel 5 und Photovoltaikmodulplatte 2 immer noch besteht, kann der Leistungstest in der Prüfstation 42 sofort anschließend durchgeführt werden, ohne weitere Kontaktierungen an der Photovoltaikmodulplatte 2 und/oder dem Prüfmittel 5 durchführen zu müssen. Es ist auch möglich, dass die Prüfstation 42 und der Industrieroboter so synchronisiert sind, dass der Lichtblitz ausgesendet wird, während die Photovoltaikmodulplatte 2 an der Prüfstation vorbeigefahren wird. Ein Halt ist somit nicht unbedingt notwendig.
Nachfolgend legt der der Industrieroboter 3 die Photovoltaikmodulplatte 2 wieder auf der Positioniervorrichtung 4 ab und gibt diese durch Lösen der Fixierung Prüfmittel 5 – Photovoltaikmodulplatte 2 wieder frei, so dass die geprüfte Photovoltaikmodulplatte 2 die Prüfvorrichtung 1 verlassen kann und zum Beispiel über das Förderband 7 eine neue Photovoltaikmodulplatte 2 eingefahren werden kann.
Die Prüfvorrichtung 1 ist bei diesem Beispiel zur Prüfung von unterschiedlichen Photovoltaikmodulplatten 2 ausgebildet, indem diese an den Wänden 6 zwei unterschiedliche Prüfmittel 5 bevorratet. Bei anderen Ausführungsformen können auch eine kleinere oder größere Anzahl von Prüfmitteln 5 bevorratet werden. Dadurch kann die Prüfvorrichtung 1 flexibel und insbesondere automatisiert auf einen Wechsel des Typs, der Größe und/oder der Form der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte 2 durch Wechsel des Prüfmittels 5 reagieren.
Die 2 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung den Industrieroboter 3 mit einem aufgenommenen Prüfmittel 5. Der Industrieroboter 3 ist in der gezeigten Darstellung ortsfest montiert, kann bei anderen Ausführungsbeispielen jedoch auch auf eine Linearachse zur Vergrößerung des Arbeitsraumes oder an Wänden oder der Decke montiert sein. Es handelt sich hierbei um einen 6-Achsen-Knickarmroboter. Die mechanische Kopplung zwischen Industrieroboter 3 und Prüfmittel 5 erfolgt über ein sogenanntes Werkzeugwechselsystem 8, welches sich in ein Festteil, welches an der Roboterhand verbleibt, und in ein Losteil, welches mit dem Prüfmittel 5 verbunden ist, aufteilt. Das Werkzeugwechselsystem 8 ist ausgebildet, dass der Industrieroboter 3 das Prüfmittel 5 selbstständig greifen und an der Roboterhand fixieren kann. Zudem erlaubt das Werkzeugwechselsystem 8 die Durchführung von elektrischen Signalen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen Strömen, wobei diese Durchführungen bei dem automatisierten Aufnehmen des Prüfmittels 5 durch den Industrieroboter 3 automatisch in Betrieb gesetzt werden bzw. nach dem Ablegen automatisiert getrennt werden. Damit stellt der Industrieroboter durch das Aufnehmen des Prüfmittels 5 nicht nur eine mechanische Verbindung, sondern auch eine elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Kontaktierung her. Das Festteil des Werkzeugwechselsystems ist an einer Brücke 9 des Prüfmittels 5 arretiert.
Das Prüfmittel 5 weist eine nicht dargestellte Haltevorrichtung, z. B. eine Haltesaugereinrichtung auf, so dass die Photovoltaikmodulplatte 2 über das Prüfmittel gehalten und durch den Industrieroboter 3 bewegt werden kann. Zum einen kann dann vorgesehen sein und wie in Bezug zu der 1 erläutert, dass die Prüfung auf Isolationseigenschaften während einer Verfahrbewegung der Photovoltaikmodulplatte 2 durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Photovoltaikmodulplatte 2 durch den Industrieroboter 3 in die Prüfposition für einen Leistungstest gebracht werden. Ein derartiger Leistungstest wird durch Beleuchtung der Photovoltaikmodulplatte 2 mit einer Referenzlichtquelle durchgeführt, wobei die Leistung über die Anschlüsse, insbesondere die Kontaktierungsbox 20 bzw. die Stecker 22 gemessen wird. Nachdem die Anschlüsse bereits über das Werkzeugwechselsystem 8 kontaktiert sind, kann der Hochspannungstest und der Leistungstest in rascher Reihenfolge nacheinander durchgeführt werden. Dies kann zu einer erheblichen Zeitersparnis führen.
Ein derartiger Prozess ist in der 2 visualisiert, wobei die Photovoltaikmodulplatte 2 zeichnerisch unterdrückt ist. Der Industrieroboter greift und kontaktiert die Photovoltaikmodulplatte in der Position I auf der als Förderband (Conveyer) ausgebildete Positioniervorrichtung 4. In einem nächsten Schritt bewegt der Industrieroboter die Photovoltaikmodulplatte 2 zu der Prüfstation 43, wobei vor oder während des Transports die Isolationsmessung (Hipot-Test oder Ground-Bond-Test) durchgeführt werden kann. Die Prüfstation 43 weist einen Schacht 44 auf, an dessen Grund eine Referenzlichtquelle 45 angeordnet ist. Die Prüfstation 43 kann auch eine andere konstruktive Realisierung, z. B. mit Diffusorscheiben für das Referenzlicht, aufweisen.
Insbesondere kann die Prüfstation auch auf dem Boden stehend und nach oben geöffnet angeordnet sein.
Mit dem Ziel, störende Reflektionen durch das Prüfmittel 5 zu vermeiden, ist dieses an durch das Prüflicht beleuchteten Bereichen mit einer Antireflexionsschicht, z. B. einer Absorberschicht beschichtet. Im einfachsten Fall ist vorgesehen, dass das Prüfmittel 5 mattschwarz lackiert ist. Alternativ oder ergänzend ist das Prüfmittel 5 so ausgeführt, dass keine oder nur vernachlässigbare Abschattungen (kleiner als 2% der Fläche der aktiven Schicht 17) des Prüflichts auf der Photovoltaikmodulplatte 2 erzeugt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Prüfmittel mit Absorberschaum kaschiert sein oder das Prüfmittel so konstruiert sein, dass das Prüflicht nicht in Richtung Photovoltaikmodulplatte 2 reflektiert wird.
Der Leistungstest wird mit stehendem oder sogar vorbeifahrenden Photovoltaikmodul 2 durchgeführt, wobei die bereits beim Greifen der Photovoltaikmodulplatte 2 erfolgten Kontaktierungen genutzt werden, so dass keine weitere Haltezeit für Kontaktierungen notwendig ist.
Nach dem Leistungstest wird die Photovoltaikmodulplatte 2 dann auf einem weiteren Förderband als Positioniereinrichtung 4 an der Position II abgelegt und die Kontaktierung gelöst. Die Prüfvorrichtung 1 ist somit seriell in der Fertigungslinie integriert und ersetzt zumindest einen Teil des Förderbands.
Die 3 zeigt das Prüfmittel 5 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung. Mittig sind Aufnahmebohrungen zur Fixierung des nicht dargestellten Festteils des Werkzeugwechselsystems 8 in der Brücke 9 angebracht. Das Prüfmittel 5 umfasst einen umlaufenden Rahmen 10, welcher aus Aluminiumstrangpressprofilen gebildet ist und der starr mit der Brücke 9 verbunden ist. Der Rahmen 10 ist in seiner Größe an die Größe der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte 2 angepasst, insbesondere ist der Rahmen 10 in Länge und Breite gleich groß oder größer ausgebildet. Bei einem Prüfvorgang wird das Prüfmittel 5 deckungsgleich auf die zu prüfende Photovoltaikmodulplatte 2 aufgesetzt.
Die 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Prüfmittel 5 und gibt insbesondere die Lage einer Schnittlinie A-A an, deren Schnitt in der 5 gezeigt ist. Aus der 5 ist zu entnehmen, dass unterhalb des Rahmens 10 Kontaktleisten 11 angeordnet sind, welche relativ zu dem Rahmen 10 über Schwenkgelenke 12, die an der Außenseite angeordnet sind, verschwenkbar sind. Die Kontaktleisten 11 weisen als Trägerstruktur wieder ein Aluminiumstrangpressprofil 13, welches an dem Schwenkgelenk 12 befestigt ist, einen Führungsblock 14, welcher innenseitig an dem Trägerprofil 13 befestigt ist, sowie eine Kontaktlippe 15, die sich in Längsrichtung des Trägerprofils 13 erstreckt.
In der gezeigten horizontalen Ausrichtung in der 5 klappt die Kontaktleiste 11 aufgrund der Schwerkraft um das Schwenkgelenk 12 um einen geringen Winkel auf und vergrößert dadurch den Abstand D zwischen den gegenüberliegenden Kontaktlippen 15. In diesem Zustand wird das Prüfmittel 5 auf die Photovoltaikmodulplatte 2 abgelassen, wobei sich die Führungsblöcke 14, welche beispielsweise aus Teflon gefertigt sind, auf der Oberseite der Photovoltaikmodulplatte 2 abstützen. Bei einem weiteren Herunterfahren des Prüfmittels 5 auf die Photovoltaikmodulplatte 2 werden die Führungsblöcke 14 zwangsweise gegen die Bewegungsrichtung des Prüfmittels 5 nach oben gefahren und schließen dabei das Schwenkgelenk 12. Bei dieser Bewegung wird der Abstand D zwischen den Kontaktlippen 15 verkleinert, so dass die Kontaktlippen 15 beidseitig bzw. allseitig auf den Seitenflächen der Photovoltaikmodulplatte 2 kontaktierend anliegen bzw. angepresst werden. Wie sich am besten aus der 3 ergibt, sind die Kontaktleisten 11 und damit die Führungslippen 15 vollständig umlaufend angeordnet, so dass sich nach dem Schließen des Prüfmittels 5 die Kontaktlippen 15 umlaufend an den Seitenflächen der Photovoltaikmodulplatte 2 anlegen. Die 6a, b zeigen den Ablauf nochmals in schematischer Darstellung.
Die 6b, c offenbaren ein Ausführungsbeispiel des Prüfmittels 5, bei der nicht wie zuvor ein Schwerkraftantrieb, sondern eine hydraulische oder pneumatische Lösung zur Bewegung der Kontaktleisten 11 umgesetzt wird. Das Ausführungsbeispiel in den 6c, d setzt außerdem das allgemeine erfinderische Konzept um, dass die Kontaktflächen, insbesondere die Kontaktlippen 15, des Prüfmittels 15 als Klemmflächen zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte 2 ausgebildet sind. Insbesondere ist die Fixierung ausschließlich durch die Kontaktflächen umgesetzt.
Das Prüfmittel 5 weist einen Antrieb 46, insbesondere zwei Druckluftzylinder auf, die über ein Hebelwerk, insbesondere einen Hebelarm 47 antreiben, der die Kontaktleisten 11 bewegt und von einer geöffneten Position in der 6c in eine geschlossene Position in der 6d überführt.
In dem gezeigten Querschnitt zeigt die Kontaktlippe 15 eine konkave oder U-förmige Form, wobei die Form allgemein so ausgebildet ist, dass diese die Photovoltaikmodulplatte 2 umgreift und/oder formschlüssig hält. Im Vergleich zu einer Lösung mit Saugnäpfen zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte 2 ist hier der Vorteil, dass eine Wartezeit für die Bildung des Unterdrucks für Saugnäpfe entfällt. Mit dem Schliessen des Kontaktrahmens ist Photovoltaikmodulplatte 2 sofort transportbereit.
Zur besseren Erläuterung der möglichen Messsituationen wird auf die 9 bis 12 verwiesen. Die 9, 10 zeigen eine Photovoltaikmodulplatte 2 in Draufsicht in zwei unterschiedlichen Fertigungsstufen. Die 11 und 12 zeigen schematische Querschnitte im Randbereich der Photovoltaikmodulplatte 2 der 9 bzw. 10. Bei der Fertigung von Photovoltaikmodulen wird in einem ersten Zwischenschritt eine Photovoltaikmodulplatte 2 gefertigt, welche auf einer Glasplatte 16 eine aktive Schicht 17 aus Silizium (oder anderen photovoltaischen Schicht) trägt. Beispielsweise wird die aktive Schicht 17 als eine Dünnfilmschicht, insbesondere eine amorphe Dünnfilmschicht, aufgetragen. Mit dem Ziel, eine elektrische Isolierung sicher zu stellen, wird umlaufend ein Rand 18 randentschichtet, das heißt, dass in diesem Bereich die aktive Schicht 17 (und gegebenenfalls weitere Schichten) entweder nicht aufgetragen oder in einem Fertigungsschritt abgetragen wird. Hierbei spricht man auch vom Randschichtentfernen. Nach weiteren Fertigungsschritten wird eine abschließende zweite Glasplatte 19 als Deckplatte aufgesetzt, wobei jedoch nach wie vor ein elektrisch isolierender Rand 18 verbleibt. Während der weiteren Fertigungsschritte wird auch entweder zentral oder an der Seite eine Kontaktierungsbox 20, gegebenenfalls mit Kabeln 21 und Steckern 22, zur Kontaktierung der aktiven Schicht 17 aufgesetzt, wie dies in der 10 gezeigt ist. Bei alternativen Ausführungsformen können auch mehrere Kontaktierungsboxen (auch Junction Box genannt) vorgesehen sein.
Das Prüfmittel 5 in den 3 bis 6 setzt eine Kontaktierung gemäß der 12 um, wobei hier die Kontaktlippen 15 im Bereich des Rands 18 umlaufend an die Photovoltaikmodulplatte 2 gedrückt wird. Diese linienförmige Kontaktierung bildet einen ersten Messbereich bei der Prüfung der Isolationseigenschaften der Photovoltaikmodulplatte 2.
Der zweite Messbereich bei dieser Messung wird durch eine Kontaktierung der Stecker 22 oder der Kontaktierungsbox 20 gebildet.
Bei der Prüfung wird zwischen diesen Messbereichen eine Hochspannung größer 5 kV beaufschlagt und der abfliesende Strom gemessen. Sowohl die Zuleitung der Messströme, als auch die Ableitung erfolgt dabei über das Werkzeugwechselsystem 8, so dass mit der Aufnahme des Prüfmittels 5 die Testapparatur leitend bzw. betriebsbereit verkabelt ist. Mit dieser Messmethode wird überprüft, ob in dem Rand 18 eine ausreichende elektrische Isolation zwischen der aktiven Schicht 17 und der Stirnseite, an der die Kontaktlippe 15 aufgedrückt wird, besteht.
Die 7 zeigt eine Kontakteinrichtung 23, welche zur Kontaktierung der Kontaktierungsbox 20 auf der Photovoltaikmodulplatte 2 ausgebildet ist. Aus zeichnerischen Gründen wird die Kontakteinrichtung 23 mit eingesetzter Kontaktierungsbox 20 gezeigt. Die Kontaktierungseinrichtung 23 ist zum Beispiel an der Brücke 9 des Prüfmittels 5 befestigt. Die Kontaktierungseinrichtung 23 weist eine Aufnahme 24 auf, die komplementär zu einem Bereich der Kontaktierungsbox 20 ausgebildet ist, welcher bei der Abwärtsbewegung des Prüfmittels 5 auf die Photovoltaikmodulplatte 2 gegebenenfalls selbstzentrierend gefangen wird. Seitlich stehen an der Kontaktierungsbox 20 Steckerbereiche 25 in einem 90°-Winkel zueinander ab. Die Kontaktiereinrichtung 23 weist dagegen Buchsenabschnitte 26 auf, welche auf einer pneumatischen Aktorik 27 in Steckrichtung S der Steckerbereiche 25 verfahren werden kann. Nach dem Fangen der Kontaktierungsbox 20 durch die Aufnahme 24 werden die Buchsenabschnitte 26 über die Aktorik 27 in Richtung der Steckerbereiche 25 derart verfahren, dass ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Damit wird bei dem Aufsetzen des Prüfmittels 5 auf der Photovoltaikmodulplatte 2 automatisiert sowohl der linienförmige Kontakt zwischen Kontaktlippe 15 und Rand 18 als auch ein Steckkontakt mit der Kontaktierungsbox 20 hergestellt. Nach Aufsetzen des Prüfmittels 5 kann somit die Prüfung der Isolierungseigenschaften automatisiert durchgeführt werden.
Die 8a, b zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der Kontaktierungseinrichtung 23 in seitlicher Draufsicht bzw. in Detailvergrößerung, welche Einsatz finden kann, wenn die Kontaktierungsbox 20 bereits mit Kabeln 21 und Steckern 22 bestückt ist.
Die Kontaktierungseinrichtung 23 in der 8 ist ebenfalls zur Befestigung an der Brücke 9 (Galgen) ausgebildet und kann in eine Positioniervorrichtung 28 und eine Kopplungseinrichtung 29 unterteilt werden. Die Positionierungsvorrichtung 28 setzt die Funktion um, die Kabel 21 zu fangen, die Stecker 22 zu positionieren und zu fixieren. Die Kopplungseinrichtung 29 setzt dagegen die Kopplung von Buchsenabschnitten 26 mit den positionierten Steckern 22 um.
Die Positioniervorrichtung 28 weist einen verfahrbaren Kabelrechen 30 auf, welcher ein Fangen, eine Vereinzelung und eine Positionierung der Kabel 21 erlaubt. Nachfolgend werden die dadurch vorpositionierten Stecker 22 mittels Prismenfingern 31 gefangen und an einen Trennsteg 32 gedrückt. In dieser Position sind die Stecker 22 definiert, so dass in einem nächsten Schritt die Kopplungseinrichtung 29 die Buchsenabschnitte 26 über eine Aktorik 27 in die Stecker 22 einfahren kann. Zur Relativpositionierung zwischen Brücke 9 und Photovoltaikmodulplatte 2 weist die Kontaktierungseinrichtung 23 eine Hubaktorik 33 auf, welche den Aufbau in der Höhe verschieben kann. Eine zweite Hubvorrichtung 34 trägt eine Verschiebevorrichtung 35, so dass der Kabelrechen 30 unabhängig in der Höhe und entlang einer Strecke X verfahren werden kann. zwischen erster Hubaktorik und 33 und zweiter Hubaktorik 34 kann ein XYZ-Verschiebetisch zwischengeschaltet sein. Die Prismenfinger 31 sind über eine Klemmaktorik 36, die als Zweifingerparallelgreifer ausgeführt ist, automatisiert zu bewegen.
In der 11 ist eine zweite Testsituation schematisch dargestellt, wobei der Rahmen 10 keine Kontaktleisten 11, sondern eine Doppellippe 37 trägt. Die Doppellippe ist ebenfalls parallel zu dem Rand 18 ausgerichtet und dient dazu, vor dem Aufsetzen der zweiten Glasplatte 19 in dem entschichteten Randbereich 18 die Isolationseigenschaften in dem Zwischenraum zwischen den 2 Kontaktlippen 38 der Doppellippe 37 zu messen. Während die Prüfvorrichtung 1 bei der Messung gemäß der 12 erst nach der Positionierung der zweiten Glasplatte 19 eingesetzt werden kann, kann die Prüfung gemäß der 11 in einer früheren Fertigungsstufe erfolgen. Dementsprechend kann die Prüfvorrichtung 1 in einer Fertigungsstraße früher positioniert werden.
Die 13 zeigt eine weitere Prüfungssituation, welche durch die Prüfvorrichtung 1 umgesetzt werden kann, wobei die Photovoltaikmodulplatte 2 hier im gezeigten Querschnitt eine konturierte oder gewellte Form aufweist. Eine derartige Form wird beispielsweise gewählt, wenn Solarzellen unmittelbar auf nachempfundenen Dachziegeln aufgebracht werden. Auf einem Trägerkörper 39 ist eine aktive Schicht 17 aufgebracht, welche vollflächig durch eine Schutzschicht 40 abgedeckt ist. Nachdem eine derartige Photovoltaikmodulplatte 2 zum Beispiel auch Regen vertragen muss, ist es notwendig, dass die Schutzschicht 40 ausreichende Isolationseigenschaften aufweist. Zur Überprüfung der Isolationseigenschaften wird ein Prüfmittel 5 verwendet, welches eine Kontaktmatte 41 aufweist, die vollflächig auf die Schutzschicht 40 aufgelegt wird. Um dem konturierten Verlauf ausreichend folgen zu können, ist die Kontaktmatte 41 entweder ausreichend elastisch ausgebildet und/oder auf einem ebenfalls konturierten und an die Form der Photovoltaikmodulplatte 2 angepasste Trägerkonstruktion angebracht. Die Kontaktmatte 41 kann aus einem Metallschaum, einem Metallgeflecht oder einem anderen elastischen Kontaktmaterial bestehen.
14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Prüfmittels 5 bei der Prüfung der Photovoltaikmodulplatte in einer Prüfsituation analog zu der in der 11, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Auch bei der Prüfsituation in der 14 sollen die Isolationseigenschaften des Randbereichs 18 geprüft werden. Im Gegensatz zu der Anordnung in der 11 sind hier jedoch Einzellippen 42 senkrecht zu der Längserstreckung des Randes ausgerichtet, wobei die Einzellippen 42 hinsichtlich der Polarität alternierend verschaltet sind. Der Abstand zwischen den Einzellippen beträgt z. B. 15 mm. Durch die alternierende Polarität und die Ausdehnung der Einzellippen 42 ergibt sich zwischen den Einzellippen ein weitgehend homogenes Feld, wobei die Feldlinien nahezu parallel zueinander von einer Einzellippe 42 zu der nächsten Einzellippe 42. Durch die homogene Feldverteilung werden Störungen in dem Rand 18 z. B. aufgrund fehlerhafter Randentschichtung unabhängig von deren Position relativ zu den Einzellippen 42 erkannt, so dass die Detektionsgenauigkeit und -reproduzierbarkeit sehr hoch ist. Die Einzellippen 42 können wieder an einem Rahmen 10 wie zuvor beschrieben befestigt sein. Auf der Photovoltaikmodulplatte 2 wird durch die Einzellippen 42 ein linienförmiger Bereich kontaktiert, der sich entlang der Seitenkanten, insbesondere umlaufend um den aktiven Bereich 17 erstreckt.
Bezugszeichenliste

1: Prüfvorrichtung
2: Photovoltaikmodulplatte
3: Industrieroboter
4: Positioniervorrichtung
5: Prüfmittel
6: Wände
7: Förderband
8: Werkzeugwechselsystem
9: Brücke (Rahmenaufnahme)
10: Rahmen
11: Kontaktleisten
12: Schwenkgelenke
13: Aluminiumstrangpressprofil
14: Führungsblock
15: Kontaktlippe
16: Glasplatte
17: aktive Schicht
18: Rand
19: zweite Glasplatte
20: Kontaktierungsbox
21: Kabel
22: Stecker
23: Kontakteinrichtung
24: Aufnahme
25: Steckerbereich
26: Buchsenabschnitte
27: pneumatische Aktorik
28: Positioniervorrichtung
29: Kopplungseinrichtung
30: Kabelrechen
31: Prismenfinger
32: Trennsteg
33: Hubaktorik
34: Hubvorrichtung
35: Verschiebevorrichtung
36: Klemmaktorik
37: Doppellippe
38: Kontaktlippe
39: Trägerkörper
40: Schutzschicht
41: Kontaktmatte
42: Einzellippen
43: Prüfstation
44: Schacht
45: Referenzlichtquelle, Flasher
46: Antrieb
47: Hebelarm

Claims

Prüfmittel (5) zur Prüfung der Isolationseigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte (2), wobei das Prüfmittel (5) zur Kontaktierung der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte (2) in einem linienförmigen Bereich der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist, wobei sich der linienförmige Bereich über mindestens 20% einer Seitenkantenlänge der Photovoltaikmodulplatte (2) und/oder über mindestens 30 cm erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der linienförmige Bereich in den Eckbereichen auf einer Strecke von mehr als 4 mm unterbrochen ist.
Prüfmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel ein Haltemittel zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte aufweist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) eine mechanische Schnittstelle (8) zur Kopplung mit einem oder dem Industrieroboter aufweist.
Prüfmittel (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schnittstelle als ein Schnellwechseladapter (8) eine Durchführung von elektrischen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen Signalen aufweist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) einen Prüfrahmenbereich (10, 11) aufweist, wobei sich ein Kontaktbereich für den linienförmigen Bereich entlang des Prüfrahmenbereichs (10, 11) erstreckt.
Prüfmittel (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich als das Haltemittel ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) eine Doppellippe (37) mit zwei Kontaktlippen (38) zur Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte (2) aufweist, welche zur Prüfung der Isolationseigenschaften der Photovoltaikmodulplatte (2) in einem Bereich zwischen den Lippen (38) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) eine Kontaktleiste (15) zur Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte (2) aufweist, welche zur seitlichen Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) eine Kontaktmatte (41) zur Kontaktierung mit der Photovoltaikmodulplatte (2) aufweist, welche zur flächigen Kontaktierung der Oberseite der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmatte (41) zur Kontaktierung mit einer konturierten Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kontakteinrichtung (23) zur automatisierten Kontaktierung von einem elektrischen Anschluss (20, 22) der Photovoltaikmodulplatte (2).
Prüfmittel (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (23) mindestens eine Kontaktbuchse (26) zur Kontaktierung eines Kontaktsteckers (20, 22) der Photovoltaikmodulplatte (2) und eine Aktorik (27) aufweist, wobei die Aktorik (27) zur Bewegung der Kontaktbuchse (26) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine aktive Positionierungseinrichtung (28), welche zur Positionierung eines Kontaktsteckers (22) der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfmittel (5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die Positionierungseinrichtung (28) einen Kabelrechen (30) zum Ausrichten von mindestens einem Anschlusskabel (21) der Photovoltaikmodulplatte (2) und/oder eine Fixiervorrichtung (31) zur Fixierung des Kontaktsteckers (22) aufweist.
Prüfmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel als ein neutrales Element in einem Leistungstest ausgebildet ist, wobei ein Prüfmittel als ein neutrales Element die Leistungsmessung hinsichtlich Intensität, Homogenität und/oder Spektrum nicht verfälscht.
Verfahren zur Prüfung der elektrischen Eigenschaften einer Photovoltaikmodulplatte (2), wobei ein Prüfmittel (5) automatisiert aufgenommen und/oder gewechselt wird, in eine Testposition gebracht und mit der Photovoltaikmodulplatte (2) kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) als eine Haltevorrichtung ausgebildet ist, und die Kombination Haltevorrichtung – Photovoltaikmodulplatte räumlich manipuliert und/oder bewegt wird.
Prüfvorrichtung (1) für eine Photovoltaikmodulplatte (2) mit einem Prüfmittel (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prüfmittel (5) ausgebildet ist, die Photovoltaikmodulplatte (2) für eine Prüfung über eine oder mehrere Kontaktierungen (20, 21, 18) elektrisch zu kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) als eine Haltevorrichtung ausgebildet ist, die eine räumliche Manipulation der Photovoltaikmodulplatte (2) ermöglicht.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) Haltemittel zur Fixierung der Photovoltaikmodulplatte (2) aufweist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung die Haltevorrichtung bildet.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) eine mechanische Schnittstelle (8) zu einem Industrieroboter (3) umfasst, wobei der Industrieroboter zur räumlichen Manipulation der Photovoltaikplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch einen oder den Industrieroboter (3), der zur Positionierung des Prüfmittels (5) auf der zu prüfenden Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) zur automatisierten Kontaktierung der Photovoltaikmodulplatte (2) ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (1) zur automatisierten Kontaktierung des Prüfmittels (5) mit einer Prüfauswertevorrichtung ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel (5) zur Durchführung mindestens einer ersten Prüfung in Form einer Isolationsprüfung ausgebildet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 24, gekennzeichnet durch eine Prüfungsstation (42) zur Durchführung einer weiteren Prüfung, wobei die Prüfungsstation (42) ausgebildet ist, Messströme und/oder Prüfströme bei der weiteren Prüfung über die Kontaktierung von Prüfmittel (5) und Photovoltaikmodulplatte (2) zu leiten.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messung als ein Leistungstest ausgebildet ist und/oder die Prüfungsstation eine Prüflichtquelle umfasst.
Prüfvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (1) ausgebildet ist, die mindestens erste Prüfung und/oder die weitere Prüfung während der räumlichen Manipulation der Photovoltaikmodulplatte (2) durchzuführen.