DE102010036477A1

DE102010036477A1 - Connection box attaching method for solar module, involves positioning and fastening connection box on covering material, and electrically interconnecting electric terminals with connector lug of box by spot welding process

Info

Publication number: DE102010036477A1
Application number: DE102010036477A
Authority: DE
Inventors: Klaus Knoblauch
Original assignee: Solibro GmbH
Current assignee: Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co Ltd
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: DE102010036477B4

Abstract

The method involves inserting a solar module into a receiving device. A connection box (4) is positioned and fastened on a covering material (1) of the solar module. A set of terminals (2) is positioned such that the terminals are electrically interconnected with a connector lug (3) of the connection box by a spot welding process. A metallic pin (6) is arranged under a contact tip, which serves as anvil for the spot welding process, before forming the electrical interconnection of the terminals.

Description

Ein Solarmodul umfasst eine Solarzellenschicht, welche zwischen einem Rückseitenabdeckmaterial und einem Vorderseitenabdeckmaterial eingebettet und durch geeignete Materialien, beispielsweise Verbundfolie, in eine Verbundstruktur gebracht wird. Bei der Solarzellenschicht kann es sich dabei sowohl um einzelne, serienverschaltete Wafer-Solarzellen als auch um ein als Dünnschichten ganzflächig aufgetragenes Schichtsystem umfassend solaraktive Materialien handeln. Die elektrische Energie, welche die Solarzellenschicht produziert, wird über Anschlusskontakte aufgenommen und üblicherweise durch eine im Rückseitenabdeckmaterial vorgesehene Anschlusskontaktöffnung nach außen geführt, wo der Anschlusskontakt mit einer Anschlussdose elektrisch verbunden wird. Die Anschlussdose dient dabei sowohl als Schutzbarriere der Anschlusskontaktöffnung zur Umwelt, um die Solarzellenschicht vor Feuchtigkeitseintritt zu schützen, zum anderen als Anschluss für den Verbraucher. Die elektrische Verbindung zwischen Anschlusskontakt und Anschlussdose wird derzeit üblicherweise als Lötverbindung ausgeführt. Dazu werden das Solarmodul sowie die Anschlussdose in eine Aufnahmevorrichtung eingelegt. Die Anschlussdose weist eine so genannte Anschlussfahne auf. Dabei handelt es sich um die metallenen Kontakte der Anschlussdose, welche in ihrer Ausführungsform den Anschlüssen einer Flachbatterie ähneln. Sie stellen die mechanische Verbindung der elektrischen Kontakte von Solarmodul und Anschlussdose her. Zur Herstellung der elektrischen Verbindung folgt das manuelle Verlöten der Anschlusskontakte und der Anschlussfahne der Anschlussdose. Abschließend wird die Anschlussdose auf die Moduloberfläche aufgesetzt und durch einen Klebstoff fest mit dieser verbunden. Die zuvor hergestellte elektrische Verbindung ist nun nicht mehr zugänglich. Nachteilig an diesem Vorgehen ist, dass eine manuell gesetzte Lötverbindung immer eine gewisse Fehleranfälligkeit aufweist. Kommt es bei fehlerhafter Ausführung des Lötvorgangs nur zu einer unzureichenden Verteilung des Lots um die beiden Kontakte, so kann eine sogenannte kalte Lötstelle entstehen. Diese ist optisch kaum von einer korrekten Lötverbindung zu unterscheiden, was das Auffinden sehr zeitaufwendig macht. Auch kann es vorkommen, dass eine fehlerhafte Lötstelle erst nach einiger Zeit, zum Beispiel durch mechanische Belastung oder thermischen Stress, ihren Kontakt verliert, so dass ein Fehler erst nach der Endkontrolle, möglicherweise erst nach dem Verkauf an den Kunden offensichtlich wird.A solar module comprises a solar cell layer which is embedded between a backsheet material and a front side cover material and brought into a composite structure by suitable materials, for example composite foil. The solar cell layer can be either single, series-connected wafer solar cells or a layer system applied as a thin film over the entire surface comprising solar-active materials. The electrical energy that produces the solar cell layer is absorbed via terminal contacts and usually led to the outside through a provided in the back cover material connection contact opening, where the terminal contact is electrically connected to a junction box. The junction box serves both as a protective barrier of the connection contact opening to the environment to protect the solar cell layer from moisture ingress, on the other hand as a connection for the consumer. The electrical connection between terminal contact and junction box is currently usually performed as a solder joint. For this purpose, the solar module and the junction box are inserted into a receiving device. The junction box has a so-called connection lug. These are the metal contacts of the junction box, which in their embodiment resemble the terminals of a flat battery. They provide the mechanical connection of the electrical contacts of solar module and junction box. To make the electrical connection follows the manual soldering of the connection contacts and the terminal lug of the junction box. Finally, the junction box is placed on the module surface and firmly connected to it by an adhesive. The previously established electrical connection is no longer accessible. A disadvantage of this procedure is that a manually set solder joint always has a certain susceptibility to errors. If, in the case of faulty execution of the soldering operation, there is only insufficient distribution of the solder around the two contacts, a so-called cold soldering point can arise. This is visually difficult to distinguish from a correct solder joint, which makes finding very time consuming. Also, it may happen that a faulty solder joint loses its contact only after some time, for example due to mechanical stress or thermal stress, so that an error only after the final inspection, possibly only after the sale to the customer becomes obvious.

Ein weiterer Nachteil an der manuellen Verlötung ist der hohe Aufwand an Personal und Anlagen. Um die Taktzeiten der restlichen Produktion beizubehalten ist es zumeist nötig, mehrere Lötstationen parallel zu betreiben.Another disadvantage of the manual soldering is the high cost of personnel and equipment. In order to maintain the cycle times of the remaining production, it is usually necessary to operate several soldering stations in parallel.

Ein Verfahren, welches es erlaubt, die Verbindung zwischen Anschlusskontakt und der Anschlussfahne der Anschlussdose auf dem Abdeckmaterial eines Solarmoduls weitgehend zu automatisieren und eine sichere elektrische Verbindung herzustellen ist derzeit für die Solarmodultechnik nicht bekannt.A method which makes it possible to largely automate the connection between the terminal contact and the terminal lug of the junction box on the covering of a solar module and to produce a secure electrical connection is currently not known for the solar module technology.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die elektrische Verbindung der Anschlusskontakte mit der Anschlussfahne der Anschlussdose durch ein Punktschweißverfahren hergestellt wird. Ein solches Punktschweißverfahren lässt sich durch geeignete Anlagen automatisieren. Dadurch kann eine hohe Zuverlässigkeit der Lötverbindungen garantiert werden.According to the invention it is therefore provided that the electrical connection of the terminal contacts with the terminal lug of the junction box is made by a spot welding process. Such a spot welding process can be automated by suitable equipment. This guarantees high reliability of the solder joints.

Eine bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass vor der Herstellung der elektrischen Verbindung ein metallischer Dorn unter die Kontaktstelle geführt wird, welcher als Amboss für das Punktschweißverfahren dient. Hierbei kommen dem Dorn im Wesentlichen zwei Funktionen zu. Zum einen dient er als Unterlage und damit dem mechanischen und thermischen Schutz der Solarmoduloberfläche. Im Fall, dass als Punktschweißverfahren das Elektroschweißen gewählt wird, bildet der Dorn eine der beiden Elektroden.A preferred variant of the method provides that prior to the production of the electrical connection, a metallic mandrel is guided under the contact point, which serves as an anvil for the spot welding process. Essentially, the mandrel has two functions. First, it serves as a base and thus the mechanical and thermal protection of the solar module surface. In the case where the electrowelding is selected as the spot welding method, the mandrel forms one of the two electrodes.

Spezielle Varianten des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass die Punktschweißverbindung mit einem der folgenden Verfahren hergestellt wird:

– Ultraschallschweißen
– Elektroschweißen

Special variants of the method are characterized in that the spot-welded joint is produced by one of the following methods:

- ultrasonic welding
- Electric welding

Eine besonders bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Anschlussdose nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung mit einem Dichtungsmaterial verfüllt wird. Hierdurch wird ein nachträgliches Beschädigen der Lötverbindung durch mechanisches Einwirken, besonders aber das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Als Verfüllungsmaterialien kommen beispielsweise Silikon oder Bauschaum in Betracht.A particularly preferred variant of the method provides that the junction box is filled after the establishment of the electrical connection with a sealing material. As a result, a subsequent damage to the solder joint by mechanical action, but especially the penetration of moisture is prevented. Suitable filling materials are, for example, silicone or construction foam.

Eine weitere besonders bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Anschlussdose nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung mittels eines an der Anschlussdose angebrachten Deckels oder mittels eines separat aufgesetzten Deckels verschlossen wird. Auch hier dient der Deckel dem mechanischen Schutz der Verbindung sowie dem Schutz vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und damit einhergehender Korrosion.A further particularly preferred variant of the method provides that the connection box is sealed after the establishment of the electrical connection by means of a cover attached to the junction box or by means of a separately attached lid. Again, the lid serves the mechanical protection of the compound and the protection against the ingress of moisture and concomitant corrosion.

Figurenbeschreibung:Brief Description:

Es zeigt 1 einen nicht maßstabsgetreuen Querschnitt durch die Anschlussdose, während des Vorgangs des Verschweißens. Auf der Unterseite der Abbildung befindet sich dabei des Abdeckmaterial 1 des Solarmoduls. Aus diesem herausgeführt werden die elektrischen Anschlusskontakte 2, welche nach dem Austreten jeweils um 90° gebogen und auf der Oberfläche des Abdeckmaterials 1 positioniert werden. Die Anschlussdose 4 ist entsprechend so positioniert, dass die Anschlussfahnen der Anschlussdose 3 auf den elektrischen Anschlusskontakten 2 des Solarmoduls aufliegen. Auf die weitere Gestaltung der Anschlussdose, insbesondere die Weiterführung des elektrischen Anschlusses nach außen, wird hier der Einfachheit halber verzichtet. Durch die oben offene Anschlussdose 4 wird das Werkzeug 5 zum Schweißen eingeführt, so dass dieses auf den übereinanderliegenden elektrischen Anschlusskontakten 2 des Solarmoduls sowie Anschlussfahnen 3 der Anschlussdose positioniert werden kann, um den Schweißpunkt zu setzen. Optional kann ein Dorn 6 unter den elektrischen Anschlusskontakt 2 geführt werden, welcher für den Schweißvorgang als Amboss dient. Dieser Dorn ist exemplarisch nur auf der rechten Seite eingezeichnet und wäre integraler Bestandteil des Schweißwerkzeuges. Den Abschluss der Anschlussdose 4 bildet der Deckel 7, mit welchem nach Beenden des Schweißvorgangs die Anschlussdose 4 wasserdicht verschlossen wird.It shows 1 a non-scale cross section through the junction box during the welding process. On the underside of the picture is the cover material 1 of the solar module. From this led out the electrical connection contacts 2 which each bent by 90 ° after exiting and on the surface of the cover material 1 be positioned. The junction box 4 is positioned accordingly so that the terminal lugs of the junction box 3 on the electrical connection contacts 2 of the solar module. On the further design of the junction box, in particular the continuation of the electrical connection to the outside, is omitted here for the sake of simplicity. Through the top open junction box 4 becomes the tool 5 introduced for welding, so that this on the superimposed electrical connection contacts 2 of the solar module as well as connection lugs 3 the junction box can be positioned to set the welding point. Optionally, a thorn 6 under the electrical connection contact 2 be guided, which serves as the anvil for the welding process. This spike is shown as an example only on the right side and would be an integral part of the welding tool. The completion of the junction box 4 forms the lid 7 , with which after termination of the welding process, the junction box 4 is sealed watertight.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Abdeckmaterial des SolarmodulsCovering material of the solar module
22: elektrischer Anschlusskontakt des Solarmodulselectrical connection contact of the solar module
33: Anschlussfahne der AnschlussdoseConnection lug of the junction box
44: Anschlussdosejunction box
55: Werkzeug zum SchweißenTool for welding
66: Dornmandrel
77: Deckel der AnschlussdoseCover of the junction box

Claims

Method for attaching a junction box ( 4 ), which at least one connecting lug ( 3 ) has on a solar module which a cover material ( 1 ) and at least one electrical connection contact ( 2 ), comprising the following method steps: - insertion of the solar module into a receiving device - positioning of the electrical connection contacts ( 2 ) - Positioning and fixing the junction box ( 4 ) on the cover material ( 1 ) of the solar module - establishing an electrical connection of the connection contacts ( 2 ) with the connection flag ( 3 ) of the junction box, characterized in that the electrical connection of the terminal contacts ( 2 ) with the connection flag ( 3 ) of the junction box is made by a spot welding process.

A method according to claim 1, characterized in that prior to the preparation of the electrical connection, a metallic mandrel ( 6 ) is guided under the contact point, which serves as an anvil for the spot welding process.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the spot-welded joint is produced by one of the following methods: - ultrasonic welding - Electric welding

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the junction box ( 4 ) is filled with a sealing material after establishing the electrical connection.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the junction box ( 4 ) after establishing the electrical connection by means of one at the junction box ( 4 ) ( 7 ) or by means of a separately attached lid is closed.