DE102011088538A1

DE102011088538A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung oder Reparatur eines Solarmoduls

Info

Publication number: DE102011088538A1
Application number: DE201110088538
Authority: DE
Inventors: Andreas Grohe; Karsten Funk; Patrick Zerrer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Solarworld Industries Thueringen De GmbH
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087278A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (9) aus mehreren mittels Zellverbindern (11a; 11b) in Reihe geschalteten Solarzellen (9a), wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder mittels lokalem Übersprühen in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen mit den Busbars kontaktiert werden. Des Weiteren betrifft sie eine Anordnung (1) zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Plasmasprühanlage (3; 5) und einer Fördereinrichtung (7) zum Fördern eines vorkonfigurierten Solarstrings oder -moduls (9) mit auf Solarzellen (9a) aufgelegten Zellverbindern (11a; 11b) durch die Plasmasprühanlage sowie einer Prozesssteuereinrichtung (13), welche ein lokales Übersprühen der Zellverbinder in vorbestimmten Verbindungsbereichen auf den Solarzellen (9a) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus mehreren mittels Zellverbindern in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Reparatur eines defekten Solarmoduls. Weiterhin betrifft sie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Stand der Technik
In der Photovoltaik werden zur Solarmodulherstellung Solarzellen in Reihe geschaltet. Dafür werden meistens Solarzellverbinder (Zelltabs, Ribbon, Soldersleeve etc.) auf die Busbars der Solarzellen aufgelötet. Auf Grund der Prozesseigenschaften sind die Verbinderdimensionen in der Dicke beschränkt, obwohl aus physikalischen Gründen dickere Verbinder anzustreben sind. Weitere Verfahren, die im Moment verwendet werden, beruhen auf dem Aufkleben der Verbinder mittels verschiedener Leitklebstoffe.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereitgestellt. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken einer Abkehr von den herkömmlichen Befestigungsverfahren, die einen Auftrag eines flüssigen oder pastösen Verbindungsmittels (Lot, leitfähiger Klebstoff) auf die der Solarzelle zugewandte Fläche des Verbinders (oder umgekehrt einen in der Montagekonfiguration dem Verbinder zugewandten Abschnitt der Solarzelle) mit anschließendem Aufdrücken des Verbinders auf die Solarzelle umfassen. Statt dessen schlagen die Erfinder eine stoffschlüssige Verbindung vor, die bei bereits auf die Solarzelle aufgelegten Verbindern realisierbar ist. Die Erfindung schließt weiter die Überlegung ein, den zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verbinder und Solarzelle dienenden Stoff mittels eines in diesem Kontext unüblichen Beschichtungsverfahrens aufzutragen. Insgesamt wird vorgeschlagen, dass die Zellverbinder auf den Solarzellen mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder mittels lokalem Übersprühen in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen mit den Busbars kontaktiert werden.
Dabei wird der Zellverbinder auf der Zelle fixiert und dann durch das Übersprühen mit dem Plasmadustverfahren mit der Zelle verbunden. Dabei entsteht simultan oder auch getrennt (abhängig vom eingesetzten Material) eine Verbindung zwischen Zellverbinder und Zelle. Bei der Verbindung mit Metallen wird durch diese gleichzeitig ein elektrischer Kontakt hergestellt. Durch das Plasmaverfahren können bei sehr geringen Temperaturen die Verbinder mit den Zellen verbunden werden. Dadurch werden thermische Spannungen reduziert. Dies gilt vor allem im Falle von Reparaturen oder der Verwendung von bleifreien Verbindungstechniken.
Hinzu kommt, dass billigere Verbindungsmaterialien wie z. B. Aluminium eingesetzt werden können. Al ist nicht herkömmlich weichlötbar, kann aber mit dem Plasmaverfahren sowohl mechanisch als auch elektrisch kontaktiert werden. Ebenfalls besteht bei den bisherigen Verbindern ein Rationalisierungspotential, wenn die Schichten, die zur Lötung dienen, auf eine Schutzfunktion minimiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich bei der Stringreparatur. Diese kann durchgeführt werden, ohne dass der rückseitige Verbinder auf der ungeschädigten Zelle abgelötet werden muss. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung dieser Zelle verringert, und die Reparaturgeschwindigkeit erhöht sich.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens sieht mithin vor, dass die Zellverbinder zugleich mit der elektrischen Kontaktierung mechanisch auf den Busbars befestigt werden. Hierbei können die Zellverbinder zur Verbesserung des elektrischen Kontakts und der mechanischen Stabilität der Verbindung vorab zusätzlich mit Leitkleber auf den Busbars befestigt werden.
Das neben dem neuartigen Herstellungsverfahren vorgeschlagene neuartige Reparaturverfahren basiert ebenso auf den oben genannten grundsätzlichen Überlegungen. Es schließt weiter den Gedanken ein, dass die Abkehr von bisherigen Techniken der stoffschlüssigen Verbindung und bisherigen Beschichtungsverfahren für den verbindenden Stoff es ermöglicht, einen funktionslos gewordenen Zellverbinderabschnitt gleichwohl auf der zu reparierenden Solarzelle zu belassen. Es wird über den vorhandenen Zellverbinderabschnitt ein neuer Zellverbinder gelegt und dieser mittels lokalen Übersprühens in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren mit dem vorhandenen Zellverbinderabschnitt kontaktiert.
Auch das Reparaturverfahren ist bevorzugt so ausgestaltet, dass der neue Zellverbinder zugleich mit der elektrischen Kontaktierung des vorhandenen Zellverbinderabschnitts mechanisch auf diesem befestigt wird.
Vorteile dieses Reparaturverfahrens wurden weiter oben erwähnt.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die einzige Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beschichtungsanordnung 1, die zwei einander benachbarte und in vorteilhafter Weise auch vakuumtechnisch miteinander verbundene Beschichtungskammern 3, 5 mit jeweils zwei Plasmasprühkanonen 3a, 3b bzw. 5a, 5b umfasst. Eine Fördereinrichtung 7 mit entsprechenden (nicht gesondert bezeichneten) Antrieben fördert einen Solarzellenstring 9 mit einer Mehrzahl von Solarzellen 9a mit jeweils (nur beispielhaft dargestellten) Zellverbindern 11a, 11b durch die Beschichtungsanlage.
Die Zellverbinder 11a, 11b sind bezüglich der Solarzellen 9a jeweils bereits in korrekter Lage vorkonfiguriert und werden durch die Sprühkanonen 3a, 3b auf der Vorderseite der Solarzellen und durch die Sprühkanonen 5a, 5b auf der Rückseite der jeweils benachbarten Solarzelle durch Übersprühen mit einem geeigneten Verbinder-Metall dort stoffschlüssig befestigt. Dabei wird der Auftreffbereich des aufgesprühten Materials so eingestellt, dass dessen Breite größer als die Breite des Verbinders ist, so dass sich den Verbinder und benachbarte Bereiche auf der jeweiligen Solarzelle überdeckende, in sich geschlossene Materialschichten ausbilden, die die mechanische Befestigung des Verbinders auf der Zellenoberfläche bewerkstelligen. Ein elektrischer Kontakt wird bereits durch den Berührungs-Kontakt zwischen der Verbinder-Unterseite und dem entsprechenden Busbar der Solarzelle hergestellt. Dieser Kontakt kann bei geeigneter Wahl der Breite und Relativpositionen zwischen Verbinder, Busbar und aufgesprühter Materialschicht verbessert werden, wenn als Material ein gut leitfähiges Metall eingesetzt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Unterseite des Verbinders oder die Oberfläche des Busbars vorab mit einem Leitkleber beschichtet werden.
Der Betrieb der Beschichtungsanlage 1, speziell der Plasmasprühkanonen 3a, 3b und 5a, 5b wird durch eine Prozessteuereinrichtung 13 in an sich bekannter Weise, in Anpassung an die spezifische Verfahrenskonfiguration, gesteuert.
Abwandlungen dieser Konfiguration liegen im Rahmen fachmännischen Handelns; so kann eine für Reparaturzwecken vorgesehene Abwandlung beispielsweise nur eine Beschichtungskammer mit nur einer Plasmasprühkanone umfassen, oder es können die auf die Vorder- und Rückseite der Solarzellen gerichteten Sprühkanonen auch in einer einzelnen Beschichtungskammer angeordnet sein.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (9) aus mehreren mittels Zellverbindern (11a; 11b) in Reihe geschalteten Solarzellen (9a), wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder mittels lokalem Übersprühen in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen mit den Busbars kontaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, derart ausgeführt, dass die Zellverbinder (11a; 11b) zugleich mit der elektrischen Kontaktierung mechanisch auf den Busbars befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zellverbinder (11a; 11b) zur Verbesserung des elektrischen Kontakts und der mechanischen Stabilität der Verbindung vorab zusätzlich mit Lot- oder Leitkleber auf den Busbars befestigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Zellverbinder (11a; 11b) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Zellverbinder (11a; 11b) mit durch die Dicke durchgehenden Ausnehmungen eingesetzt werden.
Verfahren zur Reparatur eines defekten Solarmoduls aus mehreren mittels vorgefertigten Zellverbindern in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert sind, wobei eine verwertbare Solarzelle ohne Entfernung eines aufgebundenen Zellverbinderabschnitts in das reparierte Solarmodul eingebunden wird, indem über den vorhandenen Zellverbinderabschnitt ein neuer Zellverbinder gelegt und mittels lokalem Übersprühen in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren mit dem vorhandenen Zellverbinderabschnitt kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, derart ausgeführt, dass der neue Zellverbinder zugleich mit der elektrischen Kontaktierung des vorhandenen Zellverbinderabschnitts mechanisch auf diesem befestigt wird.
Anordnung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Plasmasprühanlage (3; 5) und einer Fördereinrichtung (7) zum Fördern eines vorkonfigurierten Solarstrings oder -moduls (9) mit auf Solarzellen (9a) aufgelegten Zellverbindern (11a; 11b) durch die Plasmasprühanlage sowie einer Prozesssteuereinrichtung (13), welche ein lokales Übersprühen der Zellverbinder in vorbestimmten Verbindungsbereichen auf den Solarzellen (9a) steuert.