DE102012200497A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung oder Reparatur eines Solarmoduls - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus mehreren mittels Zellverbindern (9a; 9b) in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen durch Auflöten mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder vor dem Auflöten mittels Aufsprühen einer lötbaren Legierung oder hochreflektierenden Beschichtung in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen behandelt und anschließend auf die Busbars aufgelötet werden. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Description
- Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus mehreren mittels Zellverbindern in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen durch Auflöten mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung dieser Verfahren.
- Stand der Technik
- In der Photovoltaik werden zur Solarmodulherstellung Solarzellen in Reihe geschaltet. Dafür werden meistens Solarzellverbinder (sog. Zelltabs, Ribbons, Soldersleeves 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. Dafür müssen auf Grund des Lötverfahrens Kupferbänder tauchverzinnt werden. Dabei werden auch Bereiche, die nicht zur Verlötung benötigt werden, mit relativ dicken Zinnschichten versehen, wodurch die Kosten steigen. Es ist darauf hinzuweisen, dass vor allem durch die Umstellung auf bleifreie Lote der Preis der Beschichtung eine noch größere Rolle spielt.
- Ein anderes Problem tritt bei speziellen Ausführungen bekannter Solarzellverbinder auf: Sogenannte „Light Harvesting Strings” (LHS), also mit Längsrillen versehene oberflächenveredelte Kupfer-Zellverbinder, sollen einen wesentlichen größeren Anteil des einfallenden Lichts zunächst zurück an die äußere Glasoberfläche des Solarmoduls und anschließend von dort auf photoelektrisch wirksame Bereiche des Moduls reflektieren. Hierdurch wird praktisch ein erheblicher Anteil der durch Zellverbinder abgedeckten Fläche in wirksame Modulfläche umgewandelt. Eine wesentliche Verbesserung der Reflektionseigenschaften der Zellverbinder-Oberfläche wird hier durch Aufbringen einer hochreflektierenden Silberschicht erreicht. Diese verteuert allerdings die Zellverbinder in nicht unerheblichem Maße.
- Offenbarung der Erfindung
- Mit der Erfindung werden Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bereitgestellt. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung geht gemäß einem ersten Aspekt von der Überlegung aus, das materialaufwendige und damit kostenintensive Verzinnen von Zellverbindern durch einen materialsparenden anderen Vorgang des Lötbar-Machens zu ersetzen. Gemäß einem zweiten Aspekt basiert die Erfindung auf der Überlegung, die materialkostenintensive Silber-Beschichtung von Zellverbindern des LHS-Typs durch ein mengensparendes und mit kostengünstigeren Materialien ausführbares Dünnschichtverfahren zu ersetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, hierfür ein von seinem Typ her materialsparendes Beschichtungsverfahren zu nutzen, welches grundsätzlich zum Auftrag der benötigten Beschichtung geeignet ist. Mit der Erfindung wird letztlich vorgeschlagen, dass die Zellverbinder mittels Aufsprühen der lötbaren Legierung bzw. hochreflektierenden Beschichtung in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen lötbar bzw. dauerhaft hochreflektierend gemacht und anschließend auf die Busbars aufgelötet werden.
- Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können Kupferbänder selektiv belotet werden. Dadurch können die Kosten des Verbinders reduziert werden. Weiterhin können auch nicht lötbare Verbinder so belotet werden. Mögliche Alternativen zu Kupferbändern sind z. B. Aluminiumverbinder.
- Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann es nicht mehr zu einem Überaltern der Verbinder kommen, und die Prozesskontrolle wird einfacher. Es kann z. B. der Flussmittelauftrag auf der Solarzelle durch die gut definierte Oberfläche des frisch beschichteten Verbinders reduziert werden.
- Hinzu kommt, dass sich das Verfahren positiv auf die mechanische Beanspruchung der Verbindung im Einsatz auswirkt. Hierzu ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass Zellverbinderabschnitte, die im verbundenen Zustand des Solarmoduls im Abstandsbereich zwischen benachbarten Solarzellen liegen, von dem Aufsprühen einer lötbaren Legierung und einer Beschichtung mit Lot ausgenommen werden. Da der Bereich zwischen den Zellen nicht belotet ist, ist dort die Festigkeit geringer, und das Material kann sich verformen und damit Spannungen die auf die Solarzellen wirken abfangen.
- In einer weiteren materialsparenden Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zellverbinder auf beiden Oberflächen lokal durch Aufsprühen der lötbaren Verbindung nur in jenen Abschnitten lötbar gemacht werden, die beim Auflöten auf die Solarzellen deren jeweiliger Oberfläche zugewandt sind.
- Gemäß dem o. a. zweiten Aspekt der Erfindung wird ein hochreflektierendes Material als dünne Schicht auf den strukturierten Bereich gesprüht. Diese hochreflektierende Schicht kann dabei eine Komponente oder auch eine Schichtkombination sein. Dazu können z. B. reflektierende Metallschichten mit einer Kunststoff-Schutzschicht überzogen werden, die mittels Plasmaverfahren auf den Zellverbinder gebracht werden. Die Schutzschicht hat dabei die Aufgabe, das unter normalen Umständen oxidierende (also ungeschützte) Metall so abzuschließen, dass es über die Lebensdauer des Moduls seine Reflexionseigenschaften beibehält. Entsprechende Schutzschichten sind aus der Literatur bekannt; vgl. z. B.
DE 11 2005 001 068 T5 . - Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich im Wesentlichen unmittelbar aus den vorstehend erwähnten Verfahrensaspekten und werden daher hier nicht wiederholt. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Zellverbinder mit einer durch Plasmasprühen oder in einem thermischen oder Kaltgas-Spritzverfahren aufgetragenen lötbaren Beschichtung oder dauerhaft hochreflektierenden Beschichtung, als Zwischenprodukte, als zum Schutzbereich der Erfindung gehörend anzusehen sind.
- Zeichnungen
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die 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 Beschichtungskammern3 ,5 mit jeweils zwei Plasmasprühkanonen3a ,3b bzw.5a ,5b umfasst. Eine Fördereinrichtung7 mit entsprechenden (nicht gesondert bezeichneten) Antrieben fördert Zellverbinder-Bänder9a ,9b durch die Beschichtungsanlage. Die Zellverbinder-Bänder9a ,9b werden durch die Sprühkanonen3a ,3b auf der Vorderseite und durch die Sprühkanonen5a ,5b auf der Rückseite jeweils abschnittsweise durch Übersprühen mit einem geeigneten Metall lötbar gemacht. Der Betrieb der Beschichtungsanlage1 , speziell der Plasmasprühkanonen3a ,3b und5a ,5b wird durch eine Prozessteuereinrichtung11 in an sich bekannter Weise, in Anpassung an die spezifische Verfahrenskonfiguration, gesteuert. - Abwandlungen dieser Konfiguration liegen im Rahmen fachmännischen Handelns; so können die auf die Vorder- und Rückseite der Verbinder-Bänder gerichteten Sprühkanonen auch in einer einzelnen Beschichtungskammer angeordnet sein, und die Verbinder-Bänder können auf beiden Oberflächen auch über ihre gesamte Länge lötfähig beschichtet werden. Dies erhöht zwar etwas den Materialaufwand, bietet aber praktisch unbegrenzte Flexibilität beim späteren Einsatz der Verbinder in spezifischen Zellenkonfigurationen. Andererseits kann die Beschichtungsanlage so gesteuert werden, dass in vorbestimmten Abschnitten der Verbinder weder die Ober- noch die Unterseite beschichtet werden, um diese Abschnitte möglichst hochgradig flexibel zu erhalten.
- Die in der Figur gezeigte Beschichtungsanordnung ist grundsätzlich auch zum Auftrag einer hochreflektierenden Beschichtung auf die Vorderseite (im Gebrauchszustand freie Oberfläche) der Zellverbinder-Bänder geeignet, wobei dann typischerweise nur eine Gruppe von Plasmasprühkanonen in Betrieb und die Prozesssteuereinrichtung derart programmiert sein wird, dass eine hochreflektierende Dünnschicht vorteilhaft nur abschnittsweise auf die Zellverbinder-Oberfläche aufgetragen wird. Abschnitte, die bei der weiteren Verarbeitung auf die Rückseite einer Solarzelle zu liegen kommen, können von der Ausbildung der Dünnschicht ausgenommen werden; im Interesse eines besonders flexiblen und nicht bauart-empfindlichen Einsatzes der Zellverbinder ist aber natürlich auch eine durchgehende Beschichtung ihrer gesamten Länge möglich.
- Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 112005001068 T5 [0011]
Claims (9)
- Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus mehreren mittels Zellverbindern (
9a ;9b ) in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen durch Auflöten mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder vor dem Auflöten mittels Aufsprühen einer lötbaren Legierung in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren in Verbindungsbereichen lötbar gemacht und anschließend auf die Busbars aufgelötet werden. - Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus mehreren mittels Zellverbindern (
9a ;9b ) in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei die Zellverbinder auf den Solarzellen durch Auflöten mechanisch befestigt und mit deren Busbars elektrisch kontaktiert werden, wobei die Zellverbinder vor dem Auflöten mittels Aufsprühen einer hochreflektierenden Dünnschicht oder Dünnschichtfolge in einem Plasmasprühverfahren, thermischen Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren auf eine im Gebrauchszustand freie Oberfläche dort dauerhaft hochgradig reflektierend gemacht und anschließend auf die Busbars aufgelötet werden. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufsprühen der lötbaren Legierung unmittelbar vor dem Auflöten in der gleichen Prozesslinie wie das Auflöten ausgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Zellverbinder (
9a ;9b ) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eingesetzt werden. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Zellverbinder (
9a ;9b ) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eingesetzt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, wobei Zellverbinderabschnitte, die im verbundenen Zustand des Solarmoduls im Abstandsbereich zwischen benachbarten Solarzellen liegen, von dem Aufsprühen einer lötbaren Legierung und einer Beschichtung mit Lot ausgenommen werden.
- Verfahren nach einem Ansprüche 1 oder 4 bis 6, wobei die Zellverbinder auf beiden Oberflächen lokal durch Aufsprühen der lötbaren Verbindung nur in jenen Abschnitten lötbar gemacht werden, die beim Auflöten auf die Solarzellen deren jeweiliger Oberfläche zugewandt sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, wobei auf die freie Oberfläche der Zellverbinder eine Dünnschichtfolge aufgebracht wird, die wenigstens eine hochreflektierende Metall-Dünnschicht, insbesondere aus Silber oder Reinst-Aluminium, und eine Schutzschicht aus transparentem Kunststoff oder glasartigem Material umfasst.
- Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Lötstrecke zum Auflöten der Zellverbinder auf die Solarzellen und einer Plasmasprühvorrichtung (
1 ), die Fördermittel (7 ) zum Fördern der Zellverbinder (9a ;9b ) durch die Plasmasprühvorrichtung eine Plasmasprühkanone (3a ;3b ;5a ;5b ) sowie eine Prozesssteuereinrichtung (11 ) umfasst, die ein selektives Aufsprühen der lötbaren Legierung oder der hochreflektierenden Dünnschicht oder Dünnschichtfolge auf vorbestimmte Zellverbinderabschnitte steuert.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SOLARWORLD INDUSTRIES THUERINGEN GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE Effective date: 20140724 |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: ISARPATENT PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE Effective date: 20140724 |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |