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Hintergrund
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Hier wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulstrangs mit flexiblen Solarzellen, insbesondere flexible Solarzellen basierend auf Dünnschichttechnologien (2. Generation der Solartechnologien) oder organischen Solartechnologien (sog. 3. Generation) beschrieben, sowie ein mit einer solchen Vorrichtung/gemäß einem solchen Verfahren hergestellter Solarmodulstrang. Die hier beschriebene Vorgehensweise, die entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulstrangs und das entstehende Erzeugnis, also das Solarmodul, lassen sich auch mit starren Solarzellen (zum Beispiel Silizium-Solarzellen) anstatt mit den hier im Detail erläuterten flexiblen Solarzellen realisieren.
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Solar- oder Photovoltaikmodule (auch solche der hier beschriebenen Art) wandeln einfallendes Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Als wichtigste Bestandteile enthält ein Solarmodul mehrere Solarzellen. Jede der Solarzellen hat einem im Betrieb einer Lichtenergiequelle abgewandten Rückseite und eine im Betrieb der Lichtenergiequelle zugewandte Vorderseite. Das Solarmodul wird in elektrischer Hinsicht durch seine elektrischen Anschlusswerte (insbesondere Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom) und in mechanischer Hinsicht durch seine Abmessungen (insbesondere Länge und Breite) charakterisiert. Die elektrischen Anschlusswerte und die Abmessungen hängen von den Eigenschaften der einzelnen Solarzellen sowie der Art und der Qualität der Verschaltung der Solarzellen innerhalb des Solarmoduls ab.
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Bei einem Solarmodul, auch einem der hier beschriebenen Art, sind üblicherweise die miteinander elektrisch verschalteten Solarzellen zwischen einer transparenten Vorderseitenschicht und einer Rückseitenkonstruktion aufgenommen. Die Vorderseitenschicht und die Rückseitenkonstruktion haben Barriere-Eigenschaften und dienen dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen, also auch zum Beispiel Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem dienen sie als mechanischer Schutz beim Montieren der Solarmodule und als elektrische Isolierung. Die Rückseitenkonstruktion kann aus Glas oder einer flexiblen Verbundfolie gebildet sein.
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Unter anderem aus Gründen einer effizienten Montage sowie eines wartungsarmen Betriebs werden Solarmodule mit Solarzellenstrings oder Solarzellenstreifen, das sind in der Regel fertig elektrisch verschaltete Anordnungen aus mehreren Solarzellen, mit sehr großen mechanischen Abmessungen (Länge, Breite) und mit hohen Anschlusswerten angestrebt. Hierbei sind sehr viele Solarzellen in Serie und oder parallel zu einem Solarzellenstreifen/Solarzellenstring verschaltet. Bei der Herstellung eines Solarmodule/Solarmodulstrangs mit sehr großen Abmessungen ist die Handhabung der Solarzellenstreifen allerdings schwierig. Insbesondere ein Wenden und ein etwaiges (Fertig-)Verschalten von langen Solarzellenstrings von mehreren Metern oder als Endlosware ist mit herkömmlicher Fertigungstechnologie nicht möglich. Derzeit verfügbare Herstellsysteme arbeiten meist mit Platzierrobotern und erlauben begrenzte Abmessungen im Bereich von bis zu etwa 2–3 Meter maximaler Kantenlänge der Solarmodule und deren Solarzellenstreifen.
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Stand der Technik
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Im Einzelnen sind dazu unter anderem die folgenden Anordnungen bekannt:
Die
DE 10 2008 046 327 A1 betrifft eine Anordnung mehrerer Produktionsvorrichtungen als Anlage zur Verarbeitung von Solarzellen zu einem Modul. Diese Anlage weist Produktionsvorrichtungen für folgende Schritte auf: Bereitstellen der Träger, Vorkonfektionierung der Solarzellen durch Anbringen von Kontaktdrähten, Anordnen von Querkontaktdrähten am Träger, Auflegen der vorkonfektionierten Solarzellen auf den Träger, Längsverschaltung der vorkonfektionierten Solarzellen an den Kontaktdrähten, Querverschaltung der vorkonfektionierten Solarzellen an dem Querkontaktdraht und Zusammenführen der an dem Träger befindlichen Solarzellen an ein Trägerglas zur Fertigung des Moduls.
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Die
EP 0 111 394 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem die Solarzellen vor dem Aufbringen auf die untere Einkapselungsschicht elektrisch verbunden werden. Dabei werden die leitfähigen Streifen mit den freigelegten Bereichen des Edelstahl-Substrats verschweißt. In nachfolgenden Schritten werden die untere und die obere Einkapselungsschicht auf die Module aufgebracht.
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Die
DE 34 23 172 C2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie. Elektrische Leiter ragen in den Zwischenraum zwischen den Solarzellen, allerdings sind die elektrischen Leiter den Substratfolien zugeordnet. Durch das Anpressen von Pressplatten aus Quarzglas werden die Elektroden mit den Lotschichten auf den Leitern der Folien sandwichartig in Druckkontakt gebracht. Über Glasfaserkabel zugeführte Laserstrahlen bewirken ein Schmelzen der Lotschichten. Die Elektroden für die Oberseite und die Unterseite der Solarzelle werden zuerst gleichzeitig aufgebracht und dann gleichzeitig kontaktiert.
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Zugrunde liegende Aufgabe
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Die Aufgabe besteht nun darin, ein kostengünstiges, schnelles Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur automatisierten Herstellung flexibler Solarzellenstrings weitgehend unabhängig von den Abmessungen, bereitzustellen, um einen Solarmodulstrang mit wenigstens einem dieser flexiblen Solarzellenstrings integrieren zu können.
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Vorgeschlagene Lösung
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Zur Bildung eines flexiblen Solarmodulstrangs wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die folgenden Schritte haben kann:
Bereitstellen einer ersten Transportbahn zum Aufbringen flexibler Solarzellen;
Führen der ersten Transportbahn als geschlossene Bahnschleife um zwei oder mehr Umlenkungen;
Bereitstellen vereinzelter flexibler Solarzellen, die jeweils einen photovoltaisch aktiven Schichtaufbau mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite aufweisen;
Aufbringen der vereinzelten Solarzellen auf die erste Transportbahn derart, dass die der vereinzelten Solarzellen mit ihren jeweiligen ersten Seite und ihrer zweiten Seite in einer vorbestimmten Ausrichtung zu der ersten Transportbahn orientiert sind;
Halten der Solarzellen an der Außenseite der ersten Transportbahn, während sie durch Aufbringen weiterer Solarzellen zu wenigstens einem Solarzellenstreifen zusammengestellt werden;
Umlenken der ersten Transportbahn mit dem wenigstens einen Solarzellenstreifen durch Führen der ersten Transportbahn über eine erste der Umlenkungen;
Trennen der ersten Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen derart, dass die Solarzellen mit ihren jeweiligen, der ersten Transportbahn zugewandten, ersten oder zweiten Seiten von der ersten Transportbahn freikommen; und
Aufbringen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens auf eine erste Folienbahn derart, dass die Solarzellen mit ihren jeweiligen, von der ersten Transportbahn getrennten ersten oder zweiten Seiten von der ersten Folienbahn weg orientiert sind.
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Die Solarzellen können an ihrer ersten Seite jeweils zumindest abschnittsweise als erster elektrisch leitender Pol ausgestaltet sein und an ihrer zweiten Seite jeweils zumindest abschnittsweise als zweiter elektrisch leitender Pol ausgestaltet sein. Der erste und der zweite Pol können aber auch auf derselben Seite der Solarzellen angeordnet sein.
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Bei der Verschaltung der Solarzellen zu einem Solarmodul wird, wenn die unterschiedlichen elektrischen Pole auf unterschiedlichen Seiten der Solarzellen angeordnet sind, jeweils die Unterseite einer Zelle mit der Oberseite einer weiteren Zelle elektrisch in Serie geschaltet. Außerdem werden üblicherweise mehrere solcher Serienschaltungen zueinander parallel geschaltet. Auf diese Weise werden die gewünschten Anschlusswerte des Solarmoduls erreicht. Es gibt aber auch andere Varianten, um die Solarzellen seriell und oder parallel zu verschalten. Die zumindest zum Teil (seriell und oder parallel) elektrisch verschalteten Solarzellen ohne die Vorderseitenschicht und die Rückseitenkonstruktion sowie ohne die flexible, ein- oder beidseitige elastische Einkapselung werden auch als Solarzellenstreifen oder Solarzellenstrings bezeichnet. Dabei bietet die zumindest teilweise elektrische Verschaltung der Solarzellen auch einen mechanischen Zusammenhalt des Solarzellenstreifens.
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Die hier vorgestellte Vorgehensweise ermöglicht eine sehr rationelle Herstellung des Solarmodulstrangs, da hiermit praktisch nahezu endlose Solarzellenstrings aus den Solarzellen vorkonfektioniert werden können. Diese Solarzellenstrings können dann zwischen ebenfalls endlose Folienbahnen eingeschlossen werden, um den Solarmodulstrang zu bilden.
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Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, flexible Solarzellenstrings weitgehend unabhängig von den Abmessungen (auch endlos) automatisch gewendet und in den Solarmodulstrang zu integrieren. So können Solarmodule bereitgestellt werden, die eine kosteneffizientere Erzeugung von Solarstrom ermöglichen, indem die Herstellkosten und der Wartungsaufwand gegenüber bisherigen Lösungen geringer und die Haltbarkeit der kompletten Solarmodule gegenüber bisherigen Lösungen verbessert ist.
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Dabei kann das Verfahren den Schritt vorsehen, dass die Solarzellen an der Außenseite der ersten Transportbahn gehalten werden, während sie zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen zusammengestellt werden. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise geschehen. Das Verfahren kann vorsehen, dass die erste Transportbahn an ihrer Außenseite elektro- oder dauermagnetisch ist. Die flexiblen Solarzellen können beispielsweise mit metallischem Rückseitenkontakt, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Aluminium ausgestattet sein. Um die Solarzellen mit dem Rückseitenkontakt aus rostfreiem Stahl zu halten, damit sie anschließend zu flexiblen Solarzellenstreifen elektrisch verschaltet werden können, ist das erste Transportband vorzugsweise ein magnetisches Band. Das magnetische Band kann hierbei aus schmalen Einzelstreifen oder aus einem durchgehenden Magnetband über die volle Breite des/der Solarzellenstreifen gebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die erste Transportbahn an ihrer Außenseite eine Vielzahl von Unterdruckauslässen aufweisen, um die die Solarzellen zu halten. Dies ist der Fall, wenn die flexiblen Solarzellen magnetisch nicht gehalten werden können. Dann kann alternativ dazu das erste Transportband auch das Halten der flexiblen Solarzellen durch einen Unterdruck ermöglichen.
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Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass zumindest im Bereich der ersten Umlenkung der zumindest eine Solarzellenstreifens, durch eine Einfassung, zum Beispiel in Gestalt einer Leitfläche oder durch Laufwalzen an der ersten Transportbahn gehalten wird.
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Des Weiteren kann in einer Variante das Verfahren die folgenden Schritte vorsehen:
Bereitstellen einer zweiten Transportbahn;
Führen der zweiten Transportbahn als geschlossene Bahnschleife an der Außenseite der ersten Transportbahn, so dass sich in einem Abschnitt die erste Transportbahn zwischen der zweiten Transportbahn und wenigstens der ersten Umlenkung befindet; und
Wegführen der ersten Transportbahn und der zweiten Transportbahn unter Einschluss eines Winkels von der ersten Umlenkung zum Trennen der ersten Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen, so dass der wenigstens eine umgelenkte Solarzellenstreifen durch die zweite Transportbahn von der der ersten Transportbahn abgelöst wird.
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Dabei kann für den späteren Ablösevorgang des/der Solarzellenstreifen in einer anderen Variante ein zusätzlichen, zweites Transportband über die volle Breite zwischen den flexiblen Solarzellen und dem ersten (Magnet- oder Unterdruck-)Transportband mit transportiert werden. Mit diesem zweiten Band können die fertiggestellten Solarzellenstreifen ersten (Magnet- oder Unterdruck-)Transportband durch den unterschiedlichen Winkel, in dem die beiden Transportbänder von der ersten Umlenkung abgeführt werden, zur weiteren Verarbeitung abgelöst werden.
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Die Magnetstreifen können dabei in schmalen Streifen im Wechsel mit dem zusätzlichen nichtmagnetischen zweiten Transportband über die Gesamtbreite des ersten Transportbandes angeordnet sein. Beim Ablöseprozess des/der Solarzellenstreifen von dem ersten (Magnet- oder Unterdruck-)Transportband können diese zusätzlichen Bandstreifen zum Beispiel aus Gewebeband den/die flexiblen Solarzellenstreifen von dem ersten (Magnet- oder Unterdruck-)Transportband ablösen.
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Eine weitere Variante des Verfahrens kann die folgenden Schritte vorsehen: Bereitstellen einer Trenneinrichtung, zum Beispiel in Gestalt einer Ablenkung, eines Keils, oder einer Blasdüse im Bereich der ersten Umlenkung, zum Trennen der ersten Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen; und Ablösen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens durch die Ablenkung, den Keil, oder die Blasdüse von der ersten Transportbahn. Dies gilt, falls das Transportband zu Beispiel porös, und daher nicht unterdrucktauglich ist. Dann kann in einer weiteren Alternative durch eine Ablenkung, einen Keil, oder eine Blasdüse in speziellen Abschnitten des Transportes (zum Beispiel im Bereich der ersten Umlenkung) ein Ablösen des/der Solarzellenstreifen und dessen/deren Wenden erreicht werden.
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Der/die flexiblen Solarzellenstreifen können in einer weiteren Variante des Verfahrens, bevor sie von dem ersten Transportband abgelöst werden, untereinander elektrisch verschaltet werden. Insbesondere, wenn beim elektrischen Verschalten mehrerer nebeneinander auf dem ersten Transportband befindlicher flexibler Solarzellenstreifen, bevor sie von dem ersten Transportband abgelöst werden, erhöht sich der mechanische Zusammenhalt des/der flexiblen Solarzellenstreifen und vereinfacht deren präzise Positionierung auf der ersten Folienbahn nach dem Wenden und Ablösen von dem ersten Transportband.
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Zwischen einer Solarzelle mit ihrer elektrischen Verschaltung und der transparenten Vorderseitenschicht bzw. der Solarzelle mit ihrer elektrischen Verschaltung und oder ihrer Rückseitenkonstruktion kann optional auch eine flexible, elastische ein- oder beidseitige Einkapselung aus einem streifen- oder bahnförmigen Material oder einer Folie vorgesehen sein.
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Eine weitere Variante des Verfahrens kann den Schritt umfassen:
Aufbringen weiterer elektrischer Verbindungen auf die erste Folienbahn und oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen aus einem streifen- oder bahnförmigen Material oder einer zweiten Folienbahn. Dies erlaubt das anschließende Weiterverschalten der Solarzellenstreifen, wenn diese mit der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung zusammengeführt werden.
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Sofern eine Verfahrensvariante gewünscht ist, bei der die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen vorgesehen ist, kann das Verfahren den Schritt vorsehen:
Aufbringen der ersten Einkapselung der Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn, bevor der wenigstens eine umgelenkte Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn aufgebracht wird.
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In einer weiteren Verfahrensvariante kann nach dem Trennen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens von der ersten Transportbahn der wenigstens eine umgelenkte Solarzellenstreifen mittels eines Andruckelements auf die erste Folienbahn und oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen aufgebracht und fixiert werden.
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Dabei kann das Fixieren des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens auf der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung der Solarzellenstreifen durch einen Strahlungswärmeeintrag in die erste Folienbahn und oder die ersten Einkapselung kurz vor dem Aufbringen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens erfolgen. Alternativ dazu kann auch ein doppelseitiges Klebeband, Kleber oder klebende Leitpaste dazu verwendet werden.
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Weiterhin kann bei einer Variant des Verfahrens die erste Folienbahn und oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen eine Rückseitenfolie mit Barriereeigenschaften und eine darauf fixierte Einkapselungsfolie aufweisen.
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Beim Aufbringen der Solarzellen können bei einer Variante des Verfahrens die Solarzellen mit ihrer dem ersten Transportband zugewandten ersten Seite jeweils abschnittsweise überlappend auf die von dem ersten Transportband abgewandte zweite Seite einer benachbarten Solarzelle aufgebracht werden. Alternativ dazu können die Solarzellen einander nicht berührend mit ihrer dem ersten Transportband zugewandten ersten Seite auf das erste Transportband oder das zweite Transportband aufgebracht werden. Anschließend werden die zumindest teilweise zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen elektrisch verschaltet werden.
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Das zumindest teilweise elektrische Verschalten vor dem Trennen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens von der ersten Transportbahn kann mit einem leitenden Bandmaterial, mit einem Metallstreifenmaterial, mit einer leitfähigen Paste, einem elektrischen Leiter aus einem leitenden Bandmaterial, aus einem Metallstreifenmaterial, aus einem Gittermaterial oder aus einem Drahtmaterial erfolgen.
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Die erste Folienbahn und/oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen können eine Rückseitenfolie mit Barriereeigenschaften und eine darauf fixierte Einkapselungsfolie aufweisen.
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Die erste Folienbahn und/oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen können mit Verschaltungselementen für die flexiblen Solarzellenstreifen versehen werden, bevor die flexiblen Solarzellenstreifen aufgebracht und fixiert werden. Damit lässt sich die vor dem Umlenken der ersten Transportbahn mit dem wenigstens einen Solarzellenstreifen ausgeführte, zumindest teilweise elektrische Verschaltung der Solarzellen zum Bilden wenigstens eines Solarzellenstreifen vervollständigen, damit der Solarmodulstrang elektrisch komplett verschaltet ist.
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Auf der Rückseite der Solarzelle befindet sich eine erste Elektrode; üblicherweise befindet sich auf der von der Lichtenergiequelle abgewandten (Unter-)Seite der Solarzelle der Pluspol, und auf der Oberseite befindet sich eine zweite Elektrode; üblicherweise befindet sich auf der der Lichtenergiequelle zugewandten (Ober-)Seite der Solarzelle der Minuspol.
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Wenn beispielsweise der erste (unterseitige) elektrisch leitende Pol der Solarzelle aus nichtrostender Stahlfolie oder Aluminiumfolie besteht, kann eine Kontaktstelle durch einen entsprechenden Kontaktkleber niederohmig und mechanisch stabil gebildet sein. Ein oberseitiger Kontakt einer Nachbarzelle wird dann mittels elektrischen Leitern wie beispielsweise einer Anzahl von Kupfer- oder Aluminiumleitern verbunden. Der elektrische Leiter kann ein Draht mit oder ohne Isoliermantel, ein elektrischer Streifenleiter mit oder ohne Isoliermantel, ein elektrisch leitendes Gitter, ein lang gestreckter Leiter, eine Schleifen-, Mäander-, Spiral- oder Zickzack-Form eines elektrischen Leiters sein. Dieser Leiter kann dann in S- oder Z-Form von dem unterseitigen elektrisch leitenden Pol jeder Solarzelle zum oberseitigen elektrisch leitenden Pol der jeweiligen Nachbarzelle geführt werden.
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Das Zusammenführen des wenigstens einen Solarzellenstreifens mit seiner zumindest teilweise elektrischen Verschaltung, der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung kann auf einem Transportelement erfolgen, das dazu eingerichtet ist, sich für das Aufbringen und Fixieren des wenigstens einen Solarzellenstreifens auf die bzw. an der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung relativ zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifens an einer Übergabeposition längs der Bewegungsrichtung des ersten oder des zweiten Transportbandes zu bewegen.
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Des Weiteren kann ein Erfassen der Relativposition der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung sowie einer auf ihr befindlichen elektrischen teilweisen Verschaltung relativ zu der Lage des teilweise verschalteten wenigstens einen Solarzellenstreifen oder den Solarzellen vorgesehen sein, und ein Beeinflussen der Position des wenigstens einen Solarzellenstreifens oder den Solarzellen in Förderrichtung der ersten Transportbands oder der Position der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung.
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Dies erlaubt eine präzise Positionierung des wenigstens einen flexiblen Solarzellenstreifens auf der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung sowie insbesondere der darauf befindlichen Teilverdrahtung. Dazu können Kamerasysteme eingesetzt werden, deren erfasste Bilder in einer entsprechenden Steuerung ausgewertet werden, um die Absetzgeschwindigkeit oder die Absetzposition der Solarzellen oder die Fördergeschwindigkeit des Solarzellenstreifens beeinflussen. Die Kameras können in einer Verfahrensvariante die Position des Aufsetzbereiches des wenigstens einen flexiblen Solarzellenstreifens aufnehmen, bevor diese auf die erste Folienbahn und oder die erste Einkapselung aufgebracht werden.
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So können beim Zusammenfügen des wenigstens einen flexiblen Solarzellenstreifens aus den einzelnen Solarzellen dann die flexiblen Solarzellen die erfasste Position der Aufsetzbereiche berücksichtigen und entsprechend vorpositioniert zur Bildung des wenigstens einen flexiblen Solarzellenstreifens auf dem ersten oder dem zweiten Transportband abgelegt werden.
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Der wenigstens eine Solarzellenstreifen kann mit seiner vervollständigten elektrischen Verschaltung auf der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung durch eine zweite Folienbahn und oder eine zweite Einkapselung abgedeckt werden.
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Dabei kann die elektrische Verschaltung auf der Oberseite und oder der Unterseite der Solarzellen in Bezug auf den Querschnitt der elektrischen Leiter und/oder ihre Längserstreckung in die zweite Folienbahn und oder die zweite Einkapselung zumindest teilweise eingebettet werden.
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Anstelle der zweiten Folienbahn und oder der zweiten Einkapselung kann auch eine in Abständen den elektrischen Leiter teilweise einhüllende, zum Beispiel thermoplastische Klebemasse auf den elektrischen Leiter der elektrischen Verschaltung aufgebracht werden, bevor oder wenn dieser auf oder unter die Solarzellen aufgespendet wird.
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Die elektrische Verbindung der Kontaktstellen der Solarzellen mit den elektrischen Leitern kann wiederum durch Kontaktkleber oder auch durch Laserschweißen, Schweißen, Löten oder andere Verbindungstechnologien ausgeführt werden.
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Zur Vorbereitung dieses Kontaktierungs-/Laminationsschrittes können die elektrischen Leiter bereits in einem Vorprozess-Schritt durch Einwirken von Druck und Temperatur für eine bestimmte Zeitdauer- vorzugsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess- auf dem Einkapselungsmaterial fixiert werden. Hierbei kann ein teilweises Versenken oder Einbetten des elektrischen Leiters in dem Einkapselungsmaterial/der zweiten Folienbahn aus EVA, TPU, etc. vorgenommen werden.
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Eine Alternative dazu kann sein, den elektrischen Leiter zu erwärmen und dann den elektrischen Leiter in der flexiblen zweiten Folienbahn und oder der zweiten Einkapselung teilweise einzubetten oder zu versenken. Alternativ dazu oder zusätzlich kann auch die flexible zweite Folienbahn und oder die zweite Einkapselung, zum Beispiel eine thermoplastische Folienbahn oder der Gestalt des elektrischen Leiters in seiner Längserstreckung in etwa entsprechende Folie mit einem entsprechenden überstehenden Rand, erwärmt und damit erweicht werden, um dann den elektrischen Leiter in der flexiblen zweiten Folienbahn und oder der zweiten Einkapselung teilweise einzubetten oder zu versenken.
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Dieses Zwischenprodukt aus der zweiten Folienbahn und oder der zweiten Einkapselung mit dem elektrischem Leiter der an dem wenigstens einen Solarzellenstreifen noch auszuführenden elektrischen Verschaltung kann dann als ”Endlosware” auf einer Rolle oder als portionierte Flächen- oder Streifenware bereitgestellt werden, um auf jede der Solarzellenstreifen zur Bildung des Solarmodulstrangs aufgebracht zu werden.
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Das hier beschriebene Verfahren ist auch mit starren Solarzellen einsetzbar.
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Die erste und oder die zweite Folienbahn kann bevorzugt eine witterungsbeständige flexible Folie sein, die mit einer selbstklebenden Schicht belegt ist. Alternativ dazu kann die erste und oder die zweite Folienbahn auch eine witterungsbeständige flexible Folie sein, die mit einer thermoplastischen Schicht belegt ist. Dann kann durch einen Wärmeeintrag die Verbindung zwischen der ersten/der zweiten Folienbahn bzw. der ersten und oder der zweiten Einkapselung und den flexiblen Solarzellen erreicht werden.
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Beim Umsetzen der flexiblen Solarzellen auf das erste Transportband kann eine Mehrzahl flexibler Solarzellen in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordnet werden. So kann sehr flexibel die gewünschte Konfiguration aus serieller und/oder paralleler Verschaltung der einzelnen flexiblen Solarzellen zu einem den Solarmodulstrang bildenden Zellenfeld, den Solarmodulstring festgelegt werden.
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Die elektrisch leitenden Kontaktstreifen können aus mehreren, zueinander benachbarten und im Wesentlichen in Längsrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spendern mit Rollen leitender Kontaktstreifen oder Spendern mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Solarzellen in Längsrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können die elektrisch leitenden Kontaktstreifen aus wenigstens einem und im Wesentlichen in Querrichtung zur Förderrichtung der ersten Folienbahn angeordneten Spender mit einer Rolle leitender Kontaktstreifen oder einem Spender mit elektrisch leitender Paste auf die flexiblen Solarzellen in Querrichtung der Förderrichtung der ersten Folienbahn aufgebracht werden. Damit ist es möglich, sehr variabel und effizient die flexiblen Solarzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten.
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Die vereinzelten flexiblen Solarzellen können auch als getrennte Abschnitte in einem Behälter bereitgestellt werden. Analog dazu können flexiblen Solarzellen in einem Stapelbereich bereitgestellt werden. Der Stapelbereich kann einen entfernbaren Behälter haben, in dem die flexiblen Solarzellen bereitgestellt werden.
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Die zweite Folienbahn kann auf die erste Folienbahn und die flexiblen Solarzellen mit einem Rollenlaminator auflaminiert werden. Der Rollenlaminator hat mindestens zwei gegenläufigen Walzen, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck den Solarzellen-Folienbahn-Verbund bei einer definierten Temperatur aufeinander pressen. Dies erlaubt, Solarmodule mit hoher Qualität herzustellen.
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Ein aus der ersten und der zweiten Folienbahn sowie ggf. der ersten und der zweiten Einkapselung und den dazwischen befindlichen flexiblen Solarzellen gebildeter Solarmodulstrang kann zu einer Rolle aufgewickelt werden.
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Als die erste und oder die zweite Folienbahn kann eine thermoplastische Polyurethanfolie oder eine andere witterungsbeständige (Rückseiten-)folie verwendet werden.
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Ein Anpressen der ersten Folienbahn sowie ggf. der ersten Einkapselung an den flexiblen Solarzellenstrang und ein Anpressen der zweiten Folienbahn sowie ggf. der zweiten Einkapselung kann mit einer Rollenpresse erfolgen, die mindestens eine Walze und ein Gegenlager oder zwei gegenläufige Walzen hat, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck einen Verbund aus den Folienbahnen, ggf. den Einkapselungen und dem flexiblen Solarzellenstrang bei einer definierten Temperatur aufeinander pressen.
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Entsprechend kann eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmoduls gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch folgende Baugruppen oder Komponenten haben:
Zwei oder mehr Umlenkungen, um welche eine endlose erste Transportbahn als geschlossene Bahnschleife geführt und angetrieben ist, und zwischen denen ein zumindest annähernd ebener Ausbring- und Verschaltungsbereich auf der ersten Transportbahn gebildet ist;
eine Spendeeinrichtung, um flexible Solarzellen, die jeweils einen photovoltaisch aktiven Schichtaufbau mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite aufweisen, auf den Ausbring- und Verschaltungsbereich der ersten Transportbahn derart auszubringen, dass die Solarzellen mit ihren jeweiligen ersten Seite und ihrer zweiten Seite in einer vorbestimmten Ausrichtung zu der ersten Transportbahn orientiert sind;
einer Halteeinrichtung für die Solarzellen an der Außenseite der ersten Transportbahn, während sie durch Aufbringen weiterer Solarzellen zu wenigstens einem Solarzellenstreifen zusammengestellt werden; wobei
die erste Transportbahn derart um eine der Umlenkungen geführt ist, dass der wenigstens eine Solarzellenstreifen zu einer Aufbringstelle gefördert wird, um die Solarzellen des wenigstens einen Solarzellenstreifens sukzessive mit ihrer von der ersten Transportbahn weg orientierten Seite auf eine zu der Aufbringstelle geförderte erste Folienbahn aufzubringen;
eine Trenneinrichtung zum Trennen der ersten Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen zwischen der einen der Umlenkungen und der Aufbringstelle, derart, dass die Solarzellen mit ihren jeweiligen, der ersten Transportbahn zugewandten Seiten von der ersten Transportbahn freikommen.
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Die Vorrichtung kann eine erste Verschaltungseinrichtung für die Solarzellen an der Außenseite der ersten Transportbahn aufweisen, wobei die Halterung die Solarzellen hält, während sie zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen zusammengestellt werden.
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Die erste Transportbahn kann zu ihrer Außenseite hin wirkende Elektro- oder Dauermagnete aufweist, oder eine Vielzahl von Unterdruckauslässen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, die Solarzellen an der ersten Transportbahn halten.
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Zumindest im Bereich der ersten Umlenkung des zumindest einen Solarzellenstreifens kann eine Einfassung zum Halten der Solarzellenstreifen an der ersten Transportbahn vorgesehen sein.
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Eine als geschlossene Bahnschleife kann an einer Außenseite der ersten Transportbahn geführte zweite Transportbahn kann sich zwischen der zweiten Transportbahn und wenigstens der einen ersten Umlenkung befinden. Diese zweite Transportbahnkann dazu eingerichtet und angeordnet sein, die erste Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen von der einen ersten Umlenkung unter Einschluss eines Winkels zu trennen, um den wenigstens eine umgelenkte Solarzellenstreifen durch die zweite Transportbahn von der der ersten Transportbahn abzulösen und zu der Aufbringstelle zu fördern.
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Anstelle der zweiten Transportbahn kann auch eine Ablenkung, ein Keil, oder eine Blasdüse im Bereich der ersten Umlenkung angeordnet sein, zum Trennen der ersten Transportbahn von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen.
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Eine erste Verschaltungseinrichtung kann zum zumindest teilweisen elektrischen Verschalten mehrerer nebeneinander auf dem ersten Transportband befindlicher flexibler Solarzellenstreifen dienen, bevor die auf dem ersten Transportband befindlichen flexiblen Solarzellenstreifen von dem ersten Transportband abgelöst werden.
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Eine zweite Verschaltungseinrichtung kann vorgesehen sein, zum zumindest teilweisen Aufbringen weiterer elektrischer Verbindungen auf die erste Folienbahn und oder eine erste Einkapselung der Solarzellenstreifen aus einem streifen- oder bahnförmigen Material oder einer zweiten Folienbahn.
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Des Weiteren kann eine Einrichtung zum Aufbringen der ersten Einkapselung der Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn vorgesehen sein, bevor der wenigstens eine umgelenkte Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn und die ersten Einkapselung aufgebracht wird.
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Ein Andruckelement oder eine Andruckeinrichtung kann vorgesehen sein und dazu dienen, nach dem Trennen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens von der ersten Transportbahn den wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen aufzubringen und zu fixieren.
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Eine Strahlungswärmequelle kann vorgesehen sein und dazu dienen, den wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen auf der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung der Solarzellenstreifen zu fixieren durch einen Strahlungswärmeeintrag in die erste Folienbahn und oder die ersten Einkapselung kurz vor dem Aufbringen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens. Alternativ dazu kann ein doppelseitiges Klebeband, Kleber oder klebende Leitpaste aus einem entsprechenden Spender aufgespendet werden.
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Ein erster Leiter-Spender kann vorgesehen sein und dazu dienen, das zumindest teilweise elektrische Verschalten vor dem Trennen des wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifens von der ersten Transportbahn mit einem leitenden Bandmaterial, mit einem Metallstreifenmaterial, mit einer leitfähigen Paste, einem elektrischen Leiter aus einem leitenden Bandmaterial, aus einem Metallstreifenmaterial, aus einem Gittermaterial oder aus einem Drahtmaterial auszuführen.
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Ein zweiter Leiter-Spender kann vorgesehen sein und dazu dienen, die erste Folienbahn und oder die erste Einkapselung der Solarzellenstreifen mit Verschaltungselementen für die flexiblen Solarzellenstreifen zu versehen, bevor die flexiblen Solarzellenstreifen aufgebracht und fixiert werden.
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Ein Transportelement zum Zusammenführen des wenigstens einen Solarzellenstreifens mit seiner zumindest teilweise elektrischen Verschaltung, der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung kann vorgesehen sein und dazu eingerichtet und gesteuert angetrieben sein, sich für das Aufbringen und Fixieren des wenigstens einen Solarzellenstreifens auf die bzw. an der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung relativ zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen an einer Übergabeposition längs der Bewegungsrichtung des ersten oder des zweiten Transportbandes zu bewegen.
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Eine Erfassungseinrichtung (z. B. Sensor, Kamera etc) zum Erfassen der Relativposition der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung sowie einer auf ihr befindlichen elektrischen teilweisen Verschaltung relativ zu der Lage des teilweise verschalteten wenigstens einen Solarzellenstreifen oder den Solarzelle kann vorgesehen sein und dazu dienen, Signale abzugeben an eine Steuerung des Antriebs der Folienbahn und oder der Einkapselung zur Beeinflussung der Position des wenigstens einen Solarzellenstreifens oder den Solarzelle in Förderrichtung der ersten Transportbands oder der Position der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung.
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Eine Einrichtung kann vorgesehen sein und eingerichtet zum Abdecken des wenigstens einen Solarzellenstreifens mit seiner vervollständigten elektrischen Verschaltung auf der ersten Folienbahn und oder der ersten Einkapselung durch eine zweite Folienbahn und oder eine zweite Einkapselung.
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Eine Einrichtung kann vorgesehen sein und zum zumindest teilweisen Einbetten der elektrischen Verschaltung auf der Oberseite und oder der Unterseite der Solarzellen in Bezug auf den Querschnitt der elektrischen Leiter und/oder ihre Längserstreckung in die zweite Folienbahn und oder die zweite Einkapselung eingerichtet sein.
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Ein Spender kann vorgesehen sein und eingerichtet zum Aufbringen einer in Abständen den elektrischen Leiter teilweise einhüllende, zum Beispiel thermoplastische Klebemasse auf den elektrischen Leiter der elektrischen Verschaltung, bevor oder wenn dieser auf oder unter die Solarzellen aufgespendet wird.
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Ein Umsetzer kann vorgesehen sein und eingerichtet sein für das Ablegen der flexiblen Solarzellen auf das erste Transportband in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung des ersten Transportbandes, vorzugsweise von beiden Längsseiten des ersten Transportbandes.
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Ein Rollenlaminator kann vorgesehen sein und eingerichtet zum Zusammenlaminieren der ersten und der zweiten Folienbahn sowie ggf. der ersten und der zweiten Einkapselung und der dazwischen befindlichen flexiblen Solarzellen, wobei der Rollenlaminator mindestens zwei gegenläufige Walzen hat, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck den Solarzellen-Folienbahn-Verbund bei einer definierten Temperatur aufeinander pressen.
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Kurze Zeichnungsbeschreibung
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Fig. gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen.
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Die vorstehend erläuterten Produkt-, Vorrichtungs- und Verfahrensdetails sind im Zusammenhang dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie jeweils auch unabhängig voneinander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind.
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1 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Solarmodulstrangs in einer seitlichen schematischen Ansicht.
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1a veranschaulicht eine Vorrichtung in einer seitlichen schematischen Ansicht zum Entnehmen von einzelnen Solarzellen oder Solarsubmodulen aus einem Behälter, zum Umdrehen dieser einzelnen Solarzelle oder Solarsubmodule, und zu deren Absetzen zur Montage eines Solarmodulstrangs.
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1b veranschaulicht eine Variante der Vorrichtung aus 1 zur Herstellung eines Solarmodulstrangs in einer seitlichen schematischen Ansicht.
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2 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht eines Solarmodulstrangs in einer seitlichen schematischen Ansicht, erhältlich aus der in 1 veranschaulichten Vorrichtung, wobei die einzelnen Schichten des Solarmodulstrangs voneinander getrennt gezeigt sind.
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3–5 zeigen Varianten von Verschaltungen der einzelnen Solarzellen oder Solarsubmodule zu Solarmodulstreifen und zu Solarmodulsträngen oder Solarmodulen.
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Detaillierte Zeichnungsbeschreibung
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Der hier vorgestellte grundsätzliche Verfahrensablauf und die entsprechende Vorrichtung sind anhand der Fig. erläutert. Dabei sind eine Reihe von Varianten möglich, die im Zusammenhang mit den Fig. zwar nicht im Einzelnen dargestellt sind, aber in der übrigen Beschreibung offenbart sind.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 zur Herstellung eines flexiblen Solarmodulstrangs hat vier Umlenkungen in Gestalt von Förderrollen FR10, FR20, FR30, FR40, um die eine endlose erste Transportbahn TB10 als geschlossene Bahnschleife geführt ist. Eine der Umlenkungen ist angetrieben; hier ist es die Förderrolle FR10, die von einem nicht weiter veranschaulichten motorischen Antrieb in Rotation versetzt wird, wobei sich Geschwindigkeit und Start/Stopp der Förderrolle FR10 von einer ebenfalls nicht weiter veranschaulichten Steuereinrichtung beeinflussen lassen. Zwischen zwei der Förderrollen, in der 1 handelt es sich um die beiden Förderrollen FR30 und FR10 ist ein zumindest annähernd ebener Ausbring- und Verschaltungsbereich AV10 auf der oberen Außenseite der ersten Transportbahn TB10 gebildet. Die erste Transportbahn TB10 umläuft die ein Mehreck aufspannenden Förderrollen FR10, FR20, FR30, FR40 in dieser in 1 gezeigten Ausführung im Uhrzeigersinn.
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Am in 1 linken Ende des Ausbring- und Verschaltungsbereichs AV10 befindet sich über der ersten Transportbahn TB10 eine erste Spendeeinrichtung SE10, um flexible Solarzellen DSZ10, DSZ20... auf den Ausbring- und Verschaltungsbereich AS10 der ersten Transportbahn TB10 auszubringen. Die Solarzellen DSZ10, DSZ20... haben jeweils einen photovoltaisch aktiven Schichtaufbau PV mit einer ersten Seite US und einer zweiten Seite OS. Das Ausbringen erfolgt durch die erste Spendeeinrichtung SE10 derart, dass die Solarzellen DSZ10, DSZ20... mit ihren jeweiligen ersten Seite OS und ihrer zweiten Seite US in einer vorbestimmten Ausrichtung zu der ersten Transportbahn TB10 orientiert sind. In dieser in 1 gezeigten Ausführung ist die zweite Seite US zu der ersten Transportbahn TB10 hin orientiert und die erste Seite OS von der ersten Transportbahn TB10 weg orientiert.
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In Förderrichtung F abstromseitig zu der ersten Spendeeinrichtung SE10 ist, im Ausbring- und Verschaltungsbereichs AV10 ebenfalls über der ersten Transportbahn TB10, eine erste Verschaltungseinrichtung VE10 zum zumindest teilweisen elektrischen miteinander Verschalten der auf die erste Transportbahn TB10 ausgebrachten Solarzellen DSZ10, DSZ20... angeordnet. Durch dieses zumindest teilweise elektrische miteinander Verschalten der ausgebrachten Solarzellen DSZ10, DSZ20... wird wenigstens ein durchgehender, endloser Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 gebildet. Dabei können in Förderrichtung F nebeneinander mehrere endlose Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 auf der ersten Transportbahn TB10 gebildet sein. Ein Solarzellenstreifen hat dabei entweder ein oder mehrere Solarzellen in Querrichtung zu Förderrichtung F und viele Solarzellen in Förderrichtung F der ersten Transportbahn TB10. Variationen möglicher Anordnungen und Verschaltungen der Solarzellenstreifen sind weiter unten im Detail erläutert. Bei der in 1 gezeigten Variante ist der erste Leiter-Spender dazu eingerichtet, den/die Solarzellenstreifen mit einem leitenden Bandmaterial, mit einem Metallstreifenmaterial, mit einer leitfähigen Paste, einem elektrischen Leiter aus einem leitenden Bandmaterial, aus einem Metallstreifenmaterial, aus einem Gittermaterial oder aus einem Drahtmaterial zumindest teilweise zu verschalten, indem Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten (Leitungen, Schutzdioden, etc.) auf oder unter die Solarzellen aufgebracht werden.
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1a zeigt die erste Spendeeinrichtung SE10 in Gestalt eines Umsetzers für die flexiblen Solarzellen DSZ10, DSZ20... aus einem Behälter B10 auf das erste Transportband TB10 in Längs- und/oder Querrichtung zur Förderrichtung F des ersten Transportbandes TB10, vorzugsweise von beiden Längsseiten des ersten Transportbandes TB10.
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In dem Behälter B10 können die flexiblen Solarzellen DSZ10, DSZ20... alle in gleicher oder in unterschiedlicher Orientierung ihrer ersten oder zweiten Seiten US, OS angeliefert werden. Ein schwenk- oder drehbarer Heber H10 mit hier einem oder, in einer anderen Variante zwei, jeweils an einem Schwenkarm angeordneten Saugnapf ist in den Behälter B10 längs der Achse Y eintauchbar ausgestaltet. Je nach der Orientierung der Solarzellen DSZ10, DSZ20... in dem Behälter B10 und der gewünschten Orientierung der Solarzellen DSZ10, DSZ20... auf dem ersten Transportband TB10 wird der Heber H10 um seine Schwenkachse geschwenkt, so dass die herausgehobenen Solarzellen DSZ10, DSZ20... gedreht werden. Sofern die herausgehobenen Solarzellen DSZ10, DSZ20... nicht gedreht werden müssen, wird der Heber H10 direkt nach dem Herausheben in der X-Z-Ebene verfahren, um dann, über dem ersten Transportband TB10, die Solarzellen DSZ10, DSZ20... in Y-Richtung abzusenken und aufzusetzen. Sofern die herausgehobenen Solarzellen DSZ10, DSZ20... gedreht werden müssen, wird der Heber H10 direkt nach dem Herausheben um 180° geschwenkt, so dass die herausgehobenen Solarzellen DSZ10, DSZ20... in ihrer Orientierung gedreht sind. In dieser Lage und Orientierung werden sie dann an einen zweiten Heber H20 übergeben, der in der X-Z-Ebene verfahrbar und in der Y-Richtung heb- und senkbar ist. Dieser zweite Heber H20 wird direkt nach dem Übernehmen der Solarzellen DSZ10, DSZ20... in der X-Z-Ebene verfahren, um dann, über dem ersten Transportband TB10, die Solarzellen DSZ10, DSZ20... in Y-Richtung abzusenken und aufzusetzen.
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Die erste Transportbahn TB10 ist am anderen Ende des Ausbring- und Verschaltungsbereichs AV10 um eine der Umlenkungen, in der in 1 veranschaulichten Variante ist es die Förderrolle FR10, geführt. Die erste Transportbahn TB10 wird durch die Förderrolle FR10 im Umlauf um die Förderrollen FR10...FR40 versetzt. Dabei umschlingt in der in 1 veranschaulichten Variante die erste Transportbahn TB10 die Förderrolle FR10 mit einem Umschlingungswinkel von etwa 180°. Es sind aber auch geringere oder größere Umschlingungswinkel möglich. Entscheidend ist, dass der Umschlingungswinkel so gewählt ist, dass der/die auf der ersten Transportbahn TB10 befindliche/n Solarzellenstreifen SZ510, SZ520, SZ530 zu einer Aufbringstelle AS gefördert wird/werden und dabei gewendet wird/werden. An der Aufbringstelle AS werden die Solarzellen DSZ10, DSZ20... des/der Solarzellenstreifen/s SZ510, SZS20, SZS30 sukzessive mit ihrer von der ersten Transportbahn TB10 weg orientierten Seite, in der in 1 ist es die zweite Seite OS, auf eine zu der Aufbringstelle AS geförderte erste Folienbahn 10a aufgebracht.
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Indem der/die Solarzellenstreifen SZ510, SZ520, SZ530 aus dem Ausbring- und Verschaltungsbereichs AV10 heraus – entsprechend dem Umschlingungswinkel – um die Förderrolle FR10 herumgefördert wird/werden, wird/werden er/sie gewendet. So sind zum Beispiel nach dem Wenden der den Solarzellenstreifen SZ510, SZ520, SZ530 bildenden Solarzellen DSZ10, DSZ20... deren zweite Seite OS unten und deren erste Seite US oben, während die Solarzellen DSZ10, DSZ20... auf die erste Transportbahn TB10 so platziert werden, dass deren zweite Seite OS oben und ihre erste Seite US unten ist.
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Die in 1 veranschaulichte Vorrichtung 100 hat eine Trenneinrichtung zum Trennen der ersten Transportbahn TB10 von dem wenigstens einen umgelenkten Solarzellenstreifen SZS10, SZ520, SZ530 zwischen der Förderrolle FR10 und der Aufbringstelle AS. Dies dient dazu, dass die Solarzellen DSZ10, DSZ20... mit ihren jeweiligen, der ersten Transportbahn TB10 zugewandten Seiten von der ersten Transportbahn TB10 freikommen.
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Um die Position der Solarzellen DSZ10, DSZ20,... an der Außenseite der ersten Transportbahn TB10 zu fixieren, und um die Solarzellen DSZ10, DSZ20,... beim Wenden um die Förderrolle FR10 herum vom Ablösen oder Herabfallen von der ersten Transportbahn TB10 zu hindern, dient eine Halteeinrichtung. Diese Halteeinrichtung kann unterschiedliche Ausgestaltungen haben; ihre Aufgabe ist, die Solarzellen zu halten, während sie zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen SZ510, SZ520, SZS30... zusammengestellt werden und dann sukzessive um die Förderrolle FR10 herum gefördert und dabei gewendet zu werden. Dabei gilt, dass der Durchmesser der Förderrolle FR10 im Verhältnis zur durch die Förderrolle FR10 gekrümmten Abmessung (Länge oder Breite) der Solarzellen möglichst groß sein sollte, so dass diese und die bereits aufgebrachte Verschaltung durch das Umlenken um die Förderrolle FR10 möglichst wenig mechanisch beansprucht werden.
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In der in 1 gezeigten Variante hat die erste Transportbahn TB10 zu ihrer Außenseite hin wirkende Dauermagnete, die dazu eingerichtet sind, die Solarzellen DSZ10, DSZ20,... an der ersten Transportbahn TB10 halten. Dies für insbesondere bei Solarzellen DSZ10, DSZ20,... mit einer ferromagnetischen Metallschicht an der der ersten Transportbahn TB10 zugewandten Seite sehr effiziente Variante.
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Um die Solarzellen DSZ10, DSZ20,... mit einer ferromagnetischen Metallschicht von der ersten Transportbahn TB10 möglichst stressfrei für die die Solarzellen DSZ10, DSZ20,... abzulösen, ist eine als geschlossene Bahnschleife an einer Außenseite der ersten Transportbahn TB10 geführte zweite Transportbahn TB20 vorgesehen. Diese erste Transportbahn TB10 befindet sich in der in 1 gezeigten Variante zwischen der zweiten Transportbahn TB20 und der ersten Umlenkung FR10. Im Übrigen ist sie um weitere Umlenkungen Fr50, FR60 geführt und dient dazu, die erste Transportbahn TB10 und den/die umgelenkten Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 von der ersten Umlenkung FR10 unter Einschluss eines Winkels alpha zu trennen. Dies bewirkt, dass der/die umgelenkte/n Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 durch die zweite Transportbahn TB20 von der der ersten Transportbahn TB10 abgelöst und zu der Aufbringstelle AS gefördert wird/werden. Der Winkel alpha ist vorzugsweise ein spitzer Winkel (< 90°). Im Bereich der Aufbringstelle AS erfolgt ein Aufbringen des/der umgelenkten Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 auf die erste Folienbahn 10a. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, dass der/die umgelenkte/n Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 möglichst unter einem spitzen Winkel von etwa < 30° (z. B. 5° bis 10°) im Bereich der Aufbringstelle AS auf die erste Folienbahn 10a treffen.
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Bevor die erste Folienbahn 10a die Aufbringstelle AS erreicht, durchläuft sie ein zweite Verschaltungseinrichtung VE20, durch die dem/den Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 noch fehlende Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten (Leitungen, Schutzdioden, etc.) auf die erste Folienbahn 10a aufgebracht werden. In der in 1 gezeigten Variante wird zwischen die erste Folienbahn 10a und den/die Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 noch eine optionale erste Einkapselung 10b für den/die Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 eingebracht aus einem Streifen- oder bahnförmigen Material oder einer zweiten Folienbahn. In diesem Fall erfolgt das Aufbringen der Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten W durch die zweite Verschaltungseinrichtung VE20 auf diese erste Einkapselung 10b. Sofern diese erste Einkapselung 10b vorgesehen ist, wird vor oder nach dem Aufbringen der Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten W durch die zweite Verschaltungseinrichtung VE20 auf diese erste Einkapselung 10b der Verbund aus der ersten Einkapselung 10b und der ersten Folienbahn 10a (sowie die Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten W) miteinander durch einen ersten Rollenlaminator RL10 verbinden. Dieser erste Rollenlaminator RL10 dient zum Aufbringen und fixieren der ersten Einkapselung 10b auf die erste Folienbahn 10a, bevor der/die umgelenkte/n Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 auf die erste Folienbahn 10a und die ersten Einkapselung 10b aufgebracht wird/werden.
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Bevor dieser zusammenlaminierte Verbund aus erster Folienbahn 10a, erster Einkapselung 10b und Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten W die Aufbringstelle AS erreicht, durchläuft er noch eine Strahlungswärmequelle SWQ10. Dies erleichtert das Vereinigen und das Fixieren des/der umgelenkten Solarzellenstreifen/s SZS10, SZS20, SZS30 mit der ersten Folienbahn 10a und oder der ersten Einkapselung 10b. Dazu wird die erste Folienbahn 10a und oder die erste Einkapselung 10b kurz vor dem Aufbringen des/der Solarzellenstreifen/s SZS10, SZS20, SZS30 durch einen Strahlungswärmeeintrag erweicht. Anstelle der Strahlungswärmequelle SWQ10 kann auch ein doppelseitiges Klebeband, Kleber oder klebende Leitpaste aus einem entsprechenden Spender aufgespendet werden zum Vereinigen und Fixieren des/der umgelenkten Solarzellenstreifen/s SZ510, SZS20, SZS30 mit der ersten Folienbahn 10a und oder der ersten Einkapselung 10b.
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Im Bereich der Aufbringstelle AS befindet sich ein Andruckelement in Gestalt eines zweiten Rollenlaminators RL20. Dieser zweite Rollenlaminator RL20 dient dazu, nach dem Trennen des Solarzellenstreifens von der ersten Transportbahn TB10 den Solarzellenstreifen auf die erste Folienbahn 10a oder sofern vorhanden, auf die erste Einkapselung 10b der Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 aufzubringen und zu fixieren.
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Im Bereich der Aufbringstelle AS kann sich auch noch ein Transportelement TE10 in Gestalt eines Auflagetisches oder Förderbandes befinden zum Zusammenführen des/der Solarzellenstreifen/s mit dem Verbund aus elektrischer Verschaltung, erster Folienbahn 10a und erster Einkapselung 10b. Dabei ist das Transportelement dazu eingerichtet und gesteuert angetrieben ist, sich für das Aufbringen und Fixieren des/der Solarzellenstreifen/s auf die bzw. an der ersten Folienbahn 10a und oder der ersten Einkapselung 10b relativ zu dem wenigstens einen Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 an einer Übergabeposition längs der Bewegungsrichtung des ersten oder des zweiten Transportbandes zu bewegen. Um dies zu steuern und zu bewerkstelligen, ist eine Erfassungseinrichtung mit einer ersten Kamera CAM10 zum Erfassen der Relativposition der ersten Folienbahn 10a und oder der ersten Einkapselung 10b sowie einer auf ihr befindlichen elektrischen Verschaltung W sowie eine mit einer zweiten Kamera CAM20 zur relativen Lage des/der Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 oder den Solarzellen DSZ10, DSZ20,... vorgesehen. Diese beiden Kameras CAM10, CAM20 geben jeweilige Signale zum Beeinflussen der Position des wenigstens einen Solarzellenstreifens SZS10, SZS20, SZS30 oder den Solarzellen DSZ10, DSZ20,... in Förderrichtung F der ersten Transportbands bzw. der Position der ersten Folienbahn 10a und oder der ersten Einkapselung 10b an eine Steuerung ECU ab, welche die Drehzahl der ersten Umlenkung FR10 sowie das Absetzen der Solarzellen DSZ10, DSZ20, auf das erste Transportband TB10 steuert.
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Nachdem der Verbund aus erster Folienbahn 10a, erster Einkapselung 10b und Verbindungen und oder Verschaltungskomponenten W, erreicht sowie Solarzellenstreifen SZS10, SZS20, SZS30 die Aufbringstelle AS auf dem Transportelement TE10 durchlaufen hat, gelangt er zu einer Einrichtung zum Abdecken des/der Solarzellenstreifen/s SZS10, SZS20, SZS30 mit seiner vervollständigten elektrischen Verschaltung durch eine zweite Folienbahn 10e und oder eine zweite Einkapselung 10d. Diese Einrichtung zum Abdecken ist in der hier gezeigten Variante ein dritter Rollenlaminator RL30. Diesem dritten Rollenlaminator RL30 kann noch zur Verbesserung des Zusammenhalts eine nicht gezeigte Strahlungswärmequelle oder eine Kleberauftragstation vorgeschaltet sein. Nach dem Durchlaufen dieses dritten Rollenlaminators RL30 ist der praktisch endlose Solarmodulstrang fertig und hat den in 2 gezeigten Aufbau, wobei die erste Folienbahn 10a die sonnenzugewandte Seite bildet.
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Dieser dritte Rollenlaminator RL30 kann, ebenso wie die ersten und zweiten Rollenlaminatoren RL30, mindestens zwei gegenläufige Walzen (oder schmale Rollen) haben, die sich mit einer definierten Geschwindigkeit drehen und mit einem definierten Druck den jeweiligen Materialverbund bei einer definierten Temperatur aufeinander pressen.
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Eine Variante zu der in 1 gezeigten Vorrichtung ist in 1b veranschaulicht. Hier werden anstelle der endlos zugeführten ersten und zweiten Folienbahnen 10a, 10e bzw. der ersten und zweiten Einkapselungen 10b, 10d Abschnitte von ersten und zweiten Folienbahnen 10a, 10e bzw. der ersten und zweiten Einkapselungen 10b, 10d als Lagenware oder als Bahnware stückweise auf einer in Förderrichtung längsbeweglichen Unterlage TE10 zu der Aufbringstelle zugeführt. Im Übrigen ist vom Aufbau der Vorrichtung bzw. vom Ablauf des Verfahrens kein weiterer Unterschied vorgesehen. Lediglich die gegenläufigen Walzen der drei Rollenlaminatoren RL10, RL20 und RL30 können jeweils durch Walzen/Rollen auf nur einer Seite des Materialverbunds ersetzt sein, die den Materialverbund mit einem definierten Druck bei einer definierten Temperatur gegen die Unterlage TE10 pressen.
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In 3 ist eine Variante dreier, mit der vorliegenden Vorrichtung herstellbaren, parallel nebeneinander auf der ersten Transportbahn TB10 aufgebrachten Solarzellenstränge veranschaulicht. Hierbei sind Solarzellen verwendet, bei denen beide Pole, also sowohl deren Pluspol, als auch deren Minuspol auf einer Seite, hier der Oberseite der Solarzellen ausgeführt sind. Ersichtlich ist in dieser Verschaltungsvariante der Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte so gewählt, dass die erste Verschaltungseinrichtung VE10 die längs zur Förderrichtung der ersten Transportbahn TB10 orientierten Verschaltungsabschnitte auf die Solarzellen/die erste Transportbahn TB10 aufbringt, und die zweite Verschaltungseinrichtung VE20 die quer zur Förderrichtung der ersten Transportbahn TB10 orientierten Verschaltungsabschnitte aufbringt.
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4 veranschaulicht eine Variante eines, mit der vorliegenden Vorrichtung herstellbaren Solarzellenstrangs, bei dem die einzelnen Solarzellen dachschindelartig übereinander gelegt werden. Hierbei sind Solarzellen verwendet, bei denen die beiden Pole, also deren Pluspol und deren Minuspol auf unterschiedlichen Seiten der Solarzellen ausgeführt sind. Dabei liefert die erste Verschaltungseinrichtung VE10 die zur Verbindung der unterschiedlichen Pole miteinander verschalteter Solarzellen notwendige leitende Klebepaste. Die übrige, hier nicht weiter veranschaulichte Verschaltung zur Serien-/Parallelschaltung kann durch die zweite Verschaltungseinrichtung VE20 erfolgen.
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In 5 ist eine Variante zweier, mit der vorliegenden Vorrichtung herstellbaren, parallel nebeneinander auf der ersten Transportbahn TB10 aufgebrachten Solarzellenstränge veranschaulicht. Hierbei sind Solarzellen verwendet, bei denen die beiden Pole, also deren Pluspol und deren Minuspol auf unterschiedlichen Seiten der Solarzellen ausgeführt sind. Ersichtlich ist in dieser Verschaltungsvariante der Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte so gewählt, dass die erste Verschaltungseinrichtung VE10 die S-förmigen, längs zur Förderrichtung der ersten Transportbahn TB10 orientierten Verschaltungsabschnitte auf und unter die Solarzellen/die erste Transportbahn TB10 aufbringt. Dabei wird die erste Transportbahn TB10 schrittweise vorwärts und rückwärts bewegt, um die Verschaltung auch unter die untere Seite der Solarzellen zu bringen. Die zweite Verschaltungseinrichtung VE10 liefert die quer zur Förderrichtung der ersten Transportbahn TB10 orientierten Verschaltungsabschnitte.
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Es sei verstanden, dass die Verschaltung der einzelnen Solarzellen zu Solarzellensträngen, und die Verschaltung der Solarzellenstränge zu Solarmodulen oder Solarmodulsträngen in unterschiedlicher, den gewünschten Abmessungen und elektrischen Anschlusswertgen geschuldet, in vielen unterschiedlichen Varianten auszuführen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008046327 A1 [0005]
- EP 0111394 A2 [0006]
- DE 3423172 C2 [0007]