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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Solarzellenstrings, bei dem die Mehrzahl der Solarzellen miteinander elektrisch verschaltet werden.
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Anders als bei Dünnschicht-Solarmodulen, bei deren Herstellung sich eine monolithische Verschaltung der einzelnen Solarzellen zu einem Solarmodul realisieren lässt, sind Wafer-Solarzellen üblicherweise in einem hybriden Aufbau über metallische Verbinder, beispielsweise in Form von Lötbändchen, elektrisch miteinander verschaltet. Eine Mehrzahl auf diese Weise in einer Reihe miteinander verschalteter Solarzellen bezeichnet man üblicherweise als Solarzellenstring, wobei mehrere nebeneinander angeordnete Strings zur Bildung eines Solarmoduls elektrisch miteinander gekoppelt sind.
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Ein solcher Solarzellenstring umfasst eine Solarzelle, gebildet aus einem Wafersubstrat mit einem Kontakt beispielsweise in Form eines flächigen Elektroden-Kontaktabschnitts wie einem Busbar, eine benachbart zur Solarzelle angeordnete weitere Solarzelle, gebildet aus einem weiteren Wafersubstrat mit einem weiteren Kontakt und mindestens einen sich entlang einer Erstreckungsrichtung vom Kontakt der Solarzelle zum weiteren Kontakt der weiteren Solarzelle erstreckenden Verbinder. Der Verbinder ist üblicherweise bandförmig ausgebildet und weist eine Verbinderbreite und eine Verbinderhöhe auf. Die Verbinderhöhe und die Verbinderbreite erstrecken sich senkrecht zu einer Verbinderlänge, die sich in eine Erstreckungsrichtung erstreckt, entlang der benachbarte Solarzellen angeordnet sind, die mittels des Verbinders miteinander verschaltet sind.
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In 2 ist ein Solarzellenstring gemäß Stand der Technik gezeigt. Der Solarzellenstring (nicht gezeigt) weist eine Solarzelle 3 mit einem Kontakt (nicht gezeigt), eine weitere Solarzelle 4 mit einem weiteren Kontakt (nicht gezeigt) auf, die über einen Verbinder 5 miteinander elektrisch verschaltet sind.
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Die Solarzelle 3 weist eine einseitig positiv dotierte Materialeinheit 31 und eine einseitig negativ dotierter Materialeinheit 32 zur Ausformung eines p-n-Übergangs auf, und die weitere Solarzelle 4 weist eine weitere einseitig positiv dotierte Materialeinheit 41 und eine weitere einseitig negativ dotierte Materialeinheit 32 zur Ausformung eines weiteren p-n-Übergangs auf.
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Der Verbinder 5 erstreckt sich mit seiner Verbinderlänge (nicht gezeigt) entlang einer Erstreckungsrichtung E, entlang der die Solarzellen 3, 4 benachbart zueinander angeordnet sind. Der Verbinder 5 weist einen ersten Verbinderabschnitt 51, der angrenzend insbesondere unterhalb der Solarzelle 3 angeordnet ist, einen zweiten Verbinderabschnitt 52, der angrenzend insbesondere oberhalb der weiteren Solarzelle 4 angeordnet ist, und einen dritten Verbinderabschnitt 53 auf, der sich zwischen der Solarzelle 3 und der weiteren Solarzelle erstreckt 4 und den ersten Verbinderabschnitt 51 mit dem zweiten Verbinderabschnitt 52 verbindet. Bei dem dritten Verbinderabschnitt 53 handelt es sich also um einen Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Verbinderabschnitt 52 und dem zweiten Verbinderabschnitt 52.
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Der Verbinder 5 ist als Runddraht-Verbinder ausgebildet, so dass die Verbinderabschnitte 51, 52, 53 alle einen kreisförmigen Querschnitt sowie eine gleiche Verbinderbreite und -höhe aufweisen, die sich jeweils senkrecht zur Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Verbinderabschnitte 51, 52, 53 sind integral ausgebildet und weisen alle den gleichen Querschnitt auf.
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Der Verbinder 5 verbindet bei der Solarzelle 3 die positiv dotierte Materialeinheit 31 mit der weiteren negativ dotierten Materialeinheit 42 der weiteren Solarzelle 4 zur Erzeugung des in Reihe geschalteten Solarzellenstrings 1. Dabei kontaktiert der Verbinder 5 eine lichtzugewandte Frontseite (nicht gezeigt) der Solarzelle 3 mit einer lichtabgewandten Rückseite (nicht gezeigt) der weiteren Solarzelle 4. Es entsteht in einem Zwischenraum zwischen den Solarzellen 3, 4 ein geometrischer Sprung definierter Höhe, die nachfolgend auch als Sprunghöhe bezeichnet wird.
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Typischerweise werden Verbinder mit einem Kupferkern und einer äußeren Beschichtung aus einer lötfähigen Zinn-Legierung zur elektrischen Verbindung mit dem Kontakt der Solarzelle bzw. dem weiteren Kontakt der weiteren Solarzelle eingesetzt. Es sind aber auch Verbinder mit anderen metallischen oder nichtmetallischen leitfähigen Grund-Materialen und Beschichtungen denkbar (z.B. Aluminium, leitfähige Kunststoffe, Kohlefaser usw.). Verbinder sind materialbedingt lichtundurchlässig und führen auf der lichtzugewandten aktiven Solarzellen-Oberfläche zwangsweise zu Abschattungseffekten und damit zu Lichtausbeute-Verlusten im Solarmodul. In der Photovoltaikindustrie kommen Verbinder unterschiedlicher Formen zum Einsatz. Bekannt sind Flachdraht-Verbinder und Runddraht-Verbinder. Flachdraht-Verbinder weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, während Runddraht-Verbinder einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
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DE 10 2006 049 603 A1 beschreibt einen Flachdraht-Zellverbinder mit einer Schicht zur elektrischen Kontaktierung von zwei flächigen Stromquellen, wobei der Zellverbinder aus mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht gebildet ist, die mindestens einen Kontaktbereich zu Kontaktierung von jeder der Stromquellen aufweist.
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Ferner beschreibt
JP 2004- 200 515 A einen Flachdraht-Verbinder, der einen ersten Verbinderabschnitt und zweiten Verbinderabschnitt, die zu jeweils einer Solarzelle angrenzend angeordnet sind, und einen dazwischen liegenden dritten Verbinderabschnitt aufweist, der eine zu der Erstreckungsrichtung des Flachdraht-Verbinders senkrechte Breite aufweist, die größer ist als die entsprechende Breite der ersten und zweiten Verbinderabschnitte ist.
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DE 10 2015 001 942 A1 beschreibt ein Solarzellenmodul, bei dem ein Querschnitt eines Lötbändchens nicht konstant ist, sondern vom Anfang einer Solarzelle in Richtung der benachbarten Solarzelle zunimmt.
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JP 2010- 16 246 A beschreibt einen Zellverbinder, der sich zu seinen Enden hin verjüngt.
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Flachdraht-Verbinder weisen eine vergleichsweise höhere Abschattung auf der aktiven Solarzellen-Oberfläche auf, führen bei einem hohen Materialquerschnitt im Leiter zu vergleichsweise geringen ohmschen Materialwiderstandsverlusten, führen jedoch gleichzeitig zu vergleichsweise geringen geometrischen Sprüngen in Überlappbereichen, in denen der Verbinder in einem Zwischenraum zwischen den benachbarten Solarzellen angeordnet ist. Die geringe Sprunghöhe resultiert in niedrigeren mechanischen Beanspruchungen.
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US 2009 / 0 145 479 A1 beschreibt eine Solarzelle mit einem Zellverbinder mit einem dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, parallelogrammförmigen, rhombusförmigen oder octagonförmigen Querschnitt, der in einem spitzen Winkel auf der Oberfläche der Solarzelle angeordnet ist, um die Abschattung zu verringern.
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EP 2 525 395 A1 beschreibt eine Anlage, die ausgebildet ist, einen Zellverbinder herzustellen, der eine Klebeschicht und darin integrierte Drähte aufweist, die verschiedene Querschnitte aufweisen können. Dadurch wird eine Verlötung des Zellverbinders vermieden.
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EP 3 051 595 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden zweier Solarzellen mit einem Zellverbinder, bei dem der Zellverbinder verformt und/oder beschichtet wird, um seinen Querschnitt zu verändern, so dass Verbinderabschnitte, die sich angrenzend zur den Solarzellen befinden, einer Verformung und/oder Beschichtung unterzogen werden, während der dazwischen liegende Verbinderabschnitt nicht verformt oder beschichtet wird.
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Runddraht-Verbinder bieten den Vorteil eines optimierten Lichtreflexionswinkels zur Rückführung eigentlich vom Verbinder reflektierter Lichtstrahlen über eine Totalreflexion an einer Glas-Einkapselungs-Grenzfläche zurück zur aktiven Solarzelloberfläche, womit erhöhte Leistungen/Wirkungsgrade im Solarmodul erreicht werden. Es liegt jedoch in der Natur der Geometrie, dass runde Querschnitte bei gleichem Flächeninhalt einen höheren Durchmesser besitzen als die Höhe eines Rechtecks gleicher Breite. Dies erhöht die Problematik der eingebrachten mechanischen Spannung aufgrund des geometrischen Sprungs in den Zwischenräumen zwischen den Solarzellen, da sich dieser wiederum aus der Addition einer Höhe der Solarzellen und der Verbinderhöhe zusammensetzt. Zusätzlich besitzen Runddraht-Verbinder höhere Flächenträgheitsmomente und sind dadurch vor allem im Zusammenspiel mit herstellungsbedingt höheren Dehngrenzen im Material deutlich biegesteifer als die Flachdraht-Verbinder. Dieses Konstrukt führt daher zu erhöhten mechanischen Spannungseinträgen an den Solarzellen in den Überlappbereichen. Kräfte der Biegung der Verbinder werden dabei auf die Kanten des sprödbrechenden Silizium-Kristalls der Solarzelle übertragen.
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Alle aufgezeigten Zusammenhänge resultieren in ein Problem zwischen optimaler Lichtausbeute samt elektrischer Verlustminimierung auf der einen Seite und der mechanischen Problematik des Geometrie-Sprunges in Zusammenspiel mit der spröden und fragilen Materialeigenschaft der Silizium-Solarzellen auf der anderen Seite.
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JP 2007- 273 857 A offenbart einen Solarzellenstring mit Solarzellen, die über einen Verbinder miteinander verbunden sind, der auf der Lichteinfallseite angeordnete Runddrahtabschnitte und zumindest zwischen Zwischenräumen der Solarzellen angeordnete Flachdrahtabschnitte aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Flachdrahtabschnitt jeweils mit einer Rückseite der Solarzelle verbunden, während in anderen Ausführungsformen ein Verbinder mit zwei Runddrahtabschnitten und einem Flachdrahtabschnitt derart vorgesehen sein kann, dass der Flachdrahtabschnitt nur in dem Zwischenraum angeordnet ist und ein Runddrahtabschnitt mit der Rückseite der Solarzelle verbunden werden kann. Schließlich offenbart dieses Dokument ein Verfahren, in dem zuerst der Runddrahtabschnitt mit der Lichteinfallsseite einer Solarzelle verbunden wird, der restliche Teil des Drahts verformt wird und der daraus entstandene Fachdrahtabschnitt mit einer der Lichteinfallsseite abgewandten Seite einer weiteren Solarzelle verbunden wird.
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JP 2014- 192 367 A offenbart einen Solarzellenstring mit mehreren Solarzellen und einem Verbinder mit in einem plattgewalzten Zwischenbereich zwischen den Solarzellen, einem ersten Bereich, der auf der Solarzelle 1 angeordnet ist, und einem zweiten Bereich, der einen Endbereich des Zwischenbereichs darstellt und die Solarzelle zusammen mit dem Bereich kontaktiert. In einem dort ebenfalls offenbarten Verfahren wird der Verbinder in dem Zwischenbereich plattgewalzt und mit den Solarzellen verbunden
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des Solarzellenstrings bereitzustellen, mit denen die vorstehenden Probleme überwunden oder zumindest minimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Unteransprüchen.
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Bei dem hergestellten Solarzellenstring sind insbesondere lokale mechanische Spannungseinträge vom Verbinder in die Solarzelle am Überlappbereich, d.h. im Zwischenraum zwischen den Solarzellen, reduziert, ohne einen elektrischen Fluss durch den Verbinder zu behindern und so gleichzeitig die optischen und elektrischen Vorteile eines Verbinders mit relativ hohem Aspektverhältnis auf dem Großteil der aktiven Solarzellfläche beizubehalten. Weiterhin wird lokal an den Überlappbereichen das Aspektverhältnis des Verbinders verringert, sodass sich in Biegerichtung das Flächenträgheitsmoment verringert, um die mechanischen Spannungen in diesem Bereich zu minimieren. Dadurch verringert sich die Steifigkeit vor allem durch die Verringerung des Flächenträgheitsmoments in Biegerichtung. Zudem kann ein relativ geringer Abstand zwischen der Solarzelle und der weiteren Solarzelle realisiert werden, so dass kleinere Solarmodule hergestellt werden und so Materialien eingespart werden können. Es wird erhöhte Flächeneffizienz der Solarmodule erreicht.
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Der hergestellte Solarzellenstring weist ein vergleichsweise geringes Zellbruchverhalten, eine vergleichsweise hohe Produktionsausbeute auch durch vergleichsweise wenig Nacharbeit und Ausschuss sowie eine erhöhte Langlebigkeit des Solarzellenstrings und des den Solarzellenstring aufweisenden Solarmoduls und eine vergleichsweise geringe Reklamationsrate auf. Weiterhin weist der Solarzellenstring in dem Solarmodul eine vergleichsweise hohe Modulleistungsklasse bzw. Flächeneffizienz im Solarmodul auf, weil ein vergleichsweise geringer Abstand zwischen der Solarzelle und der weiteren Solarzelle realisierbar und ein Verbinder mit einer vergleichsweisen geringen Abschattung auf der aktiven Solarzellenoberfläche einsetzbar ist. Der Solarzellenstring ist weiterhin kostengünstig. Zudem sind vergleichsweise geringe Transportschäden beim Transport des Solarzellenstrings bzw. Solarmoduls zu erwarten.
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Der Verbinder erstreckt sich in der Erstreckungsrichtung von einer Solarzelle zur weiteren Solarzelle, und weist eine Verbinderbreite und eine Verbinderhöhe auf. Die Verbinderhöhe erstreckt sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Verbinders und senkrecht zur Solarzellenoberfläche, und die Verbinderbreite erstreckt sich parallel zur Solarzellenoberfläche, somit senkrecht zur Verbinderhöhe und zur Erstreckungsrichtung. Die Erstreckungsrichtung, Verbinderhöhe und Verbinderbreite bilden daher ein kartesisches Koordinatensystem, bei dem die Verbinderbreite eine x-Achse, die Erstreckungsrichtung eine y-Achse und die Verbinderhöhe eine z-Achse darstellt. Das Aspektverhältnis errechne sich aus der Verbinderhöhe geteilt durch die Verbinderbreite. Der Querschnitt, der das Aspektverhältnis definiert, ist ein Querschnitt des Verbinders und erstreckt sich in der vorliegend verwendeten Definition entlang der x-z-Achse.
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Der erste und der zweite Verbinderabschnitt weisen bevorzugt jeweils eine Verbinderhöhe auf, die größer ist als die Verbinderhöhe des dritten Verbinderabschnitts. Der erste und der zweite Verbinderabschnitt weisen bevorzugt jeweils eine Verbinderbreite auf, die kleiner ist als die Verbinderbreite des dritten Verbinderabschnitts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Flächeninhalt des ersten Verbinderabschnitts gleich oder im Wesentlichen gleich zu einem zweiten Flächeninhalt des zweiten Verbinderabschnitts und/oder zu einem dritten Flächeninhalt des dritten Verbinderabschnitts. In anderen Worten weist der erste Verbinderabschnitt einen Querschnitt mit einem ersten Flächeninhalt auf, der gleich ist zu einem der oder beiden Flächeninhalten der Querschnitte der beiden anderen Verbinderabschnitte. Bevorzugt sind der erste, der zweite und der dritte Flächeninhalt gleich oder im Wesentlichen gleich. Dadurch entstehen keine elektrischen Verluste im Verbinder.
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Der Querschnitt des ersten Verbinderabschnitts und des zweiten Verbinderabschnitt sind jeweils oval oder kreisförmig ausgebildet. D.h., diese Verbinderabschnitte sind als Flach- oder Runddraht ausgebildet, deren Vorteile vorstehend beschrieben sind. Bevorzugter ist der Querschnitt des ersten Verbinderabschnitts und des zweiten Verbinderabschnitts jeweils kreisförmig ausgebildet. Die Vorteile von Runddraht-Verbindern, die vorstehend beschrieben sind, können somit bei den ersten und zweiten Verbinderabschnitten auf einem Großteil der aktiven Solarzellenoberfläche beibehalten werden, da ihre Geometrie zu den Runddraht-Verbindern gleich oder im Wesentlichen gleich ist. Während die Verbinderbreite von Flachdraht-Verbindern zu einer fast 100%igen Abschattung der sich unterhalb des Verbinders befindenden aktiven Solarzellenoberfläche führen, ist die Abschattungswirkung eines Runddraht-Verbinders durch seine Breite wesentlich geringer, im Bereich von etwa 35%, aufgrund seiner reduzierten Gesamtbreite im Vergleich zum Flachdraht-Verbinder und einer internen Reflexion im Solarmodul. Runddraht-Verbinder bieten den Vorteil optimierter Lichtreflexionswinkel zur Rückführung eigentlich vom Verbinder reflektierter Lichtstrahlen über eine Totalreflexion an der Glas-Einkapselungs-Grenzfläche zurück zur aktiven Solarzelloberfläche, womit erhöhte Leistungen/Wirkungsgrade erreicht werden.
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In einem Beispiel weist der sich zwischen der Solarzelle und der weiteren Solarzelle erstreckende dritte Verbinderabschnitt weiterhin einen Übergangsbereich benachbart zu der Solarzelle und/oder der weiteren Solarzelle auf. Der Übergangsbereich ist ein Bereich des dritten Verbinderabschnitts, in dem er zu dem ersten bzw. dem zweiten Verbinderabschnitt derart übergeht, so dass er im Solarzellenrandbereich oberhalb oder unterhalb der Solarzelle bzw. der weiteren Solarzelle verläuft. Dadurch kann eine Sprunghöhe weiterhin reduziert werden, da sich die Sprunghöhe aus der Höhe der Solarzellen und der Verbinderhöhe im Solarzellenrandbereich summiert.
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Im Sinne der Erfindung ist der Ausdruck „angrenzend“ derart zu verstehen, dass der erste bzw. der zweite Verbinderabschnitt unterhalb bzw. oberhalb der Solarzelle aufliegend auf diese angeordnet ist, wobei sich ggf. eine Zwischenschicht beispielsweise ein Busbar zwischen der jeweiligen Solarzelle und dem jeweiligen Verbinderabschnitt befinden kann. Der Ausdruck „benachbart“ ist derart zu verstehen, dass der dritte Verbinderabschnitt unterhalb bzw. oberhalb der Solarzelle angeordnet ist, wobei er auf ihr aufliegt oder nicht aufliegt. Der Übergangsbereich umfasst auch einen Bereich, in dem der dritte Verbinderabschnitt in den ersten bzw. zweiten Verbinderabschnitt übergeht und umgekehrt. Der erste, zweite und dritte Verbinderabschnitt sind bevorzugt integral ausgebildet. Dadurch kann es Übergangsbereiche zwischen dem ersten bzw. Verbindungsabschnitt und dem dritten Verbindungsabschnitt geben, die andere Querschnitte und/oder andere Aspektverhältnisse aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das erste Aspektverhältnis im Bereich von 0,8 mm bis 1,2 mm und liegt das zweite Aspektverhältnis im Bereich von 0,8 mm bis 1,2 mm. Bevorzugt weist der erste Verbinderabschnitt eine Verbinderhöhe im Bereich von 0,15 mm bis 0,45 mm und eine Verbinderbreite im Bereich von 0,15 mm bis 0,45 mm auf. Bevorzugt weist der zweite Verbinderabschnitt eine Verbinderhöhe im Bereich von 0,15 mm bis 0,45 mm und eine Verbinderbreite im Bereich von 0,15 mm bis 0,45 mm auf. Bevorzugt weist der dritte Verbinderabschnitt eine Verbinderhöhe im Bereich von 0,05 mm bis 0,25 mm und eine Verbinderbreite im Bereich von 0,2 mm bis 0,7 mm auf. Bevorzugt liegt ein Abstand zwischen der Solarzelle und der weiteren Solarzelle im Bereich von 0 mm bis 5,5 mm. Bevorzugt liegt eine Sprunghöhe im Bereich von 0,25 mm bis 0,45 mm, wobei die Sprunghöhe eine Höhe darstellt, die der Verbinder überwinden muss, um die Solarzelle mit der weiteren Solarzelle elektrisch zu verschalten und die sich parallel zu der Verbinderhöhe erstreckt.
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Herstellbar ist zudem Solarmodul, das einen Solarzellenstring nach einer oder mehrerer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Das Solarmodul weist den Solarzellenstring mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen auf.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings mit einer Solarzelle und einer weiteren Solarzelle, die mittels eines Verbinders elektrisch miteinander verbunden sind, der einen ersten Verbinderabschnitt, einen zweiten Verbinderabschnitt und einen dritten Verbinderabschnitt aufweist, aufweisend folgende Schritte:
- a) Verbinden des ersten Verbinderabschnitts mit einem Kontakt der Solarzelle, der einen Querschnitt mit einem ersten Aspektverhältnis aufweist,
- b) Verbinden des zweiten Verbinderabschnitts mit einem Kontakt der weiteren Solarzelle, der einen Querschnitt mit dem ersten Aspektverhältnis aufweist, und
- c) Verformen des dritten Verbinderabschnitts derart, dass der dritte Verbindungsabschnitt einen Querschnitt mit einem zweiten Aspektverhältnis aufweist, das kleiner ist als das erste Aspektverhältnis.
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Erfindungsgemäß werden die Schritte a) und b) vor und/oder gleichzeitig mit dem Schritt c) durchgeführt. Dies führt zu einer Zeitersparnis.
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Dies ist ein einfaches und kostengünstiges Verfahren, mittels dessen ein Solarzellenstring mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen hergestellt wird. Alle drei Verbinderabschnitte sind aus dem gleichen Ausgangsmaterial hergestellt, lediglich der dritte Verbinderabschnitt wird verformt. Dadurch werden Bruchstellen an Verbindungsstellen im Gegensatz zu einem Verfahren vermieden, bei dem die Verbinderabschnitte miteinander verbunden werden.
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Der Verbinder ist bevorzugt integral ausgebildet, und der dritte Verbinderabschnitt wird in dem Schritt c) durch ein lokales Umformen des Verbinders zur Beeinflussung seines Aspektverhältnisses gebildet.
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Nicht zur Erfindung gehörig werden die Schritte a) und b) nach dem Schritt c) durchgeführt. Nicht zur Erfindung gehörig wird der Schritt c) unter Verwendung von Rollen, Walzen oder Stempeleinheiten nach einem Schritt des Abrollens des Verbinders durchgeführt. Dieser Prozessschritt kann leicht in eine Produktionsmaschine in Form eines Lötautomaten integriert werden. Der Prozessschritt c) kann daher direkt in einen Prozess zur Realisierung der Schritte a) und b) eingebettet werden. Nicht erfindungsgemäß würde der Schritt c) unter Verwendung von Rollen, Walzen oder Stempeleinheiten vor einem Schritt des Aufrollens des Verbinders auf Transportrollen, Coils oder Spulen durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt c) Verformen des dritten Verbinderabschnitts ein Plattdrücken des dritten Verbinderabschnitts.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht:
- 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls;
- 2 eine Teil-Querschnittansicht eines Solarzellenstrings gemäß Stand der Technik;
- 3 Querschnittsansichten von Verbinderabschnitten des in 1 gezeigten Verbinders;
- 4 eine perspektivische Teilansicht des in 1 gezeigten Verbinders;
- 5 einen Verfahrensschritt eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des in 4 gezeigten Verbinders;
- 6a und 6b Querschnittansichten eines Solarzellenstrings gemäß Stand der Technik (6a) und nicht erfindungsgemäß (6b); und
- 7 eine Draufsicht auf den in 6b gezeigten nicht erfindungsgemäßen Solarzellenstring.
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1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls. Das Solarmodul weist eine Solarzell-Matrix 2 auf, die zwei Solarzellenstrings 1 aufweist. Die Solarzellenstrings 1 weisen mehrere Solarzellen beispielsweise eine Solarzelle 3 und eine weitere Solarzelle 4 auf, die mittels eines Verbinders 5 miteinander elektrisch verschaltet sind, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckt.
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2 zeigt eine Teil-Querschnittansicht eines Solarzellenstrings gemäß Stand der Technik und ist vorstehend bereits beschrieben.
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3 zeigt Querschnittsansichten von Verbinderabschnitten des in 1 gezeigten Verbinders. Gezeigt ist ein Querschnitt des ersten bzw. zweiten Verbinderabschnitts 51 bzw. 52, die identisch sind, und ein Querschnitts des dritten Verbinderabschnitts 53. Der Querschnitt des ersten bzw. zweiten Verbinderabschnitts 51 bzw. 52 ist kreisförmig ausgebildet und weist eine erste Verbinderhöhe H1, eine erste Verbinderbreite B1 und einen ersten Flächeninhalt A1auf. Der Querschnitt des dritten Verbinderabschnitts 53 weist eine zweite Verbinderhöhe H2, eine zweite Verbinderbreite B2 und einen zweiten Flächeninhalt A2 auf. Die erste Verbinderbreite B1 ist kleiner als die zweite Verbinderbreite B2. Die erste Verbinderhöhe H1 ist größer als die zweite Verbinderhöhe H2. Dadurch ist das erste Aspektverhältnis, das sich aus H1 geteilt durch B1, d.h. H1/B1 ergibt, größer als das zweite Aspektverhältnis, das sich aus H2 geteilt durch B2, d.h. H2/B2 ergibt. Der erste Flächeninhalt A1 ist gleich dem zweiten Flächeninhalt A2. Die erste und zweite Verbinderbreite B1, B2, die erste und zweite Verbinderhöhe H1, H2 und eine Erstreckungsrichtung (nicht gezeigt) des Verbinders (nicht gezeigt) bilden ein kartesisches Koordinatensystem, bei dem die erste und zweite Verbinderbreite B1, B2 sich entlang einer x-Achse erstrecken, die erste und zweite Verbinderbreite H1, H2 sich entlang einer z-Achse erstrecken und die Erstreckungsrichtung (nicht gezeigt) sich entlang einer y-Achse erstreckt.
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4 zeigt eine perspektivische Teilansicht des in 1 gezeigten Verbinders. Der Verbinder 5 erstreckt sich entlang der Erstreckungsrichtung E und weist den ersten Verbinderabschnitt 51, den zweiten Verbinderabschnitt 52 und den dritten Verbinderabschnitt 53 auf, der zwischen dem ersten Verbinderabschnitt 51 und dem zweiten Verbinderabschnitt 52 angeordnet ist. Der erste Verbinderabschnitt 51 und der zweite Verbinderabschnitt 52 weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf und sind runddrahtförmig ausgebildet. Der dritte Verbinderabschnitt 53 ist im Vergleich zu dem ersten Verbinderabschnitt 51 und dem zweiten Verbinderabschnitt 52 flach bzw. platt gedrückt. D.h., der dritte Verbinderabschnitt 53 weist eine Verbinderbreite (nicht gezeigt), die größer ist eine Verbinderbreite (nicht gezeigt) des ersten Verbinderabschnitts 51 bzw. des zweiten Verbinderabschnitts 52, und eine Verbinderhöhe (nicht gezeigt) auf, die kleiner ist als eine Verbinderhöhe (nicht gezeigt) des ersten Verbinderabschnitts 51 bzw. des zweiten Verbinderabschnitts 52, wie in 3 dargestellt. Der Verbinder 5 ist aus einem einzigen Ausgangsmaterial geformt, d.h. die Verbinderabschnitte 51, 52, 53 sind integral ausgebildet.
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5 zeigt einen Verfahrensschritt eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des in 4 gezeigten Verbinders. 5 zeigt den Verfahrensschritt des Verformen des dritten Verbinderabschnitts 53 derart, dass der dritte Verbindungsabschnitt 53 einen Querschnitt mit einem zweiten Aspektverhältnis aufweist, das kleiner ist als ein erstes Aspektverhältnis eines Querschnitts des ersten Verbinderabschnitts bzw. des zweiten Verbinderabschnitts 52. Mittels Rollen 6 wird der dritte Verbinderabschnitt 52 platt bzw. flach gedrückt.
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6a und 6b zeigen Querschnittansichten eines Solarzellenstrings gemäß Stand der Technik (6a) und eines erfindungsgemäßen Solarzellenstrings (6b).
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Der in 6a gezeigte Solarzellenstring 1 entspricht dem in 2 gezeigten Solarzellenstring 1 mit dem Unterschied, dass ein Abstand D1 zwischen der Solarzelle 3 und der weiteren Solarzelle 4 und eine Sprunghöhe SH1 visualisiert sind, wobei die Sprunghöhe SH1 eine Höhe darstellt, die der Verbinder 5 überwinden muss, um die Solarzelle 3 mit der weiteren Solarzelle 4 elektrisch zu verschalten. Die Sprunghöhe SH1 wird durch Addition einer Solarzellenhöhe (nicht gezeigt) und der Verbinderhöhe (nicht gezeigt) erhalten.
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Der in 6b gezeigte nicht erfindungsgemäße Solarzellenstring 1 entspricht der in 6a gezeigten Solarzellenstring mit dem Unterscheid, dass er anstelle eines Runddraht-Verbinders 5 den in 4 gezeigten Verbinder 5 aufweist. Der Verbinder 5 weist den ersten Verbinderabschnitt 51 und den zweiten Verbinderabschnitt 52 auf, die den in 6a gezeigten Verbinderabschnitten 51, 52 entsprechen. Der Verbinder 5 weist aber den dritten Verbinderabschnitt 53 auf, der im Gegensatz zu dem in 6a gezeigten dritten Verbinderabschnitt 53 und den ersten und zweiten Verbinderabschnitten 51 und 52 ein kleineres zweites Aspektverhältnis aufweist, weil er im Vergleich zu ihren kreisrunden Querschnitten platt gedrückt ist.
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Der Verbinderabschnitt 53 erstreckt sich zwischen dem ersten Verbinderabschnitt 51 und dem zweiten Verbinderabschnitt 52 und verbindet sie. Der erste Verbinderabschnitt 51 bzw. der zweite Verbinderabschnitt 52 ist angrenzend zu der Solarzelle 3 bzw. der weiteren Solarzelle 4 angeordnet. Der Verbinderabschnitt 53 ist zwischen den Solarzellen 3, 4 angeordnet und weist jeweils einen Übergangsbereich 7 auf, in dem er benachbart zu den Solarzelle 3, 4 angeordnet ist. In dem Übergangsbereich 7 ist der Verbinderabschnitt 53 unterhalb von der Solarzelle 3 bzw. oberhalb der weiteren Solarzelle 4 angeordnet, wobei er diese berühren kann oder nicht. Aufgrund der geringeren Verbinderhöhe (nicht gezeigt) im Übergangsbereich 7 ist eine Sprunghöhe SH2 kleiner als die in 6a gezeigte Sprunghöhe SH1 und ein Abstand D2 zwischen der Solarzelle 3 und der weiteren Solarzelle 4 ist kleiner als der in 6a gezeigte Abstand D1.
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7 zeigt eine Draufsicht auf den in 6b gezeigten nicht erfindungsgemäßen Solarzellenstring. Der erste Verbinderabschnitt (nicht gezeigt) und der zweite Verbinderabschnitt 52 sind als Runddraht ausgebildet, so dass der Solarzellenstring 1 auf einem Großteil der aktiven Solarzellenoberfläche der Solarzellen 3, 4 Vebinderabschnitte 52 mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der dritte Verbinderabschnitt 53 ist im Vergleich zu dem kreisrunden Querschnitt des zweiten Verbinderabschnitts 52 lokal deformiert, so dass sein zweites Aspektverhältnis kleiner ist als das erste Aspektverhältnis des Verbinderabschnitts 52.
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Bezugszeichenliste
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- A1
- erster Flächeninhalt
- A2
- zweiter Flächeninhalt
- B1
- erste Breite
- B2
- zweite Breite
- D1
- erster Abstand zwischen Solarzellen
- D2
- zweiter Abstand zwischen Solarzellen
- E
- Erstreckungsrichtung
- H1
- erste Höhe
- H2
- zweite Höhe
- SH1
- erste Sprunghöhe
- SH2
- zweite Sprunghöhe
- 1
- Solarzellenstring
- 2
- Solarzellenmatrix
- 3
- Solarzelle
- 31
- positiv dotierte Materialeinheit
- 32
- negativ dotierte Materialeinheit
- 4
- weitere Solarzelle
- 41
- weitere positiv dotierte Materialeinheit
- 42
- weitere negativ dotierte Materialeinheit
- 5
- Verbinder
- 51
- erster Verbinderabschnitt
- 52
- zweiter Verbinderabschnitt
- 53
- dritter Verbinderabschnitt
- 6
- Rolle
- 7
- Übergangsbereich
