DE202020005915U1 - Test rail for solar cells - Google Patents
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Abstract
Prüfschiene (10) für die lösbare elektrische Kontaktierung eines elektrisch leitfähigen Substrats, insbesondere einer busbarlosen Solarzelle, aufweisend
einen länglichen lamellenförmigen Grundkörper (2) mit einer Mehrzahl daran einseitig angeordneter und integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Kontaktelemente (3),
wobei die Kontaktelemente (3) jeweils einen endseitig angeordneten linearen Kontaktierungsabschnitt (4) aufweisen, welcher sich mit vordefinierter Länge (L1) parallel zu einer Längserstreckungsrichtung (L) des Grundkörpers (2) erstreckt, und
ein jeweils zwischen Grundkörper (2) und Kontaktierungsabschnitt (4) angeordnetes Federelement (5), welches sich im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung (L) des Grundkörpers (2) in mäanderartiger Weise zwischen Grundkörper (2) und Kontaktierungsabschnitt (4) und in einer Ebene mit dem Grundkörper (2) liegend derart erstreckt, dass eine Breitenerstreckung (B) des Federelements (5) parallel zur Längserstreckungsrichtung (L) des Grundkörpers (2) größer als die Länge (L1) des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts (4) ist.
Having a test rail (10) for the detachable electrical contacting of an electrically conductive substrate, in particular a solar cell without a busbar
an elongated, lamellar base body (2) with a plurality of contact elements (3) arranged on one side and formed integrally with the base body,
wherein the contact elements (3) each have a linear contacting section (4) arranged at the end, which extends with a predefined length (L1) parallel to a longitudinal extension direction (L) of the base body (2), and
a spring element (5) arranged between the base body (2) and the contacting section (4), which is essentially perpendicular to the longitudinal direction (L) of the base body (2) in a meandering manner between the base body (2) and the contacting section (4) and in one plane lying with the base body (2) in such a way that a width extension (B) of the spring element (5) parallel to the longitudinal extension direction (L) of the base body (2) is greater than the length (L1) of the respective contacting section (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfschiene und eine zugehörige Prüfvorrichtung zur Prüfung von busbarlosen bzw. stromschienenlosen Solarzellen, insbesondere zum lösbaren Kontaktieren von Fingerelektroden der Solarzelle.The present invention relates to a test rail and an associated test device for testing solar cells without busbars or busbars, in particular for detachably contacting finger electrodes of the solar cell.
Vorrichtungen und entsprechend ausgebildete Mess- oder Prüfelemente zur lösbaren elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle zu Prüfzwecken sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere ist es hierbei bekannt auf der Solarzelle angeordnete Stromschienen bzw. sogenannte „Busbars“ von Solarzellen elektrisch durch Andruck zu kontaktieren. Bei gleichzeitiger Lichtbeaufschlagung unter Durchführung einer Strom- und/oder Spannungsmessung mittels der entsprechenden Prüfvorrichtung aufweisend ein oder mehrere Mess- oder Prüfelemente kann eine Überprüfung und somit eine qualitative Beurteilung der Solarzelle erfolgen. Neuartigere Solarzellen weisen einen busbarlosen Aufbau auf, bei welchem lediglich die auf der Solarzelle parallel angeordneten Fingerelektroden bzw. sogenannte „Cell finger“ vorhanden sind. Derartige Solarzellen
ermöglichen eine Bereitstellung einer erhöhten Zelldichte und weisen lediglich die vorgenannten in vordefinierten Abständen parallel angeordneten Fingerelektroden für einen möglichen Prüfabgriff auf.Devices and correspondingly designed measuring or testing elements for detachable electrical contacting of a solar cell for testing purposes are known from the prior art. In particular, it is known to electrically contact current rails or so-called “busbars” of solar cells arranged on the solar cell by pressing on them. With simultaneous exposure to light while carrying out a current and/or voltage measurement using the corresponding test device having one or more measuring or test elements, a check and thus a qualitative assessment of the solar cell can be carried out. Newer types of solar cells have a structure without busbars, in which only the finger electrodes or so-called “cell fingers” arranged in parallel on the solar cell are present. Such solar cells
allow an increased cell density to be provided and only have the aforementioned finger electrodes arranged in parallel at predefined intervals for a possible test tap.
Die
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Basierend auf dem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Prüfelement zur Prüfung von Solarzellen, insbesondere zur Prüfung von busbarlosen Solarzellen bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik adressiert. Insbesondere soll dieses neben einer hohen Kontaktgüte und hohen Prüfqualität eine einfache konstruktive Ausgestaltung und zuverlässige Kontaktierung für eine Vielzahl von Prüfzyklen ermöglichen.Based on the known prior art, it is the object of the present invention to provide an improved test element for testing solar cells, in particular for testing solar cells without busbars, which addresses the aforementioned disadvantages of the prior art. In particular, in addition to a high contact quality and high test quality, this should enable a simple structural design and reliable contacting for a large number of test cycles.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Prüfschiene und eine Prüfvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by a test rail and a test device according to the independent claims. The dependent claims describe advantageous developments of the present invention.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Prüfschiene für die lösbare elektrische Kontaktierung eines elektrisch leitfähigen Substrats, insbesondere einer busbarlosen Solarzelle, aufweisend einen länglichen lamellenförmigen Grundkörper mit einer Mehrzahl daran einseitig angeordneter und integral mit dem Grundkörper ausgebildeten Kontaktelemente, wobei die Kontaktelemente jeweils einen endseitig angeordneten linearen Kontaktierungsabschnitt aufweisen, welcher sich mit vordefinierter Länge parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers erstreckt, und ein jeweils zwischen Grundkörper und Kontaktierungsabschnitt angeordnetes Federelement, welches sich im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers in mäanderartiger Weise zwischen Grundkörper und Kontaktierungsabschnitt und in einer Ebene mit dem Grundkörper liegend derart erstreckt, dass eine Breitenerstreckung des Federelements parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers größer als die Länge des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts ist.In a first aspect, the present invention relates to a test rail for the detachable electrical contacting of an electrically conductive substrate, in particular a busbarless solar cell, having an elongated, lamellar base body with a plurality of contact elements arranged on one side and formed integrally with the base body, the contact elements each having one end arranged linear contacting section, which extends with a predefined length parallel to a longitudinal direction of the base body, and a spring element arranged between the base body and the contacting section, which extends essentially perpendicularly to the longitudinal direction of the base body in a meandering manner between the base body and the contacting section and in a plane with the Base body lying extends such that a width extension of the spring element is parallel to the longitudinal direction of the base body greater than the length of the respective contacting section.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Prüfschiene ermöglicht durch die Kombination aus linearem Kontaktierungsabschnitt und der erfindungsgemäßen Ausbildung des Federelements eine erhöhte Kontaktgüte beim Kontaktieren der Fingerelektroden einer zu prüfenden Solarzelle unter relativ geringer Kraftbeaufschlagung beim Prüfvorgang. Durch die gewählte Breitenerstreckung des mäanderartigen Federelements, welche größer als die jeweilige Länge des Kontaktierungsabschnitts ist, wird einerseits eine effektive Federwirkung für eine hohe Anzahl von Prüfzyklen bereitgestellt und gleichzeitig eine stabile Ausrichtung des Kontaktierungsabschnitts auch im eingefederten Zustand der Kontaktelemente erzielt. Hierbei wird eine Verkipp- und/oder Verschiebeneigung des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts beim Kontaktieren der Fingerelektroden insbesondere gegenüber gewinkelten Federelementen aus dem Stand der Technik vermieden. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein relativ hoher Hub der Kontaktelemente und eine nahe Aneinanderreihung benachbarter Kontaktierungsabschnitte in Längserstreckungsrichtung ermöglicht, wodurch eine sichere Kontaktierung der Fingerelektroden der Solarzelle erzielt wird. Durch die Ausrichtung des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers und der Anordnung bzw. dem Verlauf des Federelements in einer Ebene mit dem Grundkörper wird zudem eine minimierte Abschattung beim Prüfvorgang und somit eine hohe Prüfqualität ermöglicht.The design of the test rail according to the invention enables increased contact quality when contacting the finger electrodes of a solar cell to be tested with relatively little force applied during the testing process due to the combination of linear contacting section and the design of the spring element according to the invention. The selected width extension of the meandering spring element, which is greater than the respective length of the contacting section, provides an effective spring action for a large number of test cycles and at the same time achieves a stable alignment of the contacting section even when the contact elements are in the compressed state. A tilting and/or displacement tendency of the respective contacting section when contacting the finger electrodes is avoided, in particular compared to angled spring elements from the prior art. In addition, the configuration according to the invention enables a relatively high stroke of the contact elements and a close row of adjacent contacting sections in the direction of longitudinal extent, as a result of which reliable contacting of the finger electrodes of the solar cell is achieved. The alignment of the respective contacting section parallel to the longitudinal direction of the base body and the arrangement or the course of the spring element in one plane with the base body also allows for minimized shadowing during the testing process and thus high testing quality.
Unter dem Begriff „mäanderartiger Weise“ wird vorliegend ein mehrfach alternierend gebogener Verlauf des Federelements in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers bzw. des Kontaktierungselements verstanden, welcher eine vordefinierte Breitenerstreckung, d.h. eine Erstreckung senkrecht zur grundsätzlichen Verlaufsrichtung des Federelements, aufweist. Das Federelement weist vorzugsweise keine linearen Abschnitte auf, welche senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers angeordnet sind. Das Federelement weist zudem vorzugsweise keine zueinander gewinkelten linearen Abschnitte auf.The term "meander-like manner" is used here to mean a course of the spring element that is bent several times in an alternating manner in a direction essentially perpendicular to the direction of longitudinal extension of the base body or the contacting element, which has a predefined width extension, i.e. an extension perpendicular to the basic direction of extension of the spring element. The spring element preferably has no linear sections which are arranged perpendicular to the direction of longitudinal extension of the base body. In addition, the spring element preferably has no linear sections that are angled relative to one another.
Unter dem Begriff „in einer Ebene mit Grundkörper liegend“ wird vorliegend verstanden, dass sich das Federelement vollständig in einer Ebene erstreckt bzw. angeordnet ist, in welcher sich auch der lamellenförmige Grundkörper erstreckt bzw. angeordnet ist. Diese wird von der Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers und eine Richtung senkrecht dazu, insbesondere einer Höhenerstreckungsrichtung des Grundkörpers, aufgespannt. Das Federelement verläuft somit parallel zum lamellenförmigen Grundkörper. Der Kontaktierungsabschnitt liegt vorzugsweise ebenfalls innerhalb einer Ebene mit dem Grundkörper.The term “lying in one plane with the base body” is understood here to mean that the spring element extends or is arranged completely in a plane in which the lamellar base body also extends or is arranged. This is spanned by the direction of longitudinal extent of the base body and a direction perpendicular thereto, in particular a direction of vertical extent of the base body. The spring element thus runs parallel to the lamellar base body. The contacting section preferably also lies within a plane with the base body.
Der jeweilige Kontaktierungsabschnitt ist vorzugsweise lamellenförmig ausgebildet und weist eine vom Grundkörper abgewandte lineare Auflagefläche zur Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Substrats auf, insbesondere zur Kontaktierung von wenigstens zwei und vorzugsweise maximal drei parallel verlaufenden und vorzugsweise senkrecht zum Kontaktierungsabschnitt angeordneten Fingerelektroden einer Solarzelle. Besonders bevorzugt ist die Auflagefläche zur Kontaktierung von zwei oder drei parallel verlaufenden Fingerelektroden einer Solarzelle ausgebildet.The respective contacting section is preferably lamellar and has a linear contact surface facing away from the base body for contacting the electrically conductive substrate, in particular for contacting at least two and preferably at most three parallel finger electrodes of a solar cell, preferably arranged perpendicular to the contacting section. The bearing surface is particularly preferably designed for contacting two or three parallel finger electrodes of a solar cell.
Die lineare Auflagefläche erstreckt sich vorzugsweise zwischen zwei relativ zur Auflagefläche rechtwinklig ausgebildeten Enden des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts.The linear support surface preferably extends between two ends of the respective contacting section that are formed at right angles relative to the support surface.
Das Federelement erstreckt sich vorzugsweise von einem ersten, vorzugsweise relativ zur Auflagefläche des Kontaktierungsabschnitts rechtwinklig ausgebildeten, Ende des Kontaktierungsabschnitts und von einer der Auflagefläche abgewandten Seite, d.h. rückseitig, des Kontaktierungsabschnitts weg erstreckt.The spring element preferably extends from a first end of the contacting section, preferably configured at right angles relative to the bearing surface of the contacting section, and from a side of the contacting section which is remote from the bearing surface, i.e. on the back.
Das Federelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine sich beim Kontaktieren einer Substratoberfläche bzw. Oberfläche von parallel verlaufenden Fingerelektroden ergebende Kraftlinie in Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Kontaktierungsabschnitts diesen im Wesentlichen an einem distalen zweiten Ende des Kontaktierungsabschnitts schneidet oder an diesem anliegt. Das Federelement ist hierbei vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Kraftlinie des Federelements beim Einfedern an dem genannten distalen zweiten Ende des Kontaktierungsabschnitts anliegt bzw. dieses Ende schneidet. Hierdurch wird insbesondere das Auftreten eines Drehmoments am Kontaktierungsabschnitt im Wesentlichen verhindert, wodurch optimale Ausrichtung des Kontaktierungsabschnitts beim Kontaktieren der Fingerelektroden ermöglicht wird.The spring element is preferably designed in such a way that a line of force resulting from contacting a substrate surface or surface of parallel finger electrodes in a direction perpendicular to the direction of longitudinal extension of the contacting section essentially intersects or rests against a distal second end of the contacting section. The spring element is preferably such designed such that a line of force of the spring element rests against said distal second end of the contacting section or intersects this end during compression. In this way, in particular, the occurrence of a torque on the contacting section is essentially prevented, as a result of which optimal alignment of the contacting section is made possible when contacting the finger electrodes.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Federelement mit seiner Breitenerstreckung wenigstens über eine, vorzugsweise über beide Flächenbegrenzungslinien einer virtuellen rechteckigen Projektionsfläche zwischen dem jeweiligen linearen Kontaktierungsabschnitt und dem parallel angeordneten Grundkörper, gesehen in Seitenansicht, d.h. in Richtung senkrecht auf die Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers.In a preferred embodiment, the width of the spring element extends at least over one, preferably over both, surface boundary lines of a virtual rectangular projection surface between the respective linear contacting section and the base body arranged in parallel, seen in a side view, i.e. in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the base body.
Das Federelement weist vorzugsweise einen ersten und zweiten gebogenen Abschnitt mit vorzugsweise einem gleichen, ersten Biegeradius und einen dazwischenliegenden dritten gebogenen Abschnitt mit einem zweiten Biegeradius auf, der größer als der erste Biegeradius ist. Der erste Biegeradius liegt vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,5 mm, mehr bevorzugt zwischen 1,5 und 2 mm. Der zweite Biegeradius liegt vorzugsweise zwischen 2 und 3 mm, mehr bevorzugt zwischen 2,2 und 2,6 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement aus den vorgenannten drei gebogenen Abschnitten gebildet.The spring element preferably has a first and second curved section with preferably an equal first bending radius and an intermediate third curved section with a second bending radius that is larger than the first bending radius. The first bending radius is preferably between 1.3 and 2.5 mm, more preferably between 1.5 and 2 mm. The second bending radius is preferably between 2 and 3 mm, more preferably between 2.2 and 2.6 mm. In a preferred embodiment, the spring element is formed from the aforementioned three curved sections.
Der erste und zweite gebogene Abschnitt sind vorzugsweise im Wesentlichen viertelkreisbogenförmige Abschnitte. Der dazwischenliegende dritte gebogene Abschnitt ist vorzugsweise ein halbkreisförmiger Abschnitt.The first and second arcuate portions are preferably substantially quadrant arcuate portions. The intermediate third arcuate section is preferably a semi-circular section.
Der erste und zweite gebogene Abschnitt sind vorzugsweise im Wesentlichen zwischen einem ersten Ende des Kontaktierungsabschnitts und dem gegenüberliegenden Grundkörper angeordnet. Der dritte gebogene Abschnitt ist vorzugsweise im Wesentlichen zwischen einem zweiten distalen Ende des Kontaktierungsabschnitts und dem gegenüberliegenden Grundkörper angeordnet. Die gebogenen Abschnitte des Federelements verlaufen zwischen dem Grundkörper und dem Kontaktierungsabschnitt vorzugsweise mit alternierender Biegerichtung.The first and second curved sections are preferably arranged essentially between a first end of the contacting section and the opposite base body. The third curved section is preferably arranged essentially between a second distal end of the contacting section and the opposite base body. The bent sections of the spring element preferably run between the base body and the contacting section with an alternating bending direction.
Das Federelement weist vorzugsweise zwischen dem ersten und/oder zweiten gebogenen Abschnitt und dem dritten gebogenen Abschnitt einen linearen Abschnitt auf, welcher sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des Kontaktierungsabschnitts bzw. des Grundkörpers erstreckt. Der lineare Abschnitt weist vorzugsweise eine Länge auf, welche 20 bis 30%, mehr bevorzugt 22 bis 28% der Länge L1 des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts beträgt. Die Länge des linearen Abschnitts liegt vorzugsweise bei 0,3 bis 1,2 mm, mehr bevorzugt bei 0,5 bis 0,9 mm.The spring element preferably has a linear section between the first and/or second curved section and the third curved section, which extends essentially parallel to the longitudinal extension direction of the contacting section or the base body. The linear section preferably has a length which is 20 to 30%, more preferably 22 to 28% of the length L1 of the respective contacting section. The length of the linear portion is preferably 0.3 to 1.2 mm, more preferably 0.5 to 0.9 mm.
Das Federelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses einen Hub in Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers von 0,8 mm bis 2,0 mm, bevorzugt von 1 bis 1,5 mm ermöglicht. Das Federelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dessen Höhe beim vorgenannten Hub um 10-20%, mehr bevorzugt um 10-15% komprimiert wird. Das jeweilige Federelement weist vorzugsweise eine Federkraft von weniger als 0,4N, mehr bevorzugt von weniger als 0,2N auf. Hierdurch erfolgt eine effektive und gleichzeitig im Vergleich zum Stand der Technik besonders schonende Kontaktierung der zu Prüfenden Solarzelle.The spring element is preferably designed in such a way that it enables a stroke of 0.8 mm to 2.0 mm, preferably 1 to 1.5 mm, in the direction perpendicular to the direction of longitudinal extent of the base body. The spring element is preferably designed in such a way that its height is compressed by 10-20%, more preferably by 10-15%, during the aforementioned stroke. The respective spring element preferably has a spring force of less than 0.4N, more preferably less than 0.2N. This results in an effective and at the same time particularly gentle contacting of the solar cell to be tested compared to the prior art.
Das Federelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses über 1 Mio Lastwechsel ohne nennenswerte Veränderung der Form und/oder der Federungseigenschaften ermöglicht.The spring element is preferably designed in such a way that it enables more than 1 million load cycles without any significant change in shape and/or suspension properties.
Das Federelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses einen Hub ohne Änderung und insbesondere Vergrößerung der Breitenerstreckung des Federelements ermöglicht. Mit anderen Worten ist das Federelement vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich dessen Breitenerstreckung bzw. Breite im eingefederten Zustand gegenüber dem nicht-eingefederten Zustand nicht vergrößert.The spring element is preferably designed in such a way that it enables a stroke without changing and, in particular, increasing the width of the spring element. In other words, the spring element is preferably designed in such a way that its width extension or width in the compressed state does not increase compared to the non-compressed state.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente der jeweiligen Kontaktelemente der Prüfschiene derart angeordnet, dass jeweils in Längserstreckungsrichtung benachbart angeordnete Federelemente teilweise ineinandergreifen. Die Federelemente sind hierbei vorzugsweise gleichartig an der Prüfschiene hinsichtlich ihres mäanderartigen Verlaufs angeordnet. Die jeweiligen Biegungen benachbarter Federelemente können hierbei - in Seitenansicht auf die Prüfscheine - wenigstens teilweise ineinandergreifen, ohne sich jedoch zu berühren, weder im kraftunbeaufschlagten Zustand, noch im kraftbeaufschlagten Zustand, d.h. beim Kontaktieren einer Solarzelle.In a preferred embodiment, the spring elements of the respective contact elements of the test rail are arranged in such a way that spring elements arranged adjacent in the direction of longitudinal extent partially engage in one another. The spring elements are preferably arranged in the same way on the test rail with regard to their meandering course. The respective bends of adjacent spring elements can - in a side view of the test certificates - at least partially mesh without touching each other, neither in the unforced state nor in the loaded state, i.e. when contacting a solar cell.
Das Federelement und/oder der Kontaktierungsabschnitt sind vorzugweise lamellenförmig ausgebildet und/oder weisen vorzugsweise eine homogene Breite auf. Das Federelement und/oder der Kontaktierungsabschnitt weisen vorzugsweise einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf.The spring element and/or the contacting section are preferably designed in the form of lamellae and/or preferably have a homogeneous width. The spring element and/or the contacting section preferably have an essentially rectangular cross section.
Die Länge des Kontaktierungsabschnitts ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser wenigstens zwei und vorzugsweise maximal drei, vorzugsweise senkrecht zum Kontaktierungsabschnitt verlaufende Fingerelektroden einer Solarzelle kontaktieren kann.The length of the contacting section is preferably designed such that this can contact at least two and preferably a maximum of three finger electrodes of a solar cell, preferably running perpendicularly to the contacting section.
Der jeweilige Kontaktierungsabschnitt der Kontaktelemente weist vorzugsweise eine Länge L1 von 2,5 bis 3mm, mehr bevorzugt von 2,7 bis 2,9 mm auf. Die jeweiligen Kontaktierungsabschnitte sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ein Abstand jeweils benachbarter Kontaktierungsabschnitte in Längserstreckungsrichtung weniger als 0,4 mm, mehr bevorzugt weniger als 0,2 mm beträgt.The respective contacting section of the contact elements preferably has a length L1 of 2.5 to 3 mm, more preferably of 2.7 to 2.9 mm. The respective contacting sections are preferably arranged in such a way that a distance between respectively adjacent contacting sections in the longitudinal direction is less than 0.4 mm, more preferably less than 0.2 mm.
Das jeweilige Kontaktierungselement erstreckt sich von dem Grundkörper über eine Distanz bzw. eine Höhe von 6 bis 20 mm, mehr bevorzugt von 8 bis 15mm, gemessen in Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers.The respective contacting element extends from the base body over a distance or a height of 6 to 20 mm, more preferably 8 to 15 mm, measured in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the base body.
Die Prüfschiene weist vorzugsweise eine homogene bzw. einheitliche Dicke von 0,1 bis 0,25 mm, mehr bevorzugt von 0,12 bis 0,18 mm auf. Hierbei weisen die jeweiligen Kontaktelemente aufweisend das Federelement und den Kontaktierungsabschnitt vorzugsweise eine mit der restlichen Prüfschiene einheitliche Dicke auf.The test rail preferably has a homogeneous or uniform thickness of 0.1 to 0.25 mm, more preferably 0.12 to 0.18 mm. In this case, the respective contact elements comprising the spring element and the contacting section preferably have a thickness which is uniform with the rest of the test rail.
Die Prüfschiene ist vorzugsweise integral, d.h. einstückig ausgebildet. Die Prüfschiene ist aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Metall gebildet. Die Prüfschiene ist vorzugsweise aus einem Metallblech gebildet, wobei der Grundkörper und die Kontaktelemente aus einem einheitlichen Teil vorzugsweise in einem einzelnen Bearbeitungsschritt herausgestanzt oder geschnitten sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Prüfschiene aus Kupferberyllium (CuBe2) oder einer Kupfer-Beryllium-Legierung.The test rail is preferably formed integrally, i.e. in one piece. The test rail is made of electrically conductive material, in particular metal. The test rail is preferably formed from sheet metal, with the base body and the contact elements being punched or cut out of a unitary part, preferably in a single processing step. In a particularly preferred embodiment, the test rail consists of copper beryllium (CuBe2) or a copper-beryllium alloy.
Die Prüfschiene kann optional mit einem leitfähigen Material beschichtet bzw. veredelt sein. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Goldlegierung, Silberlegierung, Nickellegierung oder ähnliches umfassen. Die Beschichtung ist vorzugsweise mit einem galvanischen Herstellungsverfahren aufgebracht. Besonders bevorzugt ist die Prüfschiene mit einer Goldlegierung galvanisch veredelt. Die Beschichtung kann auf der Prüfschiene vollständig oder nur teilweise, insbesondere nur die Kontaktelemente beschichtend, aufgetragen sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Prüfschiene aus nicht-leitfähigem Material, insbesondere Kunststoffmaterial gebildet sein und wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig mit leitfähigem Material beschichtet sein. Die Beschichtung kann hierbei durch eine leitfähige Farbe oder kaltes Flüssigmetall gebildet sein, welches auf das nicht-leitfähige Material aufgetragen ist.The test rail can optionally be coated or finished with a conductive material. For example, the coating may comprise a gold alloy, silver alloy, nickel alloy or the like. The coating is preferably applied using a galvanic manufacturing process. The test rail is particularly preferably galvanically finished with a gold alloy. The coating can be applied to the test rail completely or only partially, in particular coating only the contact elements. In an alternative embodiment, the test rail can be made of non-conductive material, in particular plastic material, and be at least partially and preferably completely coated with conductive material. The coating can be formed by a conductive paint or cold liquid metal, which is applied to the non-conductive material.
Die jeweiligen Kontaktelemente der Prüfschiene sind in Längserstreckungsrichtung am Grundkörper vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet. Hierbei sind insbesondere die Kontaktierungsabschnitte derart zueinander ausgerichtet, dass ein dazwischenliegender Abstand benachbarter Kontaktierungsabschnitte konstant ist.The respective contact elements of the test rail are preferably arranged equidistantly from one another in the direction of longitudinal extent on the base body. In this case, in particular, the contacting sections are aligned with one another in such a way that a distance between adjacent contacting sections is constant.
Die Prüfschiene weist vorzugsweise beidseitig in Längsverlaufsrichtung angeordnete Verbindungsmittel zur elektrischen Kontaktierung der Prüfschiene auf, beispielsweise eine Öffnung oder Bohrung in der Prüfschiene, welche zur elektrischen Kontaktierung mit einem entsprechend geformten Verbindungselement dienen kann.The test rail preferably has connecting means arranged on both sides in the longitudinal direction for making electrical contact with the test rail, for example an opening or bore in the test rail which can be used for making electrical contact with a correspondingly shaped connecting element.
Die Prüfschiene weist zudem vorzugsweise beidseitig in Längsverlaufsrichtung angeordnete Montagemittel, beispielsweise jeweils endseitig angeordnete Montagelöcher, zur Verbindung mit einer Prüfvorrichtung auf.In addition, the test rail preferably has mounting means arranged on both sides in the longitudinal direction, for example mounting holes arranged at each end, for connection to a testing device.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegend Erfindung ein Prüfelement aufweisend wenigstens zwei erfindungsgemäße Prüfschienen wie oben beschrieben, wobei die Prüfschienen in Querrichtung, d.h. in Richtung einer Dickenerstreckung des Grundkörpers senkrecht zur Längserstreckungsrichtung, nebeneinander angeordnet sind. Hierbei sind die Prüfschienen mit gegensätzlicher Längserstreckungsrichtung bzw. Längsausrichtung zueinander angeordnet, insbesondere derart, dass eine mäanderartige Ausbildung der Federelemente der jeweiligen Prüfschienen gegensätzlich zueinander angeordnet ist. Hierdurch wird eine Überlappung der Kontaktierungsabschnitte der benachbart angeordneten Prüfschienen erzielt, wodurch eine optimierte Kontaktierung von Fingerelektroden ermöglicht wird.In a further aspect, the present invention relates to a test element having at least two test rails according to the invention as described above, the test rails being arranged next to one another in the transverse direction, i.e. in the direction of a thickness extension of the base body perpendicular to the direction of longitudinal extension. In this case, the test rails are arranged with opposite directions of longitudinal extension or longitudinal alignment to one another, in particular in such a way that a meandering configuration of the spring elements of the respective test rails is arranged opposite to one another. This achieves an overlapping of the contacting sections of the test rails arranged adjacent to one another, as a result of which an optimized contacting of finger electrodes is made possible.
Das Prüfelement kann zudem eine dritte Prüfschiene, wie oben beschrieben, aufweisen, sowie einen Isolierstreifen bzw. eine Isolierschiene, welche in Querrichtung zwischenliegend zu der benachbarten ersten und zweiten Prüfschiene angeordnet ist. Die Isolierschiene weist vorzugsweise im Wesentlichen gleiche Außenkonturen, wie die Prüfschienen auf. Die erste und zweite Prüfschiene können beispielsweise zur Strommessung bzw. Messung einer Stromstärke beim Prüfvorgang dienen und die dritte Prüfschiene kann zur Spannungsmessung dienen.The test element can also have a third test rail, as described above, as well as an insulating strip or an insulating rail, which is arranged transversely between the adjacent first and second test rails. The insulating rail preferably has essentially the same outer contours as the test rails. The first and second test rails can be used, for example, to measure current or to measure a current intensity during the testing process, and the third test rail can be used to measure voltage.
Die Isolierschiene ist vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe (FR4) gebildet. Die Isolierschiene weist vorzugsweise eine im Wesentlichen homogene Dicke von 0,1 bis 0,3mm, mehr bevorzugt von 0,15 bis 0,25mm auf.The insulating rail is preferably formed from a composite material made from epoxy resin and glass fiber fabric (FR4). The insulating rail preferably has an essentially homogeneous thickness of 0.1 to 0.3 mm, more preferably 0.15 to 0.25 mm.
Alternativ zur Anordnung eines Isolierstreifens bzw. einer Isolierschiene kann eine jeweilige Prüfschiene eine einseitig oder zweiseitig angeordnete isolierende Oberfläche oder Beschichtung aufweisen. Diese kann einseitig oder zweiseitig partiell oder vollständig isolierend ausgebildet sein, beispielsweise durch eine partielle oder vollflächige Beschichtung oder Lackierung.As an alternative to the arrangement of an insulating strip or an insulating rail, a respective test rail can have an insulating surface or coating arranged on one or both sides. This can be designed to be partially or completely insulating on one or both sides, for example by means of a partial or full-area coating or painting.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Prüfelement zwei äußere Schutzelemente, insbesondere dünnwandige Schutzbleche auf. Diese sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die dazwischenliegend angeordneten Prüfschienen derart einrahmen, dass vorzugsweise lediglich die Kontaktierungsabschnitte der jeweiligen Prüfschienen in Seitenansicht des Prüfelements hervorragen. Die jeweiligen Federelemente ragen vorzugsweise lediglich teilweise seitlich hervor. Der Rest der Prüfschiene ist somit von den Schutzelementen abgedeckt.In a preferred embodiment, the test element has two outer protective elements, in particular thin-walled protective plates. These are preferably designed in such a way that they frame the test rails arranged between them in such a way that preferably only the contacting sections of the respective test rails protrude in a side view of the test element. The respective spring elements preferably only partially protrude laterally. The rest of the test rail is thus covered by the protective elements.
Die Schutzelemente sind vorzugsweise aus Metall bzw. Blech, beispielsweise Edelstahl, gebildet und weisen eine Oberfläche auf, welche zur Reflexionsminimierung bzw. Reflexionsunterdrückung ausgebildet ist. Insbesondere weisen die Schutzelemente eine matte, d.h. nicht glänzende, und/oder dunkelfarbige, insbesondere schwarze, Oberfläche auf. Hierdurch kann ein möglicher negativer Einfluss auf die Prüfqualität weiter minimiert werden. Die Dicke der Schutzelemente beträgt vorzugsweise 0,02 bis 0,07 mm, mehr bevorzugt 0,04 bis 0,06 mm.The protective elements are preferably made of metal or sheet metal, for example stainless steel, and have a surface which is designed to minimize or suppress reflection. In particular, the protective elements have a matt, i.e. non-glossy, and/or dark-colored, in particular black, surface. As a result, a possible negative influence on the test quality can be further minimized. The thickness of the protective members is preferably 0.02 to 0.07 mm, more preferably 0.04 to 0.06 mm.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Prüfvorrichtung aufweisend eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Prüfelementen wie oben beschrieben. Die Prüfvorrichtung weist hierbei einen vorzugsweise rechteckig ausgebildeten Trägerrahmen auf, welcher zur selektiven Aufnahme und Befestigung der erfindungsgemäßen Prüfelemente oder Prüfschienen ausgebildet ist. Hierbei umfasst der Trägerrahmen vorzugsweise jeweils gegenüberliegend angeordnete Verbindungselemente zur Befestigung der jeweiligen Prüfelemente oder Prüfschienen. Die Vorrichtung kann zudem integrierte oder separat anbringbare elektrische Anschlussmittel zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Prüfelemente oder Prüfschienen aufweisen.In a further aspect, the present invention relates to a test device having a plurality of test elements arranged parallel to one another, as described above. In this case, the test device has a preferably rectangular carrier frame, which is designed for selectively receiving and fastening the test elements or test rails according to the invention. In this case, the carrier frame preferably comprises connecting elements arranged opposite one another in each case for fastening the respective test elements or test rails. The device can also have integrated or separately attachable electrical connection means for making electrical contact with the individual test elements or test rails.
Der Trägerrahmen ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die jeweiligen Prüfelemente oder Prüfschienen parallel zueinander verlaufen und vorzugsweise gleichzeitig, beispielsweise durch Verschwenken oder Herunterklappen des Trägerrahmens auf eine in der Prüfvorrichtung aufnehmbare oder dazu in definierter Lage anordenbare Solarzelle, die parallelen Fingerelektroden der zu prüfenden Solarzelle kontaktieren können.The support frame is preferably designed in such a way that the respective test elements or test rails run parallel to one another and can preferably simultaneously contact the parallel finger electrodes of the solar cell to be tested, for example by pivoting or folding down the support frame onto a solar cell that can be accommodated in the test device or arranged in a defined position .
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Prüfschiene, eines Prüfelements oder einer Prüfvorrichtung, wie oben beschrieben, zur Überprüfung einer busbarlosen Solarzelle, insbesondere zur Stromstärke- und/oder Stromspannungsmessung, mittels elektrischer Kontaktierung von parallel auf der Solarzellenoberfläche angeordneten Fingerelektroden und vorzugsweise unter gleichzeitiger Lichtbeaufschlagung der Solarzelle. Insbesondere kann die Prüfschiene zur Effizienzmessung der busbarlosen Solarzelle verwendet werden.In a further aspect, the invention relates to the use of a test rail, a test element or a test device, as described above, for testing a solar cell without a busbar, in particular for measuring current and/or current voltage, by means of electrical contacting of finger electrodes arranged in parallel on the solar cell surface and preferably under simultaneous light exposure of the solar cell. In particular, the test rail can be used to measure the efficiency of the busbar-free solar cell.
Einzelheiten, weitere vorteilhafte Wirkungen und Details der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der rein schematischen, lediglich beispielhaften Zeichnungen erläutert.Details, further advantageous effects and details of the present invention are explained below with reference to the purely schematic drawings, which are merely exemplary.
Darin zeigen:
-
1 : eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfschiene in Seitenansicht; -
2 : eine Detailansicht des Federelements der erfindungsgemäßen Prüfschiene; -
3 : eine Detailansicht des Kontaktierungselements der erfindungsgemäßen Prüfschiene; -
4a,b : einen nicht-eingefederten und einen eingefederten Zustand benachbarter Kontaktelemente der erfindungsgemäßen Prüfschiene; -
5 : eine perspektivische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfelements aufweisend zwei erfindungsgemäße Prüfschienen mit unterschiedlicher Längsausrichtung; -
6 : eine Detailansicht sich in Querrichtung überlappender Kontaktelemente des erfindungsgemäßen Prüfelements gemäß5 in Seitenansicht; -
7a-c : eine perspektivische Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Explosionszeichnung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfelements aufweisend mehrere Prüfschienen und seitliche Schutzelemente; -
8 : eine perspektivische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung; und -
9 : eine perspektivische Seitenansicht eines Verbindungselements der Prüfvorrichtung zur selektiven Befestigung der jeweiligen Prüfelemente oder Prüfschienen in der Prüfvorrichtung.
-
1 : a preferred embodiment of a test rail according to the invention in a side view; -
2 : a detailed view of the spring element of the test rail according to the invention; -
3 : a detailed view of the contacting element of the test rail according to the invention; -
4a,b : a non-compressed and a compressed state of adjacent contact elements of the test rail according to the invention; -
5 1: a perspective side view of a preferred embodiment of a test element according to the invention, having two test rails according to the invention with different longitudinal orientations; -
6 : a detailed view of contact elements of the test element according to the invention overlapping in the transverse direction according to FIG5 in side view; -
7a-c 1: a perspective side view, a plan view and an exploded drawing of a further preferred embodiment of a test element according to the invention having a plurality of test rails and lateral protective elements; -
8th : a perspective side view of a preferred embodiment of the testing device according to the invention; and -
9 : a perspective side view of a connecting element of the test device for selectively fastening the respective test elements or test rails in the test device.
Mit Verweis auf die
Der Grundkörper 2 weist eine vorzugsweise einheitliche Dicke t auf. Eine Höhe des Grundkörpers 2 kann ebenfalls einheitlich sein. Der Grundkörper weist vorzugswiese beidseitig an dessen Enden angeordnete Vorsprünge 6 auf, welche zur elektrischen Kontaktierung der Prüfschiene 10 dienen können. Diese umfassen elektrische Verbindungsmittel 6a beispielsweise eine jeweilige Öffnung oder Bohrung zur elektrischen Kontaktierung mittels eines entsprechenden Verbindungselements.The
Der Grundkörper 2 weist weiterhin vorzugsweise beidseitig in Längsverlaufsrichtung angeordnete Montagemittel 7, beispielsweise jeweils endseitig angeordnete Montagelöcher oder -bohrungen, zur Verbindung mit einer Prüfvorrichtung 30 auf.The
Zusätzlich kann der Grundkörper 2 eine Vielzahl von vorzugsweise zentral angeordneten weiteren Bohrungen 8, vorzugsweise aufweisend eine einheitliche Größe, aufweisen. Diese können zur Verringerung des Gewichts vorgesehen sein. Zudem kann dadurch ein galvanischer Auftragungsprozess für Beschichtungen der Prüfschiene bei der Herstellung optimiert werden, insbesondere wird dadurch eine Materialersparnis durch Oberflächenverringerung erzielt.In addition, the
Die Kontaktelemente 3 weisen jeweils einen endseitig angeordneten linearen Kontaktierungsabschnitt 4 auf, welcher sich in vordefinierter Länge L1 parallel zur Längserstreckungsrichtung L des Grundkörpers 2 erstreckt, derart, dass wenigstens zwei und vorzugsweise maximal drei, parallel verlaufende Fingerelektroden 11 einer zu prüfenden Solarzelle S durch Andrücken kontaktiert werden können. Die Fingerelektroden 11 werden beim Prüfvorgang vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur parallelen Anordnung der Fingerelektroden kontaktiert (siehe
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Kontaktierungsabschnitte 4 und die zugehörigen Federelemente 5 eine vorzugsweise im Wesentlichen gleiche Dicke b auf. Die Kontaktierungsabschnitte 4 und/oder die Federelemente 5 weisen vorzugsweise einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf.In a preferred embodiment, the contacting
Die Fingerelektroden 11 werden insbesondere durch eine lineare bzw. planare Auflagefläche 4c des jeweiligen Kontaktierungsabschnitts 4 kontaktiert, welcher auf einer dem Grundkörper 2 abgewandten Seite des Kontaktierungsabschnitts 4 liegt. Die Auflagefläche 4c erstreckt sich dabei zwischen zwei relativ zur Auflagefläche 4c vorzugsweise rechtwinklig ausgebildeten Enden 4a,4b des Kontaktierungsabschnitt 4.The
Zwischen Grundkörper 2 und Kontaktierungsabschnitt 4 des Kontaktelements ist jeweils ein Federelement 5 angeordnet und erstreckt sich dazwischen in mäanderartiger Weise und in einer Ebene mit dem Grundkörper 2 und dem Kontaktierungsabschnitt 4 liegend. Das Federelement 5 weist hierbei einen mehrfach gebogenen Verlauf mit einer Breitenerstreckung B in Seitenansicht auf, d.h. gesehen in eine Richtung senkrecht auf die Längserstreckungsrichtung der Prüfschiene 10, wobei die Breitenerstreckung B parallel zur Längserstreckungsrichtung L des Grundkörpers 2 größer ist, als die Länge L1 des jeweils dem Federelement zugeordneten Kontaktierungsabschnitts 4.A
Die Breitenerstreckung B des Federelements 5 erstreckt sich dabei vorzugsweise über wenigstens eine, mehr bevorzugt über beide Flächenbegrenzungslinien E1,E2 einer virtuellen rechteckigen Projektionsfläche E hinaus, welche zwischen dem jeweiligen linearen Kontaktierungsabschnitt 4 und dem parallel dazu angeordneten Grundkörper 2 angeordnet ist. Die jeweiligen Begrenzungslinien E1,E2 der Projektionsfläche E liegen hierbei an den gegenüberliegenden Enden 4a,4b des linearen Kontaktierungsabschnitts 4 an und sind senkrecht zum linearen Verlauf des Abschnitts 4 ausgerichtet.The width extension B of the
Das Federelement 5 erstreckt sich von einem ersten vorzugsweise relativ zu der Auflagefläche 4c des Kontaktierungsabschnitts 4 rechtwinklig ausgebildeten Ende 4a des Kontaktierungsabschnitts 4 und rückseitig zur Auflagefläche 4c angeordnet in mäanderartiger Weise zum gegenüberliegenden Grundkörper 2.The
Das Federelement 5 weist einen ersten und zweiten gebogenen Abschnitt 5a,5b mit vorzugsweise einem gleichen, ersten Biegeradius r1 und einen dazwischenliegenden dritten gebogenen Abschnitt 5c mit einem zweiten Biegeradius r2 auf. Der Biegeradius r2 ist vorzugsweise größer als der Biegeradius r1. Die gebogenen Abschnitte 5a,5b,5c des Federelements 5 verlaufen zwischen dem Grundkörper 2 und dem Kontaktierungsabschnitt 4 mit alternierender Biegerichtung.The
Der erste und zweite gebogene Abschnitt 5a,5b formen einen im Wesentlichen viertelkreisbogenförmigen Abschnitt. Der dritte gebogene Abschnitt 5c formt einen im Wesentlichen halbkreisbogenförmigen Abschnitt. Zwischen dem ersten und zweiten gebogenen Abschnitt 5a,5b und dem dritten gebogenen Abschnitt 5c weist das Federelement vorzugsweise jeweils einen linearer Abschnitt 5d auf, welcher im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung L1 des Kontaktierungsabschnitts 4 angeordnet ist. Alternativ können die einzelnen gebogenen Abschnitte auch ohne dazwischenliegenden linearen Abschnitt ineinander übergehen.The first and second
Wie in
Das jeweilige Federelement 5 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine sich beim Kontaktieren der Solarzelle ergebende Kraftlinie F des Federelements 5, in Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung L1 des Kontaktierungsabschnitts 4, den Kontaktierungsabschnitt 4 an dessen distalem zweiten Ende 4b schneidet oder an diesem anliegt.The
Wie in
Wie in
Das Prüfelement 20' kann zudem zwei äußere Schutzelemente, insbesondere dünnwandige Schutzbleche 13a, 13b aufweisen, welche die dazwischenliegend angeordneten Prüfschienen 10a, 10b, 10c vorzugsweise derart einrahmen, dass insbesondere lediglich die Kontaktierungsabschnitte 4 der jeweiligen Prüfschienen und die zugeordneten Federelemente 5 nur teilweise in Seitenansicht des Prüfelements 20' hervorragen und der Rest der Prüfschiene somit von den Schutzelementen in Seitenansicht abgedeckt ist. Die Schutzbleche 13a,13b weisen vorzugsweise eine matte und/oder dunkle, vorzugsweise schwarze Oberfläche auf, wodurch ein möglicher negativer Einfluss auf die Prüfqualität weiter minimiert werden kann.The test element 20' can also have two outer protective elements, in particular thin-walled
Der Trägerrahmen 31 umfasst vorzugsweise jeweils gegenüberliegend angeordnete Verbindungselemente 32 (siehe auch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102008038184 A1 [0003]DE 102008038184 A1 [0003]
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- WO 2019/154464 A1 [0006]WO 2019/154464 A1 [0006]
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---|---|---|---|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R207 | Utility model specification |