DE29805805U1

DE29805805U1 - Vorrichtung zur Solarzellenverarbeitung

Info

Publication number: DE29805805U1
Application number: DE29805805U
Authority: DE
Original assignee: Solarnova Solartechnik & GmbH
Current assignee: Solarnova Solartechnik & GmbH
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2008-04-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Solarzellenverarbeitung .

Solarzellen liegen als im wesentlichen rechteckige Zellen mit Maßen zwischen 50 mm und 200 mm vor. Insbesondere die üblichen Maße von 100 &khgr; 100 mm aber auch schon die sich künftig abzeichnenden Maße von 200 &khgr; 200 mm müssen in größeren Solarmodulen gegen Witterungseinflüsse geschützt eingesetzt und jeweils zu sogenannten Strings elektrisch verbunden werden.

1967

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Bei der Verarbeitung werden die einzelnen Solarzellen dabei mit elektrischen Verbindern an Vorder- und Rückseite zu den Strings zusammengeschaltet, die die Spannung der einzelnen Solarzellen durch Reihenschaltung auf ein leichter nutzbares Niveau anheben, und auch wieder untereinander verschaltet werden.

Bei der Verbindung von ca. 10 - 20 einzelnen Zellen in einem String werden kurze, elektrisch leitende Streifen auf den Solarzellen, auf denen schon ein gitterartiges Raster von Kontaktbahnen aufgedruckt ist, dauerhaft angesetzt. Dies geschieht durch Schweißen oder Löten, da rein mechanische Verbindungen keine genügende Langzeitstabilität aufweisen.

Da die Kontaktpunkte oder Kontaktflächen der einzelnen Solarzellen an verschiedenen Stellen der unterschiedlichen Solarzellentypen auftreten, ist es für eine den Vorgang automatisierende Vorrichtung notwendig, möglichst einfach an diese verschiedenen Kontaktstellen entsprechend die Verbindungsstellen anzusetzen. Hierzu ist eine exakte Positionierung der Teile, insbesondere auch der Solarzellen notwendig, die selbst aber Fertigungstoleranzen aufweisen können.

Da gleichzeitig hohe Taktraten erreicht werden sollen, um eine möglichst große Zahl von "Strings" in möglichst geringer Zeit herzustellen, werden die Solarzellen bisher mit einiger Geschwindigkeit an Anschläge heran bewegt. Diese Anschläge sind meist aus dauerhaftem Material (z.B. Stahl), damit die scharfen Siliziumkanten diese Anschläge nicht zu schnell abschleifen. Andererseits sind Solarzellen sehr brüchig, so daß das dauerhafte, meist harte Material dazu führt, daß Kantenbrüche

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oder im schlimmsten Fall nicht erkannte Haarrisse in den Solarzellen entstehen.

Da gleichzeitig Solarzellen in den gefertigten "Strings" zwischen Glasplatten oder ähnliche dauerhafte sich gegen die Umwelt schützende Kapselungen eingebracht werden, können sie nachträglich nicht mehr ausgetauscht werden. Der Einbau schon einer fehlerhaften Solarzelle wird damit ein großes aufwendig erstelltes ganzes Modul unbrauchbar machen können.

Auch werden heutzutage Solarzellenmodule häufig an prominenter Stelle in Gebäuden, insbesondere Lichthöfen, Sonnenblenden u.dgl. sichtbar angeordnet, so daß auf große Genauigkeit der Positionierung der Solarzellen in einem Modul Wert gelegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neben einer schnellen, sicheren, qualitativ guten Verbindung der Solarzellen zu einem "String", auch die exakte Positionierung der Solarzellen zu erreichen.

Die Ultraschall-Schweißtechnik zum Verbinden der Solarzellen, die bisher unter anderem aus der Entwicklung der Solarzellen heraus, die zunächst häufig in der Raumfahrttechnik eingesetzt wurden, gewählte wurde, hat zudem den Nachteil, daß die beim Schweißvorgang auftretenden hohen Belastungen zu Sprüngen in der Solarzelle führen konnte. Dieses Problem besteht insbesondere bei aus Gründen der Materialeinsparung immer dünner ausgeführten Siliziumhalbleitern.

Beim eigentlichen Verbindungsprozeß sind zudem neben dem Zellenformat und den Toleranzen dieses Formates die unterschiedlichen Layouts der Kontaktbahnen, insbeson-

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dere der Verbinderbalken, in &khgr;- und y-Richtung und die Breite dieser Balken zu berücksichtigen. Diese Lage weist zudem noch Winkeltoleranzen auf.

Bei Verwendung nun der erfindungsgemäß vorgeschlagenen optoelektronischen Positionskontrolle wird daher als Positionierkriterium sich sowohl eine Orientierung an der in Fortschreitungsrichtung vorderen Kante wie auch an den Verbinderbalken selbst anbieten.

Bisher wurden mit Flußmitteln benetzte Verbinder eingesetzt. Verbleibendes, insbesondere überschüssiges Flußmittel führt jedoch zu Problemen bei einer späteren Einbettung der Strings, die sie gegen Umwelteinflüsse schützen soll. Weiter wurde Lötpaste, da sie nicht genau auf die Verbindungspunkte positioniert werden konnte (weil einmal die Lage der Punkte auf der Zelle nicht feststellbar war, zum anderen die Lage der Zelle insgesamt durch Anschläge nicht genau definiert werden konnte) , meist im Übermaß auf die Zellen als Träger aufgebracht, um sicherzustellen, daß überhaupt der Lötkontakt in zufriedenstellender Qualität zustande kommt; u.a. auch für den Fall, daß Verbinder nicht mittig auf den Verbindungspunkt positioniert werden konnten.

Die Erfindung jedoch hat durch Wahl eines Lötpastendispensers, der stattdessen die Paste auf die Verbinder, statt auf die Solarzellen aufträgt, eine Möglichkeit geschaffen, insbesondere die Menge an Lotzusatzstoff und somit auch an Flußmittel deutlich geringer zu halten. Es kann dabei ein Minimum an Lötpaste Verwendung finden, da sichergestellt ist, daß der gesamte Auftrag genutzt wird.

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Dies ist insbesondere durch die Verwendung einer Wendeaufnahme für die Verbinder möglich geworden, in der die nur wenige Zentimeter langen 1 bis 2 mm breiten Verbinder zunächst von oben (mit herkömmlichen genauen Dispensern) an der späteren Unterseite mit Lötpaste versehen werden, dann die Verbinderstreifen gewendet werden, wobei sie in einer Transporteinrichtung derart mit ansaugendem Unterdruck gehalten werden, daß die mit Lötpaste bedeckten Abschnitte nicht mit der Transporteinrichtung in Verbindung kommen, um dann zu einem Lötplatz auf eine vorgegebene Position verbracht zu werden, wo sie in vorteilhafterweise von oben mit Wärmeenergie beaufschlagt, verlötet werden.

Die Ausrichtung der Solarzellen auf diesem Lötplatz erfolgt nun erfindungsgemäß sehr exakt, wobei die reproduzierbar genau vorgegebene spätere Lage der auftransportierten Verbinder als Bezugspunkt dient. Hierzu wird vorgeschlagen, die Solarzellen mit einer Saugeinrichtung von einer Solarzellenablage zu nehmen, an der mit Hilfe einer Kameraüberwachung die Zellen auf Defekte und auf die jeweilige Lage der Verbinderbalken optisch untersucht werden. Insbesondere wird nach Aufnahme der Solarzelle diese nochmals in ihrer Position relativ zur sie aufnehmenden Saugeinrichtung optisch erfaßt, so daß sie punktgenau abgelegt werden kann, ohne daß ein Positionierfehler durch den Ansaugvorgang beim Aufnehmen zu berücksichtigen ist.

Anders als bei ähnlichen, bisher im Hause der Anmelderin bekannten Verfahren, in denen von der Position der Solarzelle, die durch ihren Kantenanstoß an Anschläge definiert wurde, ausgegangen wurde, und bei denen die Verbinder auf Lötpaste, die auf der Solarzelle aufgebracht wurde aufgelegt wurde, ergibt sich so eine

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wesentlich bessere Positioniergenauigkeit, die zudem wenigstens in einer Richtung (X-Richtung) von der direkten optischen Erfassung der Verbinderbalken abhängt.

Der eigentliche Lötvorgang erfolgt dann durch ein Aufheizen der gesamten Solarzelle mit aufgelegtem Verbinder auf eine Temperatur, bei der die Lötpaste aufschmilzt. Dieses Aufheizen erfolgt vorteilhafterweise mit einem Lötstrahler, der bei einer Leistung im Kilowattbereich mit einer Fläche, die in etwa der Zellengröße entspricht, die gesamte Solarzelle so lange aufheizt, bis eine Löttemperaturmessung unterhalb der Zelle anzeigt, daß die Zelle genügend Energie empfangen hat und somit ein Abschaltpunkt erreicht ist.

Unterschiedliche Vortemperaturen, Dicken und sonstige thermische Eigenschaften der Solarzellen können so einfach berücksichtigt werden, indem die rückseitige Temperatur der Zelle als die Zeit begrenzender Parameter gewählt wird. Durch ein Hubbalkensystem, das mit einer Riementransporteinrichtung kombiniert ist, wird dann der "wachsende String" aus dem Lötbereich herausgefahren.

Auf einem Stringablagetisch können dann die Strings auf den Einbettungsmaterialien, z. B. einer Glasscheibe und einer EVA-Folie, aufgelegt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Funktionsprinzip der rohrartigen, wendbaren Aufnahme mit der länglichen Spurzuführung und Ansaugung des Verbinders,

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Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Stringhandhabung^

Fig. 3 das Prinzipbild der Temperaturmessung,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Beleuchtung der optischen Voruntersuchung der Solarzellen, und

Fig. 5 verschiedene Graubilder von Solarzellen zur Verdeutlichung von deren Geometrie.

Mit der in der Fig. 1 dargestellten wendbaren Aufnahme 10 wird es möglich, Lötpaste auf die Verbinderstreifen 12 aufzubringen, und diese in schneller Weise weiterzuverarbeiten, wobei insbesondere die Vorteile hoher Positioniergenauigkeit und geringen Lötpastenverbrauchs erreicht werden. Vorteilhaft ist eine Ansaugungeinrichtung in der Spur der wendbaren Aufnahme 10 zunächst beim Drehen aktiviert und wird gleichzeitig mit der Übergabe der Verbinderstreifen 12 an die fest positionierte Aufnahme 14 deaktiviert. In einer Spur 16 der Aufnahme 14 wird gleichzeitig eine weitere Ansaugeinrichtung aktiviert.

Durch die Vorschaltung einer optoelektronischen Untersuchung der Solarzellen auf Defekte werden aufwendige, bisher per Hand durchgeführte Kontrollen vermieden, die zudem bisher unter dem Nachteil litten, daß die vielfältigen Arten der Defekte, wie Haarrisse, Kantenbrüche, abgestoßene Ecken vs. absichtlich vorgenommene Eckenrundungen nur schwer klassifizierbar waren, und entsprechend das Sortierverhalten einzelner Arbeiter stark voneinander abwich.

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Durch die weiter gegebene Möglichkeit, die Ausrichtung der Zellen im String anhand ihrer hellen Kontaktstreifen zu beeinflussen, lassen sich optisch sehr gerade wirkende Strings erzeugen. Gleichzeitig können die einzelnen Lötstellen von dem mit Lötpaste versehenen Verbinder sehr genau erreicht werden, da diese am hängenden Sauger optoelektronisch kontrolliert wurden. Durch die Beeinflußbarkeit aller Prozeßparameter kann die Lötanlage sehr flexibel für die Produktion des Ablegens von Solarzellenstrings vordefinierten Modullayouts eingesetzt werden. Dabei lassen sich folgende Parameter durch eine integrierte Computersteuerung einstellen:

Die Positioniergenauigkeiten der Dispensernadel liegt dabei im Bereich von 0,1 mm; das Abtrennen der Verbinder, bevor diese auf die Wendeaufnahme aufgebracht werden im Bereich von 0,5 mm; die Lage der Verbinder in bezug zum Kontaktbalken im Bereich von 1/10 mm.

Die in der Fig. 2 im Gesamtlayout dargestellte Mechanik ist für eine minimale Stringlänge von 700 mm ausgelegt, wobei diese in dem Bereich der Stringhandhabung 18 als Strings durch Saugheber um 180° drehbar sind. Mit Bezugszeichen 20 ist die Handeingabe von Solarzellen auf zwei jeweils alternativ genutzte Stapel dargestellt. Derartige Stapel können einige zehn Solarzellen fassen, und von dort aus werden über eine Saughebeeinrichtung die Solarzellen auf einen Zellenprüfplatz 22 überführt, wo sie auf Defekte kontrolliert werden. Von dort aus werden sie entweder auf einen Ausschußstapel abgelegt oder mit Hilfe der Präzisionsübergabe auf den Lötplatz 24 abgelegt.

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Unterhalb des Lötplatzes ist eine Verbinderhaspel 2 6 für Rollen des zu verarbeitenden Verbinders vorgesehen. Bei Bezugszeichen 28 ist die Verbindervorbereitung, also die Ablängung und Auflage auf eine Wendeaufnähme 10, dargestellt. Nach Auflöten am Lötsatz 24 werden die Verbinderstreifen 12 zwischen den einzelnen Solarzellen den String zusammenhalten, und der wachsende String wird über eine Stringtransporteinrichtung zu einer Ablage für den gesamten String transportiert. Hier findet noch für den fertigen String vor dem Einbringen in die Einbettungsglasplatten nochmals eine Prüfung durch Lichtaufbringung und entsprechendes Messen des erzeugten Stromes statt.

Die Handeingabe erfolgt, damit das Nachfüllen von Hand ohne Maschinenstillstand erfolgen kann, mit Hilfe von zwei Eingabestapeln, wobei jeweils ein aktiver Zellenstapel pneumatisch unter eine automatische Entnahme verfahren wird, so daß der inaktive Zellenstapel zum Nachlegen von Hand bereit ist. Zur Unterstützung der Vereinzelung hat der Zellenstapel eine Schrägstellung von ca. 30°. Zur Regelung der Stapeloberkante wird ein Stempel von unten durch einen Schrittmotor jeweils für eine gleiche Lage der obersten Zelle sorgen.

Falls der Zellenstapel leer sein sollte, wird die Anlage über eine Klartextanzeige ggf. auch über von der Ferne sichtbare Lampensignale dies anzeigen. Die automatische Eingabe der Solarzellen, nämlich die Entnahme der Solarzellen vom Stapel der Handeingabe, und der Transport und die Ablage auf den Zellenprüfplatz 22 zur optischen Überprüfung erfolgt durch einen Linearförderer mit Saugheber 3 4 und Neigungskopf. Der waagerechte Hub des Saughebers 34 erfolgt dabei durch einen Schrittmotor.

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Auf einem von unten wie in der Fig. 4 dargestellten beleuchteten Zellenprüfplatz, bei dem durch einen als Ulbricht-Halbkugel vorhandenen Reflektorschirm 3 0 mit im wesentlichen Ringförmiger Beleuchtung 3 6 eine möglichst gleichmäßige Ausrichtung der Solarzelle 32 am Saugheber 34 erreicht wird, wird diese auf Kantenbruch und Lage, insbesondere auch auf ununterbrochene Aufbringung der Verbinderbahnen, mit Hilfe einer Kamera 38 geprüft.

Falls eine Solarzelle als fehlerhaft erkannt wurde, was zur Zeit je nach erfolgten Vorprüfungen des Herstellers zwischen 1 bis 10 % der Zellen betreffen kann, wird diese mittels des Saughebers 34 auf den Ausschußstapel gesetzt. Der Saugheber 34 kann dabei mit drei Schrittmotoren für x-y-Linearbewegung und für eine Drehung die Solarzelle über dem Betrachterplatz anheben und nochmals zu einer Lageerkennung nach dem Ansaugen halten. Diese Lageerkennung erlaubt es, eventuelle Positionieränderungen, die während des Ansaugvorganges erfolgen, auszugleichen.

Der Verbinder wird dabei gleichzeitig von einer Haspel 2 6 entsprechend der gewünschten Länge, die je nach Platz der Solarzelle im String, Endplatz, Mittelplatz, Anfangsplatz, abweichend zu bemessen ist, und die auch je nach gewünschter Enddichte in dem Solarmodul unterschiedlich sein kann, je nachdem, ob durch das Solarmodul noch Licht hindurchdringen soll, oder ob die Solarzellen möglichst dicht gepackt werden sollen, von einer Haspel abgetrennt.

Der Verbinderstreifen 12 selbst ist mit einer galvanischen Verzinnung versehen, die zusammen mit der Lötpaste eine sehr dauerhafte Verbindung ermöglicht. Von Haspeln werden die Verbinder durch einen Verbinderabzug mit ei-

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nem Greifer, der über Ventile gesteuert ist, abgezogen und in paralleler Weise in zwei Streifen bis zu einem Messer, das beide Streifen gleichmäßig abtrennt, transportiert.

Danach liegen die Verbinder 12 auf der Wendeaufnahme 10 auf, und ein Lötpastenauftrag erfolgt durch Dosierventile, die bei beispielsweise acht zu lötenden Punkten auf einer Solarzelle je Verbinder doppelt angeordnet sind, um die Taktgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Lötpaste kann dabei in Punkten oder kurzen Linien auf den Verbinder aufgebracht werden, und der Verbinder kann dabei schon in der verwendbaren Aufnahme zur Fixierung seiner Position über unter dem Verbinder angebrachte Ansaugtrichter auf der Aufnahme fixiert werden. Jedenfalls wird er aber bei einem Drehen der gesamten Aufnahme um ihre Längsachse angesaugt, um nicht vorzeitig herabzufallen.

Eine Spur 16 auf die die Verbinderstreifen 12 mit Lötpaste nun nach unten weisend aufgelegt werden, weist dabei ebenfalls Ansaugeinrichtungen auf, die den Verbinderstreifen 12 bei gleichzeitiger Abschaltung der Ansaugung der Wendeaufnahme 10 in diesem "Transporteur" während des gesamten Transportwegs zum Lötplatz fixieren. An den Stellen, an denen Lötpaste aufgetragen ist, weist diese Spur 16 Ausnehmungen auf, die die Beeinträchtigung der dispensierten Bereiche vermeidet.

Fig. 3 schließlich zeigt die Lage eines Temperatursensors 40 in einem Rohr 42, das in die feststehenden Zellenauflage 44 eingelassen ist.

Claims

BOEHMERT & BOEHMERT - 1 - ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Solarzellenverarbeitung, gekennzeichnet durch

eine VerbinderStreifenaufnahme (10; 16),

- einen Lötpastendispenser,

wenigstens eine Solarzellenablage (24) als Lötplatz mit darüber angeordneter Heizeinrichtung,

- eine Wendeeinrichtung für die Verbinderstreifen (12),

eine Transporteinrichtung (14) von der Wendeeinrichtung zur Solarzellenablage (24) zur Ablage der Verbinderstreifen (12) auf den Solarzellen (32).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeeinrichtung zum Wenden der Verbinderstreifen (12) in eine Position in der sich Lötpaste an ihrer Unterseite befindet, als entlang der Längsachse verdrehbare, mit einer außermittigen Spur versehene Walze ausgebildet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeeinrichtung mit einer Ansaugeinrichtung in einer Spur versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (14) mit einer Spur (16) mit Ausnehmungen an den Bereichen aufgebrachter Lötpaste auf den Verbinderstreifen (12) ausgebildet ist, wobei die stützenden Spurabschnitte mit Ansaugeinrichtungen für die Verbinderstreifen (12) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (40) im Lötplatz (24) zur Beobachtung der der Energieaufbringung gegenüberliegenden Seite der Solarzelle (32).

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kamera (38) zur Beobachtung wenigstens der Lage der Solarzelle (32) an einer Positioniereinrichtung, die mit Saughebern (34) für die Solarzellen (32) zur Ablage dieser auf dem Lötplatz (24) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Solarzellenablage zur kameraunterstützten Beobachtung der Lage und evtl. Defekte der auf dieser zweiten Solarzellenablage abgelegten Solarzelle vor Überführung dieser mit Saughebern an den Lötplatz.