WO2009127422A2 - Verfahren und einrichtung zur elektrischen isolationsprüfung sowie verfahren und system zur herstellung von photovoltaikmodulen - Google Patents

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    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for electrical insulation testing of photovoltaic modules and to a method and a system for producing photovoltaic modules in which current-carrying components are arranged on a plate-shaped substrate and at least, but not necessarily exclusively, electrically insulated in the region of the module edge.
  • the electrical insulation test In the electrical insulation test according to design suitability and approval and the safety standard, it is checked by applying a high voltage, whether the photovoltaic module is isolated to the edge.
  • the applied high voltage is usually between 3000V and 6000V, depending on the system voltage and standard, and depending on whether the module has an insulating frame or not. It is determined whether a leakage current forms. This can occur due to a faulty de-coating, if there is still a residual coating on the substrate in the edge area. However, a leakage current can also be caused by a contamination of the edge region, for example by dust particles, which, for example, is due to the delamination of the substrate.
  • Another cause of leakage may be a microstructure formed in the edge region of the substrate by the stripping process in the form of the smallest damage to the substrate surface, in which moisture collects.
  • leakage may also be present due to the use of a conductive and thus faulty laminating film, such as may result from faulty storage. The electrical insulation test thus also checks the dielectric strength of the laminate.
  • An object of the present invention is to simplify the insulation test for photovoltaic modules, in particular for thin-film photovoltaic modules, and to increase the quality of photovoltaic modules.
  • an electrical insulation test takes place during the production of the photovoltaic modules, in which, by means of a mechanical contacting device, a test voltage is applied between the module edge on the one hand and the electrical connections of the photovoltaic module leading outwards from the edge of the module, on the other hand.
  • this contacting device can be easily integrated into the production process of the photovoltaic modules, for example the electrical insulation test can be integrated into the production line as one process step become .
  • the fact is taken into account that the previously held random electrical insulation test no longer meets the increased quality and safety requirements of consumers.
  • a complete quality control of each individual photovoltaic module can be ensured. Expensive manufacturing faults, which, if left unrecognized, can lead to costly manufacturer recalls, can be quickly identified with the present invention.
  • the production of the photovoltaic modules can be stopped immediately after the error detection in order to find the cause of the error and to remedy the error.
  • the proportion of defective photovoltaic modules is limited to the small number of modules actually in production at this time. Cases in which whole daily productions could not be put on the market because of quality or safety defects, since the Insulation test only on selected photovoltaic modules took place, belong to the past.
  • the method runs on a production line and the electrical insulation test is carried out in series with the other production steps or within one of these production steps.
  • the step of insulation test is carried out as an additional "manufacturing step" using a separate device designed for the insulation test or the device for performing the insulation test is integrated into one of the devices required anyway for the production of the photovoltaic modules, so that the Insulation test in the context of a manufacturing step, for example in the context of RandentSchichtung performed.
  • the means for performing the insulation test is integrated into the device for edge deletion.
  • the edge-peeled photovoltaic module is not of the
  • Photovoltaic modules are provided in which individual modules that do not pass the insulation test, automatically re-edited immediately or can be reduced for repeated processing one or more manufacturing steps.
  • the voltage ramp passed during the insulation test differs from the voltage ramp of previous tests in that preferably significantly higher voltages are applied.
  • the applied voltages are in a preferred embodiment of the invention in a range of 5kV to 2OkV. In any case, the applied voltages are at least equal to the relevant standard.
  • the voltage ramp is significantly faster than previously go through, namely with preferably at least 500V / s. It is possible to run the test at up to 10 kV / s. Thereby, the test duration of about 5 minutes per isolation test can be reduced to less than one minute, preferably to less than 5 seconds, which is particularly advantageous in the "in-line" application for a uniform process flow.
  • a contacting test before carrying out the insulation test of the individual photovoltaic modules.
  • this contacting test it is checked whether the contact elements of the contacting device are electrically connected to the module edge or the electrical terminals of the photovoltaic module to be tested. This can be ruled out that the insulation test results in a positive result despite a faulty module. This case could occur, for example, if there is no proper electrical connection of the contact element, for example, due to a faulty contact with a junction box (see below).
  • the system according to the invention for the production of photovoltaic modules has a device for carrying out the electrical insulation test. Depending on whether the test is intended for "in-line” or as an “isolated solution", this device is designed as a module of the production line or as a stand-alone device, in both cases contacting by means of a mechanical contacting device.
  • the contacting device has a contact frame for contacting the module edge, which has at least one strip-shaped contact element.
  • the contacting of the module edge is carried out by contacting the end face of the finished module, the end face of the substrate and / or the top of the substrate in the edge region of the module.
  • Of the Contact frame is designed to enclose the module. He encloses the module thereby preferably completely. This can be achieved either by the fact that a continuous, one-piece contact element is used, which encloses the module gapless. Alternatively, a contact frame with a plurality of contact elements is used, which overlap in their end regions, so that even in this case a complete enclosure of the module can be ensured.
  • the contacting device has a contact roller provided with a preferably band-shaped contact element, which contact element is designed for the peripheral contacting of the module edge in sections.
  • a contact roller provided with a preferably band-shaped contact element, which contact element is designed for the peripheral contacting of the module edge in sections.
  • Contakt roll provided on its outside with a contact strip and moves the module edge from, while contacting the module or substrate end face and / or contacting the substrate top in the edge region.
  • the departure is done section by section, i.
  • Step-by-step whereby a “step-wise” departure can be understood as meaning both a continuous and a pausing of the module edge.
  • a possible breakdown or weak points of the electrical insulation can be used in a common production line.
  • the contacting device also has a
  • Contact stamp for contacting the electrical connections of the photovoltaic module, wherein the contact stamp with a preferably ball - or cushion-shaped contact element is provided.
  • Contact element of the contact roller and / or the contact element of the contact stamp consists of an electrically conductive, textile fabric, ie tissue, are woven into the metallic elements.
  • electrically conductive fibers or fabrics, metal or steel wool or moistened sponge cloths, conductive foam or conductive rubber, etc. may be used.
  • a copper-beryllium fabric hose is used as the contacting material, a particularly good contacting is also possible with geometrical irregularities of the module edge because of the elasticity of the fabric. In addition, this material is characterized by a special longevity.
  • the contact element is elastic enough in a mechanical contacting of the photovoltaic module by pressing the contact frame or the contact stamp to avoid mechanical damage of the photovoltaic module, but at the same time a sufficient electrical contact is ensured.
  • conventional metal contact sheets or contact sheets also in the form of textiles wetted with a conductive liquid, which are then advantageously sprung or spring-mounted in a suitable manner to the comparatively sensitive module in the contacting operation not to damage. If moistened sponge cloths or similar materials are used, which allow a metered moistening of the contact elements to produce or improve their electrical conductivity, can be a very safe
  • the electrical contacting process of the photovoltaic module to be tested is of particular importance.
  • the manner of contacting is preferably independent of the position in which the photovoltaic module is transported and supplied to the test device. This can be done for example via manipulators, roller conveyors, compressed air, etc.
  • the photovoltaic modules can be transported lying or standing and checked.
  • the required for insulation testing contacting the photovoltaic modules is preferably carried out automatically. Alternatively, however, a completely manual or semiautomatic contacting can take place.
  • a completely manual or semiautomatic contacting can take place.
  • the fully automatic contacting contact frame and / or contact stamp via corresponding drive devices, such as pneumatic or hydraulic actuators or but electric motor drives, positioned or operated. If the photovoltaic module to be tested is in the test position, the module may first be enclosed by the contact frame, for example, before the contact stamp is pressed against the exposed electrical connections of the photovoltaic module leading to the outside.
  • the contacting of the frame can alternatively be done automatically by a movement of the photovoltaic module on the frame.
  • a lever pivoting solution can be provided, after which the module to be tested forcibly engages in the test position on a lever arm of the contacting device, by the pivoting contacting the module edge by the contact element of the contact frame.
  • a clamping solution is realized in which the module to be tested automatically clamped by the method in the test position between the contact elements. In both cases, the photovoltaic module to be tested is brought up to the lever arms or the contact elements, for example with the aid of a lifting table driven by racks.
  • the contact frame is preferably made in three parts, wherein according to the plate shape of the photovoltaic module, an L-shaped part of the frame is provided on the two rectilinear frame elements either directly, ie at both ends of the L- The contact frame is then first attached to the module to be tested with the L-element before the two further frame elements, for example, over
  • Hinges or the like are connected to the L-element, are brought to the two remaining sides of the module and contact them. All three contact options for attaching the frame to the photovoltaic module and the variant described with a contact roller can also be used when the contact is not automatic, but manually. Even with a manual contact, a contact stamp can be used, which is placed on the electrical connections leading to the outside of the photovoltaic module. However, if it is already the finished photovoltaic module, in which the two electrical connections are already provided with a junction box or with connectors, as used for connecting the photovoltaic module in a photovoltaic module array, the contacting of the electrical connections is advantageously not using a
  • the photovoltaic module to be tested may be provided with a preliminary, open junction box (test socket) to perform the test, which will be sealed after the test.
  • test socket For contacting this test socket no pluggable contact adapter is required.
  • the above-described contact stamp can be used.
  • the use of such a test socket allows a particularly accurate and secure contact of the module by the contact stamp, since the contact stamp in this case does not need to be placed on leading outward, more or less loose electrical connections, but defined contact points are present in the form of a test socket. If the contacting of the junction box or the connector of the photovoltaic module by means of a plug-in contact adapter (see above), so in one embodiment of the invention as a holding and
  • Connection device formed auxiliary device provided for the automatic production of a mechanical connection between junction box or plug on the one hand and contact adapter on the other.
  • the auxiliary device is preferably designed such that it simultaneously captures or grips the junction box or the connector on the one hand and / or the contact adapter on the other hand (if necessary), positioned and / or aligned with each other and connected by a defined connection movement.
  • Invention is a further automation of the testing process and a significant cycle time reduction possible.
  • contact adapter and contact stamp a unit so that both modules with exposed electrical connections, as well as modules can be checked with junction box or connectors with a single device.
  • Contact stamps and contact adapters can also be jointly controlled and moved in this case.
  • 2 shows a section through a photovoltaic module
  • 3 is a plan view of a production line
  • FIG. 4 is a side view of a photovoltaic module in a contact frame
  • FIG. 6 is a side view of a contact stamp
  • FIG. 7 is a partial view of a pivot lever solution for contacting the photovoltaic module
  • Fig. 8 is a partial view of a clamping solution for
  • FIG. 10 shows a perspective view of a photovoltaic module contacted by a stamp frame
  • Fig. 11 is a sectional view through a stamp frame.
  • FIG. 1 A thin-film photovoltaic module 1 to be tested in a perspective view from below is shown in FIG. 1.
  • the module 1 is plate-shaped and has two electrical connections 3 on its rear side 2. These serve to connect the module 1 in a photovoltaic module field, for example, as part of a photovoltaic module installation on a house roof.
  • the module has four end faces 4. The height of the module is a few millimeters to centimeters.
  • the layer structure of a thin-film module 1 is illustrated in FIG.
  • a current-carrying component 6 is applied, which consists of three layers, wherein the central layer through the actual semiconductor layer 7 and the two outer lengths by TCO material 8 (transparent conductive oxides) are formed.
  • TCO material 8 transparent conductive oxides
  • the structure of the module 1 is completed by an upper cover plate 11, which is also usually made of glass.
  • an upper cover plate 11 which is also usually made of glass.
  • the laminate layer 10 Through the laminate layer 10, the end faces 4 of the module 1 are moisture-sealed and at the same time electrically insulated. Checking this is the task of the electrical insulation test.
  • Insulation test a test voltage between the module edge on the one hand and the remote from the module edge to the outside electrical connections 3 of the module. 1 on the other hand. If the substrate 5 is already provided with the laminate layer 10, the voltage is preferably applied between the terminals 3 and the front side 4 of the module 1 (with or without cover plate 11). If the insulation test is carried out before the lamination process, the voltage is preferably applied between the terminals 3 and the front side of the substrate 5 and / or the substrate top side 35 in the edge region 9.
  • the electrical insulation test is preferably as a
  • the insulation test takes place directly after the edge delamination and before the very time-consuming lamination.
  • the device 13 for carrying out the electrical insulation test is then designed as a module of the production line 12 and positioned in the process direction 14 between the edge deletion module 15 and the lamination module 16.
  • a second test device 13 is provided in the production line 12 after the lamination process.
  • the contacting of the module 1 is carried out manually, semi-automatically or fully automatically by means of a mechanical
  • This comprises a contact frame 17 for contacting the end faces 4 and a Contact stamp 18 for contacting the electrical connections 3 of the module 1.
  • the contact frame 17 has adapted to the outer shape of the module to be tested 1 strip-shaped contact elements and is designed for seamless enclosure of the module 1, see Fig. 4.
  • the contact frame 17 is designed for this purpose in three parts, wherein according to the plate shape of the module 1, an L- shaped part 19 of the frame 17 is provided, are attached to the two rectilinear frame members 20 via hinges 21.
  • the contact frame 17 is then attached first to the L-element 19 on the module 1 to be tested. Subsequently, the two further frame elements 20 are brought to the two remaining sides 4 of the module 1 and contact them. This is indicated in Fig. 4 by the pivoting movements 22.
  • the strip-shaped frame members 19, 20 on its side facing the module 1 inside a groove 24, in which the contact elements 25 einre. There are thus three frame members 19, 20 are used, the contact elements 25 overlap in their end regions 26.
  • the actually used shape of the groove 24 may differ from the shape shown here. Also less relevant to the invention is how the
  • Contact elements 25 are mounted in the groove 24. Here are the expert various options available. It is only important that a proper contacting of the module 1 is ensured.
  • the contact stamp 18 is provided with a substantially bale-shaped contact element 27 and is in the contacting direction 28 on the back 2 of the module. 1 pressed on which the electrical connections 3 of the module 3 are exposed, see FIG. 6.
  • the contact element 27 of the Needlesstempeis 18 is, as indicated in Fig. 6, at the front end of a
  • Cylinder piston 29 mounted.
  • the cylinder piston 29 is driven, for example pneumatically or hydraulically and in the contacting direction 28 movable.
  • the contact elements 25, 27 are preferably made of an electrically conductive metal fabric, in particular copper-plated or silver-plated mesh fabric, which is applied to an elastomer or foam core.
  • contact frame 17 and contact stamp 18 takes place automatically in the fully automatic variant and controlled by means of a central control unit via drive devices which are not shown in the figures, but are familiar to the person skilled in the art.
  • the position of the module 1 for the insulation test is determined. Motorized referencing elements, for example in the form of beams or the like, move the module 1 in the test position. Subsequently, the module 1 is isolated. For this purpose, it is lifted out of its transport position by means of electrically non-conductive plastic elements and fed to the contact frame 17. After closing the frame 17 and the contacting of the electrical connections 3 by the contact stamp 18, a contacting test is carried out in which it is checked whether the contact elements 25, 27 of the contacting device with the module edge or the electrical terminals 3 of the module to be tested 1 properly electrically connected, and then the actual isolation test. For this purpose, a high voltage generator is used. After passing through a voltage ramp and the simultaneous measurement of the current flowing through the measuring device, it is determined whether the measured current meets the standard requirements or not. Passing through the voltage ramp takes place within a period of less than 5 seconds, preferably within 1 to 2 seconds.
  • the terminals of contact frame 17 and contact stamp 18 are short-circuited to discharge the module 1.
  • a high-impedance resistor on the order of 1 to 20 megohms (or greater) may be permanently short-circuited between the two poles; As a result, the contactor required for the above-mentioned short-circuiting for switching the high voltage is saved.
  • contact frame 17 and contact stamp 18 are removed from the module 1 and the module 1 is moved back into its transport position. If the transport plane is already electrically insulated, the use of an isolation stroke is no longer necessary.
  • a defined Transport position then corresponds to the test position of the module 1.
  • a lever pivoting solution can be provided, according to which the module 1 to be tested forcibly engages in the test position on a pivotally mounted lever arm 32 of the contact frame 30, by the pivoting contacting the end faces 4 by a contact element 33 of the contact frame 30, see
  • a clamping solution is realized in which the module 1 to be tested automatically jams itself between the contact elements 34 of the contact frame 31 by the method in the test position, see FIG. 8.
  • FIGS. 7 and 8 each show only a single contacting area. However, the contacting of the entire module 1 is preferably carried out simultaneously.
  • both in the lever pivoting solution, as well as in the clamping solution is a simultaneous contacting of the module 1 with the contact elements 33 and 34, for which preferably only a single motor drive is necessary, with the aid of the module 1 is moved in the contacting direction.
  • the contacting of the module edge does not take place over the front side 4 of the module 1, but (before lamination) by contacting the substrate top 35 in the region of the module edge 9, see FIGS. 1 and 10, wherein the
  • Contacting 36 is shown with a broken line. If a contact frame 17 is used for this type of contacting, groove 24 and contact element 25 of this variant are adapted accordingly, see Fig. 9. Alternatively to the application of a contact frame, it is possible in contacting this type to use a further contact stamp 38, the - Which is based on the contacting of the module 1 basic properties of the contact frame 17 receiving - preferably frame-shaped and rests in the edge region 9 on the substrate 5, see Fig. 10. A pivoting of frame parts are unnecessary in this case, since the frame-shaped stamp or Stamp frame 38 may be configured in one piece, so that it can be placed as a whole on the module to be tested 1.
  • a modified contact frame 17 or a modified stamp frame 38 can be used for this purpose. It is also possible that in this case two separately movable contact punches are used, wherein the one in the direction of the arrow 22 and the other in the direction of the arrow 36 is moved to the module 1 to be tested.
  • the contact element 27 of the contact stamp 18 is preferably bale-shaped in order to ensure sufficient electrical contact with the module 1
  • the contact element of the contact frame 17, 30, 31 can take various forms, such as a semicircular strip 25 (see FIG ), in the form of a bale 33 (Fig. 7) and 25 (Fig. 9) or in the form of a wedge 34 (Fig. 8). If a simultaneous contacting of the front side 4 and the substrate top side 35 (this variant is not shown in the drawings), so also L-shaped contact elements are possible.
  • the contact frame 17 can also be designed as a combination of individual or combined contact stamps.

Abstract

Die Erfindung betrifft die elektrische Isolationsprüfung sowie die Herstellung von Photovoltaikmodulen (1), insbesondere von Dünnfilm-Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4, 35) elektrisch isoliert sind. Um die Isolationsprüfung für derartige Photovoltaikmodule (1) zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, daß während der Herstellung der Photovoltaikmodule (1) eine elektrische Isolationsprüfung stattfindet, bei der mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 30, 31) eine Testspannung zwischen dem Modulrand (4, 35) einerseits und den entfernt von dem Modulrand (4, 35) nach außen führenden elektrischen Anschlüssen (3) des Photovoltaikmoduls (1) andererseits angelegt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Isolationsprüfung sowie Verfahren und System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur elektrischen Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen sowie ein Verfahren und ein System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet und zumindest, aber nicht notwendigerweise ausschließlich, im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind.
Für die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen mit Dünnfilmsolarzellen, die auf Schichtdicken im Mikrometerbereich basieren, und die Gewährleistung der Sicherheit solcher Module gemäß der vorgeschriebenen Normen (IEC 61646/1996, IEC 61730/2004) , ist es ausschlaggebend, wie gut die Dünnschichten zur Aussenkante hin elektrisch isoliert und vor Witterungs- und anderen Umwelteinflüssen sowie vor Stromleckage geschützt sind. Nach dem Aufbringen von stromführenden Schichten auf ein Substrat wird daher der Randbereich des Substrates wieder entschichtet und das Substrat wird, zumindest in diesem Randbereich, laminiert, d.h. mit einer Laminatschicht versehen, so daß eine feuchtedichte Verkapselung der Solarzellen und zugleich eine ausreichende elektrische Isolation der stromführenden Komponenten erreicht wird.
Kann von außen Feuchtigkeit in den Randbereich des Photovoltaikmoduls eindringen, so kann dies nicht nur dazu führen, daß die Solarzelle beschädigt oder zerstört wird.
B68T A'TtOU***0'** Auch die geforderte elektrische Isolierung der stromführenden Komponenten und damit die Betriebssicherheit des Moduls kann aus diesem Grund unzureichend sein. Um dies zu überprüfen, ist es bekannt, Photovoltaikmodule einem elektrischen Isolationstest zu unterwerfen.
Bei der elektrischen Isolationsprüfung gemäß Bauarteignung und Zulassung sowie der Sicherheitsnorm, wird durch Anlegen einer Hochspannung geprüft, ob das Photovoltaikmodul zum Rand hin isoliert ist. Die angelegte Hochspannung beträgt zumeist zwischen 3000V und 6000V, je nach Systemspannung und Norm, und je nachdem, ob es das Modul über einen isolierenden Rahmen verfügt oder nicht. Dabei wird festgestellt, ob sich ein Leckstrom bildet. Dieser kann aufgrund einer fehlerhaften EntSchichtung auftreten, wenn noch eine Restbeschichtung auf dem Substrat im Randbereich vorhanden ist . Ein Leckstrom kann jedoch seine Ursache auch in einer Kontamination des Randbereiches, bspw. durch Staubpartikel, haben, die bspw. auf die Entschichtung des Substrats zurückzuführen ist. Eine andere Ursache für Leckstrom kann eine im Randbereich des Substrates durch den Entschichtungsvorgang entstandene Mikrostruktur in Form kleinster Beschädigungen der Substratoberfläche sein, in der sich Feuchtigkeit sammelt. Schließlich kann Leckstrom auch aufgrund der Verwendung einer leitfähigen und damit fehlerhaften Laminierfolie vorhanden sein, wie sie beispielsweise durch fehlerhafte Lagerung entstehen kann. Mit dem elektrischen Isolationstest wird somit auch die dielektrische Festigkeit des Laminats überprüft .
Für den elektrischen Isolationstest ist es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erforderlich, das Photovoltaikmodul in ein Wasserbad zu geben, also vollständig zu benetzen. Diese Art von Kontaktierung ist jedoch mit mehreren Nachteilen versehen. Aus fertigungstechnischer Sicht ist der Test sehr aufwendig. Er wird daher nicht an allen Photovoltaikmodulen einer Fertigung durchgeführt. Statt dessen werden lediglich ausgewählte Photovoltaikmodule stichprobenartig geprüft. Darüber hinaus ist es nicht ausgeschlossen, daß es durch eine das Photovoltaikmodul vollständig benetzende Kontaktierung zu Beschädigungen des Photovoltaikmoduls kommt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Isolationsprüfung für Photovoltaikmodule, insbesondere für Dünnfilm-Photovoltaikmodule, zu vereinfachen bzw. die Qualität von Photovoltaikmodule zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst:
- durch ein Verfahren zur elektrischen Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen nach Anspruch 1 bzw.
- durch ein Verfahren zur Verbesserung der Isolationseigenschaften von Photovoltaikmodulen nach Anspruch 2 bzw.
- durch ein Verfahren zur Herstellung von Photovoltaikmodulen nach Anspruch 3 bzw.
- durch eine Einrichtung zur elektrischen Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen nach Anspruch 7 bzw.
- durch ein System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen nach Anspruch 16.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß findet während der Herstellung der Photovoltaikmodule eine elektrische Isolationsprüfung statt, bei der mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung eine Testspannung zwischen dem Modulrand einerseits und den entfernt von dem Modulrand nach außen führenden elektrischen Anschlüssen des Photovoltaikmoduls andererseits angelegt wird.
Im Gegensatz zur der aus dem Stand der Technik bekannten „vollständig benetzten Kontaktierung" kommt eine mechanische Kontaktierungsvorrichtung zum Einsatz. Diese Kontaktierungsvorrichtung kann auf einfache Art und Weise in den Herstellungsprozeß der Photovoltaikmodule integriert werden. Beispielsweise kann die elektrische Isolationsprüfung als ein Prozeßschritt in die Fertigungslinie integriert werden .
Mit der vorliegenden Erfindung wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die bisher stattfindende stichprobenartige elektrische Isolationsprüfung den gestiegenen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen der Verbraucher nicht mehr gerecht wird. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung kann eine lückenlose Qualitätskontrolle jedes einzelnen Photovoltaikmoduls sichergestellt werden. Teure Fehler während der Fertigung, die, sofern sie unerkannt bleiben, zu kostspieligen Rückrufaktionen der Hersteller führen können, können mit der vorliegenden Erfindung schnell erkannt werden. Die Herstellung der Photovoltaikmodule kann unmittelbar nach der Fehlererkennung angehalten werden, um die Fehlerursache zu suchen und den Fehler zu beheben. Dabei beschränkt sich der Anteil fehlerhafter Photovoltaikmodule auf die geringe Anzahl der sich zu diesem Zeitpunkt tatsächlich in der Fertigung befindenden Module. Fälle, in denen ganze Tagesproduktionen wegen Qualitäts- bzw. Sicherheitsmängeln nicht mehr in den Verkehr gebracht werden konnten, da die Isolationsprüfung nur an ausgewählten Photovoltaikmodulen stattfand, gehören damit der Vergangenheit an.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren auf einer Fertigungslinie abläuft und die elektrische Isolationsprüfung in Reihe mit den übrigen Herstellungsschritten oder im Rahmen eines dieser Herstellungsschritte durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird entweder der Schritt der Isolationsprüfung als ein zusätzlicher „Herstellungsschritt" unter Verwendung einer für die Isolationsprüfung ausgebildeten separaten Einrichtung ausgeführt oder aber die Einrichtung zur Durchführung der Isolationsprüfung ist in eine der ohnehin für die Herstellung der Photovoltaikmodule benötigten Einrichtungen integriert, so daß die Isolationsprüfung im Rahmen eines Herstellungsschrittes, beispielsweise im Rahmen der RandentSchichtung, durchgeführt wird.
Eine solche „In-Line "-Prüfung erlaubt es auf besonders einfache Art und Weise, jedes einzelne Photovoltaikmodul zu prüfen. Je nachdem, an welcher Stelle der Fertigungslinie die Isolationsprüfung stattfindet, kann die Ausfallzeit im Fall eines fehlerhaften Moduls mehr oder weniger stark verringert werden. Wird beispielsweise die Isolationsprüfung direkt nach dem Randentschichten und vor dem sehr zeitaufwendigen
Laminieren durchgeführt, so können Fehler beim Entschichten bereits frühzeitig erkannt und ein Laminieren fehlerhafter Module kann vermieden werden. Bei einem Einsatz des Isolationstests nach dem Laminierschritt hingegen kann die Qualität der Laminierfolie überprüft werden, was für die Qualitäts- und Sicherheitsbetrachtung insgesamt eine herausragende Bedeutung hat. Der Einsatz der mit der Erfindung vorgeschlagenen Technologie wird daher vorzugsweise am Ende der Fertigung eines Moduls erfolgen. Gleichwohl können sich auch aus dem Einsatz zu früheren Zeitpunkten Vorteile ergeben (siehe oben) .
Erfolgt die Isolationsprüfung direkt nach dem
Randentschichten, dann ist es entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Einrichtung zur Durchführung der Isolationsprüfung in die Einrichtung zur Randentschichtung integriert ist. Mit anderen Worten wird das randentschichtete Photovoltaikmodule nicht von dem
Randentschichtungsmodul einer separaten Einrichtung zur Durchführung der elektrischen Isolationsprüfung zugeführt, sondern die Isolationsprüfung erfolgt in dem Randentschichtungsmodul selbst. Dadurch kann unter Verwendung einer entsprechenden Steuerung des Herstellungsverfahrens auf besonders einfache Art eine Verbesserung der Qualität der Photovoltaikmodule erreicht werden, indem diejenigen Photovoltaikmodule, welche die Isolationsprüfung nicht bestehen, unmittelbar in dem Randentschichtungsmodul ein zweites mal entschichtet werden.
Durch den Einsatz der Isolationsprüfung während bzw. im Zusammenhang mit der RandentSchichtung, dem Laminieren und/oder weiteren Herstellungsschritten kann insgesamt ein besonders intelligentes System zur Herstellung von
Photovoltaikmodulen bereitgestellt werden, bei dem einzelne Module, welche die Isolationsprüfung nicht bestehen, automatisch unmittelbar erneut bearbeitet oder aber für eine wiederholte Bearbeitung einen oder auch mehrere Herstellungsschritte zurückgefahren werden können.
Selbstverständlich ist es bei der „In-Line "-Prüfung grundsätzlich auch möglich, die zu fertigenden Photovoltaikmodule lediglich stichprobenartig zu prüfen. Dies wäre durch eine geeignete Ansteuerung der Prüfeinrichtung realisierbar. Zum Erreichen eines höchstmöglichen Qualitäts- bzw. Sicherheitsniveaus ist jedoch eine hundertprozentige Prüfung vorzuziehen.
Neben der „In-Line "-Anwendung der elektrischen Isolationsprüfung im Rahmen einer Fertigungslinie ist es ebenso möglich, den Isolationstest als „Insellösung" auszuführen, also örtlich und/oder zeitlich versetzt zur
Herstellung der Module in der Fertigungslinie. Dies kann zum einen derart erfolgen, daß bei einer solchen „Insellösung" bereits fertig zusammengebaute Photovoltaikmodule geprüft werden. Zum anderen kann die Isolationsprüfung als „Insellösung" auch dann zum Einsatz kommen, wenn das
Herstellungsverfahren auf zwei oder mehreren Fertigungslinien abläuft, wobei diejenigen Photovoltaikmodule, welche die erste Fertigungslinie verlassen, im Rahmen der „Insellösung" geprüft werden, bevor sie der nachfolgenden Fertigungslinie zugeführt werden. Auch bei der „Insellösung" können entweder alle Module getestet werden oder aber die Tests erfolgen nur stichprobenartig .
In beiden Fällen, also sowohl „In-Line", als auch bei der „Insellösung", kann es vorteilhaft sein, die elektrische
Isolationsprüfung mehrfach durchzuführen, beispielsweise vor und nach dem Aufbringen der Laminatschicht auf das Substrat. Mit einer solchen Mehrfachprüfung kann die Ausschußquote bei der Herstellung der Photovoltaikmodule noch weiter verringert werden.
Die bei der Isolationsprüfung durchfahrene Spannungsrampe unterscheidet sich von der Spannungsrampe bisheriger Tests dadurch, daß vorzugsweise deutlich höhere Spannungen angelegt werden. Die angelegten Spannungen liegen nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Bereich von 5kV bis 2OkV. In jedem Fall entsprechen die angelegten Spannungen aber mindestens der jeweils einschlägigen Norm.
Darüber hinaus wird die Spannungsrampe deutlich schneller als bisher durchlaufen, nämlich mit vorzugsweise mindestens 500V/s. Es ist möglich, den Test mit bis zu 10 kV/s durchzuführen. Dadurch kann die Testdauer von etwa 5 Minuten pro Isolationstest auf unter eine Minute, vorzugsweise auf unter 5 Sekunden, verringert werden, was insbesondere bei der „ In-Line "-Anwendung für einen gleichmäßigen Prozeßablauf von Vorteil ist.
Darüber hinaus wurde bei der Verwendung von Hochspannungen in dem Bereich von 8kV bis 2OkV überraschend festgestellt, daß sich die Isolationseigenschaften der getesteten Photovoltaikmodule verbessern, sofern es sich um Module mit einer nur geringen Stromleckage handelt. Module mit hoher Stromleckage verschlechtern sich hingegen deutlich, zumeist unter Ausbildung von sichtbaren Leckstrombahnen. Bei dem Isolationstest tritt also bei Anwendung derart hoher TestSpannungen ein Effekt dahingehend auf, daß sich die Isolationseigenschaften qualitativ hochwertigerer, aber nicht 100%ig isolationsfester Module verbessert, während sich die Isolationseigenschaften qualitativ minderwertiger Module verschlechtert. Die letztgenannten Module werden dann aus dem Herstellungsprozeß entfernt, während die durch den Isolationstest verbesserten Module nach bestandenem Test im Herstellungsprozeß verbleiben können. Die Verbesserung der Isolationseigenschaften läßt sich möglicherweise dadurch erklären, daß es durch die verwendete Hochspannung zu einem Verglühen von leitfähigen Partikeln und damit zu einem Säuberungseffekt kommt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, vor der Durchführung der Isolationsprüfung der einzelnen Photovoltaikmodule einen Kontaktierungstest durchzuführen. Bei diesem Kontaktierungstest wird geprüft, ob die Kontaktelemente der Kontaktierungsvorrichtung mit dem Modulrand bzw. den elektrischen Anschlüssen des zu prüfenden Photovoltaikmoduls elektrisch verbunden sind. Dadurch kann ausgeschlossen werden, daß die Isolationsprüfung trotz eines fehlerhaften Moduls ein positives Ergebnis ergibt. Dieser Fall könnte beispielsweise auftreten, wenn keine ordnungsgemäße elektrische Verbindung der Kontaktelement vorliegt, beispielsweise wegen einer fehlerhaften Kontaktierung an einer Anschlußdose (siehe unten) .
Das erfindungsgemäße System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen weist eine Einrichtung zur Durchführung der elektrischen Isolationsprüfung auf. Diese Einrichtung ist, je nachdem, ob der Test „In-Line" oder als „Insellösung" vorgesehen ist, als Modul der Fertigungslinie oder aber als „Stand alone" -Einrichtung konzipiert. In beiden Fällen erfolgt die Kontaktierung mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kontaktierungsvorrichtung einen Kontaktrahmen zum Kontaktieren des Modulrandes auf, der über wenigstens ein leistenförmiges Kontaktelement verfügt. Die Kontaktierung des Modulrandes erfolgt dabei durch Kontaktieren der Stirnseite des fertigen Moduls, der Stirnseite des Substrates und/oder der Oberseite des Substrates im Randbereich des Moduls . Der Kontaktrahmen ist dabei zum Umschließen des Moduls ausgebildet. Er umschließt das Modul dabei vorzugsweise lückenlos. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, daß ein durchgehendes, einstückiges Kontaktelement zum Einsatz kommt, welches das Modul lückenlos umschließt. Alternativ dazu kommt ein Kontaktrahmen mit mehreren Kontaktelementen zum Einsatz, die sich in ihren Endbereichen überlappen, so daß auch in diesem Fall ein lückenloses Umschließen des Moduls sichergestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kontaktierungsvorrichtung eine mit einem vorzugsweise bandförmigen Kontaktelement versehene Kontaktrolle auf, die zur abschnittsweisen peripheren Kontaktierung des Modulrandes ausgebildet ist. Hierbei ist eine zylinderförmige
Kontaktrolle an ihrer Außenseite mit einem Kontaktband versehen und fährt den Modulrand ab, und zwar unter Kontaktierung der Modul- bzw. Substratstirnseite und/oder unter Kontaktierung der Substratoberseite im Randbereich. Das Abfahren erfolgt dabei Abschnitt für Abschnitt, d.h.
„schrittweise", wobei unter einem „schrittweisen" Abfahren sowohl ein kontinuierliches, als auch ein durch Pausen unterbrochenes Abfahren des Modulrandes verstanden werden kann. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, einen möglichen Durchschlag bzw. Schwachstellen der elektrischen Isolierung exakt zu lokalisieren. Beide Ausführungsformen (Kontaktrahmen und Kontaktrolle) können in einer gemeinsamen Fertigungslinie eingesetzt werden.
Die Kontaktierungsvorrichtung weist darüber hinaus einen
KontaktStempel zum Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls auf, wobei der Kontaktstempel mit einem vorzugsweise ballen - oder kissenförmigen Kontaktelement versehen ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß das oder die Kontaktelemente des Kontaktrahmens und/oder das
Kontaktelement der Kontaktrolle und/oder das Kontaktelement des Kontaktstempels aus einem elektrisch leitfähigen, textilen Gewebe besteht, also Gewebe, in das metallische Elemente eingewebt sind. Alternativ dazu können bspw. auch elektrisch leitfähige Fasern oder Gewebe, Metall- bzw. Stahlwolle oder befeuchtete Schwammtücher, leitfähiger Schaumstoff oder leitfähiger Gummi etc. verwendet werden. Wird ein Kupfer-Beryllium-Gewebeschlauch als Kontaktierungsmaterial eingesetzt, ist wegen der Elastizität des Gewebes eine besonders gute Kontaktierung auch bei geometrischen Unregelmäßigkeiten des Modulrandes möglich. Zudem zeichnet sich dieses Material durch eine besondere Langlebigkeit aus.
Durch die Verwendung derartiger Materialien wird sichergestellt, daß das Kontaktelement bei einer mechanischen Kontaktierung des Photovoltaikmoduls durch Anpressen des Kontaktrahmens bzw. des Kontaktstempels elastisch genug ist, um eine mechanische Beschädigung des Photovoltaikmoduls zu vermeiden, gleichzeitig jedoch eine hinreichend elektrische Kontaktierung gewährleistet ist. Anstelle dieser Materialien können auch herkömmliche metallene Kontaktbleche oder Kontaktfolien, auch in Gestalt von mit einer leitfähigen Flüssigkeit benetzten Textilien, zum Einsatz kommen, wobei diese dann vorteilhafterweise in geeigneter Art und Weise gefedert bzw. federnd gelagert sind, um das vergleichsweise empfindliche Modul bei dem Kontaktierungsvorgang nicht zu beschädigen. Werden befeuchtete Schwammtücher oder ähnliche Materialien verwendet, die eine dosierte Befeuchtung der Kontaktelemente zur Herstellung oder Verbesserung ihrer elektrischen Leitfähigkeit zulassen, kann eine sehr sichere
Feuchtkontaktierung erfolgen, die jedoch im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten „Vollbad" -Benetzungen auf einer nur teilweisen, nämlich nur im unmittelbaren Kontaktbereich erforderlichen Benetzung der zu prüfenden Module mit Flüssigkeit beruht. Statt eines vollständigen Eintauchens der Module in ein Wasserbad erfolgt lediglich eine Teilbenetzung des Moduls aufgrund der an den Kontaktelementen anhaftenden Feuchtigkeit. Dadurch werden die bei einer vollständigen Benetzung auftretenden Probleme, insbesondere die Gefahr einer Beschädigung des Moduls, umgangen .
Dem elektrischen Kontaktierungsvorgang des zu prüfenden Photovoltaikmoduls kommt eine besondere Bedeutung bei . Die Art und Weise der Kontaktierung ist vorzugsweise unabhängig davon, in welcher Position das Photovoltaikmodul transportiert und der Prüfeinrichtung zugeführt wird. Dies kann beispielsweise über Manipulatoren, Rollenbahnen, Druckluft etc. erfolgen. Die Photovoltaikmodule können liegend oder stehend transportiert und geprüft werden.
Die zur Isolationsprüfung erforderliche Kontaktierung der Photovoltaikmodule erfolgt vorzugsweise automatisch. Alternativ dazu kann jedoch auch eine vollständig manuelle oder eine semiautomatische Kontaktierung erfolgen. Bei der vollautomatischen Kontaktierung werden Kontaktrahmen und/oder KontaktStempel über entsprechende Antriebsvorrichtungen, beispielsweise pneumatische oder hydraulische Antriebe oder aber elektromotorische Antriebe, positioniert beziehungsweise betätigt. Befindet sich das zu prüfende Photovoltaikmodul in der Prüfposition, so kann beispielsweise zunächst das Modul von dem Kontaktrahmen umfaßt werden, bevor der Kontaktstempel an die nach außen führenden freiliegenden elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls angepreßt wird. Die Kontaktierung des Rahmens kann alternativ dazu selbsttätig durch eine Bewegung des Photovoltaikmoduls auf den Rahmen zu erfolgen. Hierbei kann zum einen eine Hebelschwenklösung vorgesehen sein, wonach das zu prüfende Modul beim Verfahren in die Prüfposition zwangsweise an einem Hebelarm der Kontaktierungsvorrichtung angreift, durch dessen Verschwenken ein Kontaktieren des Modulrandes durch das Kontaktelement des Kontaktrahmens erfolgt. In einer anderen Variante wird eine Klemmlösung verwirklicht, bei der sich das zu prüfende Modul durch das Verfahren in die Prüfposition selbsttätig zwischen den Kontaktelementen verklemmt. In beiden Fällen wird das zu prüfende Photovoltaikmodul beispielsweise mit Hilfe eines über Zahnstangen angetriebenen Hubtisches an die Hebelarme bzw. die Kontaktelemente herangefahren.
Kommt weder die Hebelschwenk- noch die Klemmlösung zum Einsatz, dann ist der Kontaktrahmen vorzugsweise dreiteilig ausgeführt, wobei entsprechend der Plattenform des Photovoltaikmoduls ein L-förmiger Teil des Rahmens vorgesehen ist, an dem zwei gradlinige Rahmenelemente entweder direkt, also an beiden Enden des L-Abschnitts, oder „in Reihe" befestigt sind. Der Kontaktrahmen wird dann zunächst mit dem L-Element an dem zu prüfenden Modul befestigt, bevor die beiden weiteren Rahmenelemente, die beispielsweise über
Scharniere oder dergleichen mit dem L-Element verbunden sind, an die beiden verbleibenden Seiten des Moduls herangeführt werden und diese kontaktieren. Alle drei Kontaktmöglichkeiten zum Anbringen des Rahmens an dem Photovoltaikmodul sowie die beschriebene Variante mit einer Kontaktrolle können auch dann zum Einsatz kommen, wenn die Kontaktierung nicht automatisch, sondern manuell erfolgt. Auch bei einer manuellen Kontaktierung kann ein Kontaktstempel zum Einsatz kommen, der auf die nach außen führenden elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls aufgelegt wird. Handelt es sich jedoch bereits um das fertig hergestellte Photovoltaikmodul, bei dem die beiden elektrischen Anschlüsse bereits mit einer Anschlußdose oder mit Anschlußsteckern versehen sind, wie sie zum Anschließen des Photovoltaikmoduls in einem Photovoltaikmodulfeld verwendet werden, erfolgt die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse vorteilhafterweise nicht mit Hilfe eines
Kontaktstempels, sondern durch Kontaktieren der Anschlußdose oder der Anschlußstecker mit Hilfe eines vorzugsweise steckbaren Kontaktadapters. Dies kann sowohl in der manuellen, als auch in der automatischen Kontaktierungsvariante der Fall sein.
Alternativ kann das zu prüfende Photovoltaikmodul zur Durchführung des Tests mit einer vorläufigen, offenen Anschlußdose (Prüfdose) versehen werden, die nach dem Test verschlossen wird. Zur Kontaktierung dieser Prüfdose ist kein steckbarer Kontaktadapter erforderlich. Statt dessen kann der zuvor beschriebene KontaktStempel verwendet werden. Die Verwendung einer solchen Prüfdose ermöglicht eine besonders genaue und sichere Kontaktierung des Moduls durch den Kontaktstempel, da der Kontaktstempel in diesem Fall nicht auf nach außen führende, mehr oder weniger lose elektrische Anschlüsse plaziert werden muß, sondern definierte Kontaktierungspunkte in Form einer Prüfdose vorhanden sind. Erfolgt die Kontaktierung der Anschlußdose bzw. der Anschlußstecker des Photovoltaikmoduls mit Hilfe eines steckbaren Kontaktadapters (siehe oben) , so ist in einer Ausführungsform der Erfindung eine als Halte- und
Anschlußvorrichtung ausgebildeten Hilfsvorrichtung vorgesehen zur selbsttätigen Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen Anschlußdose bzw. -Stecker einerseits und Kontaktadapter andererseits . Die Hilfsvorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie die Anschlußdose bzw. die Anschlußstecker einerseits und/oder den Kontaktadapter andererseits gleichzeitig fängt bzw. greift (sofern notwendig) , positioniert und/oder gegeneinander ausrichtet sowie durch eine definierte Anschlußbewegung miteinander verbindet. Mit dieser Ausführungsform der
Erfindung ist eine weitere Automatisierung des Prüfvorganges und eine erhebliche Taktzeitverringerung möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung bilden Kontaktadapter und KontaktStempel eine Baueinheit, so daß mit einer einzigen Vorrichtung sowohl Module mit freiliegenden elektrischen Anschlüssen, als auch Module mit Anschlußdose bzw. -Steckern geprüft werden können. Kontaktstempel und Kontaktadapter können in diesem Fall auch gemeinsam angesteuert und bewegt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Photovoltaikmodul in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Photovoltaikmodul, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Fertigungslinie,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Photovoltaikmoduls in einem Kontaktrahmen,
Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Kontaktrahmen,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Kontaktstempels,
Fig. 7 eine Teilansicht einer Schwenkhebellösung zur Kontaktierung des Photovoltaikmoduls,
Fig. 8 eine Teilansicht einer Klemmlösung zur
Kontaktierung des Photovoltaikmoduls,
Fig. 9 eine Schnittansicht durch einen weiteren Kontaktrahmen,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines durch einen Stempelrahmen kontaktierten Photovoltaikmoduls,
Fig. 11 eine Schnittansicht durch einen Stempelrahmen.
Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche
Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Ein zu prüfendes Dünnfilm-Photovoltaikmodul 1 in einer perspektivischer Ansicht von unten zeigt Fig. 1. Das Modul 1 ist plattenförmig ausgebildet und weist auf seiner Rückseite 2 zwei elektrische Anschlüsse 3 auf. Diese dienen zum Anschließen des Moduls 1 in einem Photovoltaikmodulfeld, beispielsweise im Rahmen einer Photovoltaikmodulinstallation auf einem Hausdach. Das Modul weist vier Stirnseiten 4 auf. Die Höhe des Moduls beträgt dabei wenige Millimeter bis Zentimeter.
Die Schichtstruktur eines Dünnfilm-Moduls 1 ist in Fig. 2 illustriert. Auf einem Glassubstrat 5 ist eine stromführende Komponente 6 aufgebracht, die aus drei Lagen besteht, wobei die Mittellage durch die eigentliche Halbleiterschicht 7 und die beiden Außenlangen durch TCO-Material 8 (transparent conductive oxide) gebildet sind. Nach dem Aufbringen der stromführenden Komponente 6 wird diese im Randbereich 9 des Moduls 1 wieder entfernt, beispielsweise durch Einsatz eines Laserverfahrens . Man spricht dabei von der sogenannten Randentschichtung. Anschließend wird die stromführende
Komponente 6 mit Laminat 10 eingekapselt. Der Aufbau des Moduls 1 wird durch eine obere Deckplatte 11 abgeschlossen, die ebenfalls zumeist aus Glas besteht. Durch die Laminatschicht 10 sind die Stirnseiten 4 des Moduls 1 feuchtedicht abgeschlossen und zugleich elektrisch isoliert. Dies zu überprüfen ist Aufgabe der elektrischen Isolationsprüfung .
Im Zuge der Herstellung derartiger Module 1, bei denen stromführende Komponenten 6 auf einem plattenförmigen Substrat 5 angeordnet und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind, findet erfindungsgemäß eine elektrische Isolationsprüfung statt, bei der mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung als Bestandteil einer Einrichtung zur Durchführung der elektrischen
Isolationsprüfung eine Testspannung zwischen dem Modulrand einerseits und den entfernt von dem Modulrand nach außen führenden elektrischen Anschlüssen 3 des Moduls 1 andererseits angelegt wird. Wenn das Substrat 5 bereits mit der Laminatschicht 10 versehen ist, erfolgt das Anlegen der Spannung vorzugsweise zwischen den Anschlüssen 3 und der Stirnseite 4 des Moduls 1 (mit oder ohne Deckplatte 11) . Erfolgt die Isolationsprüfung vor dem Laminiervorgang, wird die Spannung vorzugsweise zwischen den Anschlüssen 3 und der Stirnseite des Substrats 5 und/oder der Substratoberseite 35 im Randbereich 9 angelegt.
Die elektrische Isolationsprüfung ist vorzugsweise als ein
Prozeßschritt in eine Fertigungslinie 12 zur Herstellung der Photovoltaikmodule integriert und wird in Reihe mit den übrigen Herstellungsschritten durchgeführt, vgl. Fig. 3. Beispielsweise findet die Isolationsprüfung direkt nach dem Randentschichten und vor dem sehr zeitaufwendigen Laminieren statt. Die Einrichtung 13 zur Durchführung der elektrischen Isolationsprüfung ist dann als Modul der Fertigungslinie 12 ausgeführt und in Prozeßrichtung 14 zwischen dem Randentschichtungsmodul 15 und dem Laminiermodul 16 positioniert. Um die Ausschußquote weiter zu verringern ist in der Fertigungslinie 12 eine zweite Testeinrichtung 13 nach dem Laminiervorgang vorgesehen.
Alternativ dazu ist es möglich, die elektrische Isolationsprüfung als „Insellösung" auszuführen, was in Fig. 3 mit der Versetzung der Testeinrichtung 13 aus der Fertigungslinie 12 heraus angedeutet wird.
Die Kontaktierung des Moduls 1 erfolgt manuell, semi- oder vollautomatisch mittels einer mechanischen
Kontaktierungsvorrichtung. Diese umfaßt einen Kontaktrahmen 17 zum Kontaktieren der Stirnseiten 4 und einen Kontaktstempel 18 zum Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse 3 des Moduls 1.
Der Kontaktrahmen 17 verfügt über an die äußere Form des zu prüfenden Moduls 1 angepaßte leistenförmige Kontaktelemente und ist zum lückenlosen Umschließen des Moduls 1 ausgebildet, siehe Fig. 4. Der Kontaktrahmen 17 ist hierzu dreiteilig ausgeführt, wobei entsprechend der Plattenform des Moduls 1 ein L- förmiger Teil 19 des Rahmens 17 vorgesehen ist, an dem zwei gradlinige Rahmenelemente 20 über Scharniere 21 befestigt sind. Der Kontaktrahmen 17 wird dann zunächst mit dem L-Element 19 an dem zu prüfenden Modul 1 befestigt. Anschließend werden die beiden weiteren Rahmenelemente 20 an die beiden verbleibenden Seiten 4 des Moduls 1 herangeführt und kontaktieren diese. Dies ist in Fig. 4 durch die Schwenkbewegungen 22 angedeutet.
Wie in Fig. 5 abgebildet, weisen die leistenförmigen Rahmenelemente 19, 20 an ihrer dem Modul 1 zugewandten Innenseite 23 eine Nut 24 auf, in der die Kontaktelemente 25 einliegen. Es kommen somit drei Rahmenelemente 19, 20 zum Einsatz, deren Kontaktelemente 25 sich in ihren Endbereichen 26 überlappen. Die tatsächlich verwendete Form der Nut 24 kann von der hier dargestellten Form abweichen. Für die Erfindung ebenfalls weniger relevant ist es, wie die
Kontaktelemente 25 in der Nut 24 befestigt sind. Hier stehen dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Es kommt lediglich darauf an, daß eine ordnungsgemäße Kontaktierung des Moduls 1 sichergestellt ist.
Der Kontaktstempel 18 ist mit einem im wesentlichen ballenförmigen Kontaktelement 27 versehen und wird in Kontaktierungsrichtung 28 auf die Rückseite 2 des Moduls 1 angepreßt, an der die elektrischen Anschlüsse 3 des Moduls 3 freiliegen, siehe Fig. 6.
Das Kontaktelement 27 des Kontaktstempeis 18 ist dabei, wie in Fig. 6 angegeben, an dem vorderen Ende eines
Zylinderkolbens 29 montiert. Der Zylinderkolben 29 ist beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetrieben und in Kontaktierungsrichtung 28 verfahrbar.
Anstelle eines ballen- oder kissenförmigen Kontaktelements 27 kann auch ein flaches Kontaktelement verwendet werden, solange eine elektrisch ausreichende und beschädigungslose Kontaktierung des Moduls 1 sichergestellt ist.
Die Kontaktelemente 25, 27 bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Metallgewebe, insbesondere verkupferten oder versilberten Maschengewebe, das auf einen Elastomer- oder Schaumkern aufgebracht ist.
Die Betätigung von Kontaktrahmen 17 und Kontaktstempel 18 erfolgt in der vollautomatischen Variante selbsttätig und mittels einer zentralen Steuereinheit angesteuert über Antriebsvorrichtungen, die in den Figuren nicht abgebildet, jedoch dem Fachmann geläufig sind.
Nachfolgend wird der Ablauf eines Isolationstests beschrieben:
Nach dem Einlaufen des zu prüfenden Moduls 1 in die Prüfeinrichtung 13 erfolgt zunächst eine Referenzierung.
Dabei wird die Position des Moduls 1 für den Isolationstest festgelegt. Motorisch angetriebene Referenzierungselemente, beispielsweise in Form von Balken oder dergleichen, bewegen das Modul 1 dabei in die Prüfposition. Anschließend wird das Modul 1 isoliert. Hierzu wird es mit Hilfe von elektrisch nichtleitenden Kunststoffelementen aus seiner Transportposition herausgehoben und dem Kontaktrahmen 17 zugeführt. Nach dem Schließen des Rahmens 17 und dem Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse 3 durch den Kontaktstempel 18 erfolgt ein Kontaktierungstest, bei dem geprüft wird, ob die Kontaktelemente 25, 27 der Kontaktierungsvorrichtung mit dem Modulrand bzw. den elektrischen Anschlüssen 3 des zu prüfenden Moduls 1 ordnungsgemäß elektrisch verbunden sind, und im Anschluß daran der eigentliche Isolationstest. Hierzu wird ein Hochspannungsgenerator verwendet. Nach dem Durchfahren einer Spannungsrampe und dem gleichzeitigen Messen des dabei durch die Meßanordnung fließenden Stromes wird ermittelt, ob der gemessene Strom den Normanforderungen genügt oder nicht. Das Durchfahren der Spannungsrampe erfolgt dabei innerhalb einer Zeitspanne von unter 5 Sekunden, vorzugsweise innerhalb von 1 bis 2 Sekunden.
Nach dem Isolationstest werden die Anschlüsse von Kontaktrahmen 17 und KontaktStempel 18 kurzgeschlossen, um das Modul 1 zu entladen. Zum Abbau der Kapazität kann alternativ dazu auch ein hochohmiger Widerstand in der Größenordnung von 1 bis 20 Megaohm (oder größer) zwischen den beiden Anschlußpolen dauerhaft kurzgeschlossen sein; hierdurch wird der beim oben erwähnten Kurzschließen zwingend benötigte Schütz zum Schalten der Hochspannung eingespart. Anschließend werden Kontaktrahmen 17 und Kontaktstempel 18 vom Modul 1 entfernt und das Modul 1 wird zurück in seine Transportposition bewegt. Ist die Transportebene bereits elektrisch isoliert ausgeführt, ist der Einsatz eines Isolationshubes nicht mehr notwendig. Eine definierte Transportposition entspricht dann der Testposition des Moduls 1.
Während zuvor die Kontaktierung mit Hilfe eines Kontaktrahmens 17 beschrieben wurde, der zueinander verschwenkbare Elementen 19, 20 aufweist, können auch Kontaktrahmen 30, 31 verwendet werden, deren Kontaktierung selbsttätig durch eine Bewegung des Moduls 1 auf den Rahmen 30, 31 zu erfolgt. Typischerweise handelt es sich dabei um die Bewegung des Moduls von der Transportposition in die Prüfposition.
Hierbei kann zum einen eine Hebelschwenklösung vorgesehen sein, wonach das zu prüfende Modul 1 beim Verfahren in die Prüfposition zwangsweise an einem schwenkbar gelagerten Hebelarm 32 des Kontaktrahmens 30 angreift, durch dessen Verschwenken ein Kontaktieren der Stirnseiten 4 durch ein Kontaktelement 33 des Kontaktrahmens 30 erfolgt, siehe Fig. 7. In einer anderen Variante wird eine Klemmlösung verwirklicht, bei der sich das zu prüfende Modul 1 durch das Verfahren in die Prüfposition selbsttätig zwischen Kontaktelementen 34 des Kontaktrahmens 31 verklemmt, siehe Fig. 8. Aus Gründen der Klarheit ist in den Fig. 7 und 8 jeweils nur ein einzelner Kontaktierungsbereich dargestellt. Die Kontaktierung des gesamten Moduls 1 erfolgt jedoch vorzugsweise gleichzeitig. Sowohl bei der Hebelschwenklösung, als auch bei der Klemmlösung erfolgt ein zeitgleiches Kontaktieren des Moduls 1 mit den Kontaktelementen 33 bzw. 34, wofür vorzugsweise nur ein einziger motorischer Antrieb notwendig ist, mit dessen Hilfe das Modul 1 in Kontaktierungsrichtung bewegt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kontaktierung des Modulrandes nicht über die Stirnseite 4 des Moduls 1, sondern (vor dem Laminieren) durch Kontaktierung der Substratoberseite 35 im Bereich des Modulrandes 9, siehe Fig. 1 und 10, wobei die
Kontaktierungsrichtung 36 mit unterbrochener Linie dargestellt ist. Sofern für diese Art der Kontaktierung ein Kontaktrahmen 17 Verwendung findet, sind Nut 24 und Kontaktelement 25 dieser Variante entsprechend angepaßt, siehe Fig. 9. Alternativ zur Anwendung eines Kontaktrahmens ist es bei der Kontaktierung dieser Art möglich, einen weiteren KontaktStempel 38 zu verwenden, der - die hinsichtlich der Kontaktierung des Moduls 1 grundlegenden Eigenschaften des Kontaktrahmens 17 aufnehmend - vorzugsweise rahmenförmig ausgebildet ist und im Randbereich 9 auf dem Substrat 5 aufliegt, siehe Fig. 10. Ein Verschwenken von Rahmenteilen erübrigen sich in diesem Fall, da der rahmenförmige Stempel bzw. Stempelrahmen 38 einteilig ausgestaltet sein kann, so daß er als ganzes auf das zu prüfende Modul 1 aufgesetzt werden kann. Soll eine gleichzeitige Kontaktierung der Stirnseite 4 des Substrates 5 und der Substratoberseite 35 erfolgen, so kann hierzu entweder eine modifizierter Kontaktrahmen 17 oder ein modifizierter Stempelrahmen 38 verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, daß in diesem Fall zwei separat voneinander bewegbare Kontaktstempel zum Einsatz kommen, wobei der eine in Richtung des Pfeils 22 und der andere in Richtung des Pfeils 36 auf das zu prüfende Modul 1 zu bewegt wird.
Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, ob die mechanische Kontaktierungsvorrichtung auf das feststehende Modul 1 zu bewegt wird oder ob das Modul 1 auf die feststehende mechanische Kontaktierungsvorrichtung zu bewegt wird oder ob eine Mischform verwirklicht ist.
Während das Kontaktelement 27 des Kontaktstempels 18 vorzugsweise ballenförmig ausgebildet ist, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt mit dem Modul 1 zu gewährleisten, kann das Kontaktelement des Kontaktrahmens 17, 30, 31 verschiedene Formen annehmen, so in Form einer halbkreisförmigen Leiste 25 (siehe Fig. 5), in Form eines Ballens 33 (Fig. 7) bzw. 25 (Fig. 9) oder in Form eines Keils 34 (Fig. 8) . Erfolgt eine gleichzeitige Kontaktierung der Stirnseite 4 und der Substratoberseite 35 (diese Variante ist nicht in den Zeichnungen dargestellt) , so sind auch L- förmige Kontaktelemente möglich. Darüber hinaus kann der Kontaktrahmen 17 auch als eine Kombination einzelner bzw. miteinander kombinierter KontaktStempel ausgeführt sein.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Photovoltaikmodul
2 Rückseite
3 elektrischer Anschluß
4 Modulstirnseite
5 Substrat 6 stromführende Komponente
7 Halbleiterschicht
8 TCO-Schicht
9 Randbereich 10 Laminat
11 Deckplatte
12 Fertigungslinie
13 Einrichtung 14 Prozeßrichtung
15 Randentschichtungstnodul
16 Laminierungsmodul
17 Kontaktrahmen
18 Kontaktstempel 19 L- förmiges Rahmenelement
20 gerades Rahmenelement
21 Scharnier
22 Schwenkbewegung
23 Innenseite 24 Nut
25 Kontaktelement
26 Endbereich
27 Kontaktelement
28 Kontaktierungsrichtung 29 Zylinderkolben
30 Kontaktrahmen
31 Kontaktrahmen
32 Hebelarm
33 Kontaktelement 34 Kontaktelement
35 Substratoberseite
36 Kontaktierungsrichtung
37 (frei)
38 Stempelrahmen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur elektrischen Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen (1) , insbesondere von Dünnfilm- Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4) elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß während der elektrischen Isolationsprüfung mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 30, 31, 38) eine
Testspannung zwischen dem Modulrand (4, 35) einerseits und den entfernt von dem Modulrand (4, 35) nach außen führenden elektrischen Anschlüssen (3) des Photovoltaikmoduls (1) andererseits angelegt wird.
2. Verfahren zur Verbesserung der Isolationseigenschaften von Photovoltaikmodulen (1) , insbesondere von Dünnfilm- Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4) elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verfahren zur elektrischen Isolationsprüfung nach Anspruch 1 durchgeführt wird, bei dem die Testspannung im Bereich von 8kV bis 2OkV liegt.
3. Verfahren zur Herstellung von Photovoltaikmodulen (1), bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4) elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß während der Herstellung der Photovoltaikmodule (1) eine elektrische Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen (1) nach dem in Anspruch 1 angegebenen Verfahren erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur elektrischen Isolationsprüfung auf einer Fertigungslinie (12) abläuft und die elektrische Isolationsprüfung in Reihe mit den übrigen Herstellungsschritten oder im Rahmen eines dieser Herstellungsschritte durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolationsprüfung für jedes einzelne Photovoltaikmodul (1) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolationsprüfung durchgeführt wird, nachdem die stromführenden Komponenten (6) auf das Substrat (5) aufgebracht und das Substrat (5) in einem Modulrandbereich (9) wieder entschichtet wurde, aber bevor die stromführenden Komponenten (6) in dem Modulrandbereich (9) elektrisch isoliert werden.
7. Einrichtung (13) zur elektrischen Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen (1) , insbesondere von Dünnfilm- Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4) elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer mechanischen
Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 30, 31, 38) eine Testspannung zwischen dem Modulrand (4, 35) einerseits und den entfernt von dem Modul (1) nach außen führenden elektrischen Anschlüssen (3) des Photovoltaikmoduls (1) andererseits angelegt wird.
8. Einrichtung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 38) einen mit wenigstens einem vorzugsweise leistenförmigen Kontaktelement (25, 33, 34) versehenen Kontaktrahmen (17, 30, 31, 38) zum Kontaktieren des Modulrandes (4, 35) aufweist.
9. Einrichtung (13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktrahmen (17, 30, 31, 38) zum Umschließen des Moduls (1) ausgebildet ist.
10. Einrichtung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 38) eine mit einem vorzugsweise bandförmigen Kontaktelement versehene Kontaktrolle aufweist, die zur abschnittsweisen Kontaktierung des Modulrandes (4, 35) ausgebildet ist. f
11. Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kontaktierungsvorrichtung (17, 18, 30, 31, 38) einen mit einem vorzugsweise ballenförmigen Kontaktelement (27) versehenen Kontaktstempel (18) zum Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse (3) des Photovoltaikmoduls (1) aufweist .
12. Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Kontaktelemente (25, 33, 34) des Kontaktrahmens (17, 30, 31, 38) und/oder das Kontaktelement der Kontaktrolle und/oder das Kontaktelement (27) des KontaktStempels (18) aus einem elektrisch leitfähigen Gewebe oder elektrisch leitfähigen Fasern besteht .
13. Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Kontaktelemente (25, 33, 34) des Kontaktrahmens (17, 30, 31, 38) und/oder das Kontaktelement der Kontaktrolle und/oder das Kontaktelement (27) des KontaktStempels (18) eine dosierte Befeuchtung aufweist .
14. Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (3) des Photovoltaikmoduls (1) mit einer Anschlußdose oder mit Anschlußsteckern versehen sind und daß die mechanische Kontaktierungsvorrichtung einen steckbare Kontaktadapter zum Kontaktieren der Anschlußdose bzw. der Anschlußstecker aufweist .
15. Einrichtung (13) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kontaktierungsvorrichtung eine Hilfsvorrichtung zur vorzugsweise selbsttätigen Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen Anschlußdose bzw. -Stecker und Kontaktadapter aufweist.
16. System zur Herstellung von Photovoltaikmodulen (1), insbesondere von Dünnfilm-Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten (6) auf einem plattenförmigen Substrat (5) angeordnet und im Bereich des Modulrandes (4,
35) elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (13) zur Durchführung einer elektrischen Isolationsprüfung nach einem der Ansprüche 7 bis 15 umfaßt.
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