WO2022180040A1 - Kontaktierung für ein photovoltaikmodul und ein verfahren zum ausbilden einer kontaktierung - Google Patents

Kontaktierung für ein photovoltaikmodul und ein verfahren zum ausbilden einer kontaktierung Download PDF

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WO2022180040A1
WO2022180040A1 PCT/EP2022/054408 EP2022054408W WO2022180040A1 WO 2022180040 A1 WO2022180040 A1 WO 2022180040A1 EP 2022054408 W EP2022054408 W EP 2022054408W WO 2022180040 A1 WO2022180040 A1 WO 2022180040A1
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WO
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current collector
opening
photovoltaic module
contacting
contacting surface
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/054408
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ronny Bakowskie
Andreas Hubert
Carsten Schulze
Original Assignee
Hanwha Q Cells Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Hanwha Q Cells Gmbh filed Critical Hanwha Q Cells Gmbh
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Publication of WO2022180040A1 publication Critical patent/WO2022180040A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes

Definitions

  • the present invention relates to a contact for a photovoltaic module and a method for forming a contact for a photovoltaic module and in particular to an improved soldering concept for electrically connecting metallization or cross-connectors in junction boxes (so-called junction boxes) of photovoltaic modules.
  • Photovoltaic modules comprise a multiplicity of solar cells which are electrically connected to a junction box via current collectors (also called cross-connectors).
  • current collectors also called cross-connectors
  • metallization or contact surfaces are provided in the connection box, which contact the current collectors via soldered connections.
  • FIG. 5 shows an example of a conventional connection of metallizations 410 to the current collectors 420, a top view of the photovoltaic module (not shown) with a junction box 400 being visible at the top.
  • the metallizations 410 have openings 412 through which the current collectors 420 are passed and are electrically connected to the metallization 410 via a soldered connection 430 on a side of the metallization 410 opposite the solar cells.
  • the current collectors 420 are guided into the junction box 400 and bent by at least 90° or 180 ° in order to lie flat on the metallization 410. Contact soldering or contactless soldering can then be carried out in order to solder the current collectors 420 to the metallization 410 (for example on a pre-tinned surface). In most cases, solder is additionally applied externally to the components to be soldered.
  • the soldering point 430 forms between the metallization 410 and the current collectors 420 (see cross-sectional view below) and is difficult to check optically.
  • This electrical connection has the disadvantage that it is unreliable, in particular because it is difficult to check visually.
  • restoring forces exert a permanent force on solder joint 430, further degrading fluid reliability. Therefore, conventional junction boxes have increased complaint rates. To ensure reliability, a connection is often made via welding, clamping, a screw connection or a riveted connection, which offers more reliability but is significantly more expensive because automation is hardly possible.
  • solder joint should ideally encompass the entire area of the current collector 420 that is pressed/bent onto the metallization.
  • the soldering area is therefore typically formed over a very large area (eg on an area of ⁇ 6 x 6 mm 2 ).
  • this is often not achieved with conventional contacting because the contact soldering process cannot be properly controlled.
  • very small solder joints are created.
  • these still provide an electroluminescence image that suggests a supposedly good soldering, but which, when used under thermomechanical stress, leads relatively quickly to the failure of this soldered connection.
  • JP 2009-246039 A and CN 212 012574 U show examples of conventional junction boxes for photovoltaic modules.
  • the object of the present invention is therefore to create an alternative contact between the current collectors and the contacting surfaces in the junction box, which improves the reliability of the electrical connection.
  • the present invention relates to a contact for a photovoltaic module with the following features: a junction box that is mounted on the photovoltaic module and has a contacting surface, wherein the contacting surface has an opening with a ridge and is designed to be connected to an external lead for to be connected to the photovoltaic module; a current collector that supplies an electric current from at least one solar cell in the photovoltaic module to the junction box; and a solder connection between the current collector and the bonding surface.
  • the current collector extends through the opening and the fin faces away from the at least one solar cell and is at least partially received by the solder joint.
  • the contacting surface represents a metallization, for example.
  • the soldered connection can cover the opening in whole or in part or bridge it, i.e. the burr on opposite sides of the opening can be contacted directly by the soldered connection.
  • the burr is a stamped burr and the opening is a stamped opening, where the opening width can be adapted to the geometry of the current collector.
  • the opening has a width (e.g. less than 1 mm) which is selected in such a way that the current collector is at least partially mechanically held by bending or canting on the burr.
  • the current collector extends at one end almost vertically away from the solar cells and at least partially dips into the soldered joint. The end can also extend completely through the solder connection and at least partially protrude on an opposite side.
  • the contacting comprises a further current collector and the connection box comprises a further contacting surface and a further opening, the further current collector extending through the further opening and making electrical contact with the further contacting surface.
  • the contacting surface and the further contacting surface can be electrically connected via a bypass element (eg a diode).
  • the current collector includes a bend on the ridge, the bend forming a hook that at least makes it more difficult for the current collector to be guided out of the opening.
  • the electrical connection can also be improved by hooking it in, since the current collector is in direct contact with the contacting surface.
  • Exemplary embodiments also relate to a photovoltaic module with a previously described contact.
  • junction box Arranging a junction box on the photovoltaic module, wherein the junction box has a contacting surface with an opening and a ridge and is designed to be connected to an external supply line for the photovoltaic module;
  • the method further includes flexing the current collector after passing the current collector through the opening.
  • the bending can take place on the ridge in order to achieve hooking of the current collector on the ridge.
  • the contacting according to exemplary embodiments solves at least some of the problems mentioned at the beginning by a predetermined formation of a burr at the opening. Since the burr is directed away from the solar cells, the current collector can be held by the burr (eg mechanically by hooking or canting) when it is passed through the contacting surface.
  • the exemplary bypass diode can advantageously be attached to the contacting surfaces of the junction box.
  • the contact surfaces are e.g. formed in the junction box (e.g. as rails).
  • the openings in the contacting surface can be formed by stamping or drilling, with a resulting burr being specifically formed or not removed according to exemplary embodiments, in order to serve as a barb.
  • the burr offers additional support for the soldered connection, which extends over the burr, so that the burr at least partially dips into the soldered connection or is surrounded by the soldered connection. This ensures a reliable and secure electrical connection.
  • the openings according to exemplary embodiments form a funnel, which allows the current collectors to be guided automatically through the opening. This enables further automation.
  • the combination of current collectors and contacting surface can be implemented more simply and optically controllable by means of contactless soldering.
  • Fig. L shows a contact for a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an exemplary photovoltaic module with a junction box.
  • 3 shows a contact according to a further exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows a flow chart for a method for contacting according to a further exemplary embodiment.
  • the reference numbers are chosen in such a way that all components that have the same function have the same reference number, i.e. contact surfaces have a common reference number, the openings have a common reference number, the soldered connections have a common reference number, etc.
  • FIG. 1 shows a contact for a photovoltaic module according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a top view of the photovoltaic module (not visible) is shown with the junction box loo attached thereto.
  • two contacting surfaces lio are formed here, for example, each having an opening 112.
  • a current collector 200 extends through the openings 112 and supplies the current from the solar cells.
  • the current collectors 200 are connected to the contacting areas 110 via soldered connections 300 . It goes without saying that the number of current collectors 200, openings 112 and contacting areas 110 can be any number. In particular, only one current collector 200 and one contact surface 110 needs to be formed.
  • the cross-sectional plane extends through the contacting areas 110 with the openings 112 along the line AA' (see FIG. 1 above).
  • the soldered connections 300 are not yet formed and in the lower cross-sectional view, the soldered connections 300 are present.
  • the bonding pads 110 have a ridge 114 pointing away from the solar cells (ie, pointing up in the cross-sectional views) and forming an edge of the corresponding opening 112 .
  • the current collectors 200 can strip as contact or rails can be formed with a rectangular cross-section. The invention is not intended to be limited to any particular form.
  • the current collectors 200 extend through the openings 112 so that the ridge 114 can act as a hook to aid in fixation.
  • the width d of the openings 114 can be adjusted to the thickness of the current collectors 200 (e.g. less than 2 mm or less than 1 mm or less than 0.5 mm).
  • the burr 114 can, for example, at least partially dip into the solder connection 300 or be surrounded by it, as a result of which an improved hold is achieved. This prevents displacement parallel to the photovoltaic module as well as pulling it out.
  • the burr 114 can be at least partially bent back again in order to clamp the current collector 200 on the contacting surface 110 .
  • the ridge 114 provides support for the solder joint 300. It also improves thermal stability since thermal stresses often result in small displacements. In contrast to the conventional connection, this enables a visual inspection of the soldered connection (e.g. from above).
  • the opening 112 is achieved by a stamping or drilling, so that a burr automatically turns out as a result of the opening 112 being formed.
  • the burr 114 can also be produced by bending up an opening slit so that the ends of the severed contacting surface 110 point upwards (away from the solar cells) and have the same effect as a stamping burr.
  • the opening 112 can be round or oblong in shape. However, the present invention should not be limited to a specific shape of the opening 112. In general, the opening 112 is adapted to the cross section of the current collectors 200 .
  • the opening 112 also offers the advantage that it forms a funnel on the side of the solar cells, which makes it easier for the current collector 200 to be passed through. In contrast to conventional contacting, automation is made possible or easier.
  • 2 shows an exemplary photovoltaic module 10 with a large number of solar cells 20.
  • the solar cells 20 can, for example, be connected in series (in so-called strings), which in turn are arranged in parallel along the photovoltaic module 10.
  • the current generated by the solar cells 20 is collected via the current collectors 200 (not visible in FIG. 2) and forwarded together to the junction boxes 100 .
  • the junction box 100 can be arranged, for example, on a rear side, ie a side facing away from the incidence of light, of the photovoltaic module 10 and is connected to external connection lines 30 .
  • the connection lines 30 derive the current from the photovoltaic module 10 .
  • the current collectors 200 are therefore at least part of the connecting lines from the junction box to the individual serially connected solar cells and conduct the current to the junction box 100.
  • the junction box 100 only needs to have one current collector 200 and only one contacting surface 110 .
  • the pads 110 can be used to form a bypass diode or other bypass element bridging between the two pads 110 thereon.
  • the bypass diode can also be electrically contacted by the soldered connections 300 formed from.
  • the exemplary at least one diode causes at least part of the solar module to be bypassed if there is a risk of some solar cells in the solar module being overloaded.
  • This diode can also be permanently connected to the ends of the current collectors 200 (e.g. by welding or soldering).
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for the contacting, in which the current collectors 200 have a bend 204 in the area of the opening 112 of the contacting surface 110.
  • FIG. Shown are again two cross-sectional views along the cross-section line AA '(see Fig. 1), wherein in the top view the soldering connection 300 is still missing, but is formed in the bottom cross-sectional view. From the kink 204 can be formed, for example, by bending the current collector 200 at the burr 114 . This prevents the current summers 200 from sliding out of the opening 112 or at least makes it more difficult.
  • the width of the opening 112 is again adapted to the width or geometry of the current collector 200 so that an optional hooking of the current collector 200 to the ridge 214 is achieved.
  • This provides additional mechanical support for the connection.
  • the electrical contacting between the current collectors 200 and the contact surface 110 is improved. To the electric
  • burr 214 may pinch current collector 200(s). This can be done by compressing the fin 214 prior to forming the solder joint 300 .
  • the opening 112 advantageously forms a funnel with the ridge 214 in order to make it easier to insert the current collectors 200 into the opening 112 .
  • the contacting surface 110 provides a guide surface that reliably guides the current collector 200 into the opening 112, even if it is not placed precisely.
  • FIG. 4 shows a flowchart for a method for forming a contact for a photovoltaic module. The procedure includes the steps:
  • Sno a current collector 200 to supply an electric current from at least one solar cell 20 in the photovoltaic module 10; Arranging S120 a junction box 100 on the photovoltaic module 10, wherein the junction box 100 has a contacting surface 110 with an opening 112 and a ridge 114 and is designed to be connected to an external supply line 300 for the photovoltaic module 10; passing S125 the current collector 200 through the opening 112; and soldering S130 of the current collector 200 to the contacting surface 110, so that one end of the current collector 200 and the burr 114 is at least partially enclosed by the soldered connection 30. Further optional method steps include punching to form the openings 112 or an optical inspection of the soldered joint.
  • the stamping may be performed such that the stamped opening matches (e.g., closely matches) the cross section of the current collector 200 .
  • the current collector 200 can also be bent or bent after the current collector 200 has been guided S125 through the opening 112 . The bending can occur at the ridge 114 in order to achieve the current collector 110 hooking onto the ridge 114 . At the same time, a portion of the ridge 114 may also be bent back to contact or pinch the current collector(s) 200 .
  • the current collector 200 can be in direct contact with the contacting surface 110 .
  • a gap can optionally also be left between the current collector 200 and the contacting surface 110, in which case this gap can then be filled with soldering material when the soldered connection 300 is formed.
  • the current collectors 200 can be made shorter from the laminate and placed vertically in the junction box 100; and without an additional kinking. This saves both a process step and material. Then, by means of contactless soldering and external tin feed, tin solder can be applied directly from above to the current collector 200, which solders both the current collector 200 and the surrounding pre-tinned contact surfaces 110 and solders them.
  • a tin meniscus forms above the current collector 200 in contact with the contacting surface 110 and thus creates a solid soldered connection between the current collectors 200 and the contacting surface(s) 110 that can be visually checked and evaluated from above.
  • the current collector 200 can be guided and fixed more easily in the junction box 300 and at the same time improves the wettability with solder and the formation of the meniscus to evaluate the solder connection.

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Abstract

Eine Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul umfasst: eine Anschlussdose (100), einen Stromsammler (200) und eine Lötverbindung (300). Die Anschlussdose (100) ist auf dem Photovoltaikmodul (10) angebracht und umfasst eine Kontaktierungsfläche (110), wobei die Kontaktierungsfläche (110) eine Öffnung (112) mit einem Grat (114) aufweist und ausgebildet ist, um mit einer externen Zuleitung für das Photovoltaikmodul (10) verbunden zu werden. Der Stromsammler (200) führt einen elektrischen Strom von zumindest einer Solarzelle (20) in dem Photovoltaikmodul (10) der Anschlussdose (100) zu. Die Lötverbindung (300) ist zwischen dem Stromsammler (200) und der Kontaktfläche (110) ausgebildet. Der Stromsammler (200) erstreckt sich durch die Öffnung (112) und der Grat (114) zeigt von der zumindest einen Solarzelle weg und wird zumindest teilweise von der Lötverbindung (300) aufgenommen.

Description

Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul und ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktierung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktierung für ein Photovoltaik- modul und ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktierung eines Photovoltaikmo- duls und insbesondere auf ein verbessertes Lötkonzept zum elektrischen Anschließen von Metallisierungen oder Querverbindern in Anschlussdosen (sogenannte Junction Boxes) von Photovoltaikmodulen.
HINTERGRUND Photovoltaikmodule umfassen eine Vielzahl von Solarzellen, die über Stromsammler (auch Querverbinder genannt) mit einer Anschlussdose elektrisch verbunden sind. Dazu sind in der Anschlussbox Metallisierungen oder Kontaktierungsflächen vorge sehen, die über Lötverbindungen die Stromsammler kontaktieren.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine konventionelle Verbindung von Metallisierungen 410 mit den Stromsammlern 420, wobei oben eine Draufsicht auf das Photovoltaikmodul (nicht dargesteht) mit einer Anschlussdose 400 zu sehen ist. Darunter ist eine Quer schnittsansicht dargesteht. Die Metallisierungen 410 weisen Öffnungen 412 auf, durch die die Stromsammler 420 hindurchgeführt werden und auf einer den Solar zellen gegenüberliegenden Seite der Metallisierung 410 über eine Lötverbindung 430 elektrisch mit der Metallisierung 410 verbunden werden.
Die Stromsammler 420 werden dabei in die Anschlussdose 400 geführt und um zu mindest 90° oder 1800 geknickt, um flächig auf der Metallisierung 410 aufzuliegen. Im Anschluss kann eine Kontaktlötung oder eine kontaktlose Lötung erfolgen, um die Stromsammler 420 mit der Metallisierung 410 zu verlöten (z.B. auf einer vorverzinn- ten Fläche). Dabei wird meist noch zusätzlich Lötzinn auf die zu lötenden Bauteile ex tern zugeführt. Die Lötstelle 430 bildet sich zwischen der Metallisierung 410 und den Stromsammlern 420 aus (siehe Querschnittsansicht unten) und ist optisch schwer kontrollierbar. Diese elektrische Verbindung hat den Nachteil, dass sie unzuverlässig ist, insbeson dere weil eine optische Überprüfung schwer möglich ist. Außerdem üben Rückstell kräfte eine permanente Kraft auf die Lötverbindung 430 aus, wodurch die Zuverläs sigkeit weiter beeinträchtigt wird. Daher haben konventionelle Anschlussdosen er- höhte Reklamationsraten. Um die Zuverlässigkeit sicherzustellen erfolgt häufig eine Verbindung über ein Schweißen, ein Klemmen, eine Schraubverbindung oder eine Nietverbindung, die mehr Zuverlässigkeit bietet, jedoch einen erheblich höheren Auf wand bedeutet, da eine Automatisierung kaum möglich ist.
Bei den konventionellen Kontaktierungen kann zwar festgestellt werden, ob über- haupt ein elektrischer Kontakt besteht, allerdings bleibt es häufig unklar, wie groß die Kontaktfläche/Lötstelle wirklich ausgebildet ist. Um beispielsweise die oben genann ten Risiken zu minimieren, sollte idealerweise die Lötstelle die gesamte, auf die Me tallisierung gedrückte/geknickte Fläche des Stromsammlers 420 umfassen. Die Lötfläche wird daher typischerweise sehr großflächig ausgebildet (z.B. auf einer Flä- che von ~ 6 x 6 mm2). Oft wird dies bei der konventionellen Kontaktierung jedoch nicht erreicht, da der Kontaktlötprozesses nicht richtig kontrollierbar ist. Als Folge entstehen sehr kleine Lötstellen. Diese liefern allerdings nach wie vor ein Elektrolu- mineszenz-Bild, das eine vermeintlich gute Lötung suggeriert, die aber im Einsatz un ter thermomechanischer Belastung relativ schnell zum Ausfall dieser Lötverbindung führt.
JP 2009-246039 A und CN 212 012574 U zeigen beispielhaft konventionelle An schlussdosen für Photovoltaikmodulen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine alternative Kon taktierung der Stromsammler mit den Kontaktierungsflächen in der Anschlussdose zu schaffen, die die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung verbessert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese oben genannte Aufgabe wird durch die Kontaktierung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vor teilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktierung für ein Photovoltaik- modul mit folgenden Merkmalen: eine Anschlussdose, die auf dem Photovoltaikmodul angebracht ist und eine Kontaktierungsfläche aufweist, wobei die Kontaktierungsfläche eine Öffnung mit einem Grat aufweist und ausgebildet ist, um mit einer externen Zuleitung für das Photovoltaikmodul verbunden zu werden; einen Stromsammler, der einen elektrischen Strom von zumindest einer Solar zelle in dem Photovoltaikmodul der Anschlussdose zuführt; und eine Lötverbindung zwischen dem Stromsammler und der Kontaktierungsflä che.
Der Stromsammler erstreckt sich durch die Öffnung und der Grat zeigt von der zu mindest einen Solarzelle weg und wird zumindest teilweise von der Lötverbindung aufgenommen. Die Kontaktierungsfläche stellt beispielsweise eine Metallisierung dar. Außerdem kann die Lötverbindung ganz oder teilweise die Öffnung bedecken o- der diese überbrücken, d.h. der Grat auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung kann durch die Lötverbindung direkt kontaktiert werden.
Optional ist der Grat ein Stanzgrat und die Öffnung eine gestanzte Öffnung, wobei die Öffnungsbreite an die Geometrie des Stromsammlers angepasst sein kann. Optional weist die Öffnung eine Breite auf (z.B. kleiner als l mm), die derart gewählt ist, dass der Stromsammler durch ein Umbiegen oder ein Verkanten am Grat zumindest teil weise mechanisch gehalten wird.
Optional erstreckt sich der Stromsammler an einem Ende nahezu senkrecht von den Solarzellen weg und taucht in die Lötverbindung zumindest teilweise ein. Das Ende kann sich auch vollständig durch die Lötverbindung hindurch erstrecken und auf ei ner gegenüberliegende Seite zumindest teilweise herausragen. Optional, umfasst die Kontaktierung einen weiteren Stromsammler und die An schlussdose umfasst eine weitere Kontaktierungsfläche und eine weitere Öffnung, wobei der weitere Stromsammler sich durch die weitere Öffnung erstreckt und die weitere Kontaktierungsfläche elektrisch kontaktiert. Die Kontaktierungsfläche und die weitere Kontaktierungsfläche können über ein Bypass-Element (z.B. eine Diode) elektrisch verbunden sein.
Optional umfasst der Stromsammler eine Abknickung am Grat, wobei die Abkni ckung einen Haken bildet, der ein Herausführen des Stromsammlers aus der Öffnung zumindest erschwert. Durch das Einhaken kann auch die elektrische Verbindung ver bessert werden, da der Stromsammler in direktem Kontakt mit der Kontaktierungs fläche steht.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Photovoltaikmodul mit einer zuvor beschriebenen Kontaktierung.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul mit folgenden Schritten:
Anordnen eines Stromsammlers, um einen elektrischen Strom von zumindest einer Solarzelle in dem Photovoltaikmodul abzuleiten;
Anordnen einer Anschlussdose auf dem Photovoltaikmodul, wobei die An schlussdose eine Kontaktierungsfläche mit einer Öffnung und einem Grat auf weist und ausgebildet ist, um mit einer externen Zuleitung für das Photovolta ikmodul verbunden zu werden;
Hindurchführen des Stromsammlers durch die Öffnung; und Verlöten des Stromsammlers mit der Kontaktierungsfläche, sodass ein Ende des Stromsammlers und der Grat zumindest teilweise von der Lötverbindung umschlossen wird.
Optional umfasst das Verfahren weiter ein Abknicken des Stromsammlers nach dem Hindurchführen des Stromsammlers durch die Öffnung. Das Abknicken kann an dem Grat erfolgen, um ein Einhaken des Stromsammlers an dem Grat zu erreichen. Die Kontaktierung gemäß Ausführungsbeispiele löst zumindest einen Teil der ein gangs erwähnten Probleme durch ein vorbestimmtes Ausbilden eines Grates an der Öffnung. Da der Grat von den Solarzellen weg gerichtet ist, kann der Stromsammler, wenn er durch die Kontaktierungsfläche durchgeführt wird, durch den Grat gehalten werden (z.B. mechanisch durch ein Einhaken oder Verkanten).
Vorteilhafterweise kann die beispielhafte Bypass-Diode an den Kontaktierungsflä chen der Anschlussdose angebracht werden. Daher sind die Kontaktierungsflächen z.B. flächenförmig in der Anschlussdose ausgebildet (z.B. als Schienen). Die Öffnun gen in der Kontaktierungsfläche können durch ein Stanzen oder Bohren ausgebildet werden, wobei gemäß Ausführungsbeispielen ein entstehender Grat gezielt ausgebil det wird bzw. nicht beseitigt wird, um als Widerhaken zu dienen. Außerdem bietet der Grat einen zusätzlichen Halt für die Lötverbindung, die sich über den Grat er streckt, so dass der Grat zumindest teilweise in die Lötverbindung eintaucht bzw. von der Lötverbindung umschlossen wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige und si- chere elektrische Verbindung sichergestellt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Öffnungen gemäß Ausführungsbeispiele einen Trichter bilden, die ein automati sches Führen der Stromsammler durch die Öffnung hindurch ermöglichen. Hier durch wird eine weitere Automatisierung ermöglicht.
Mit einer geänderten Führung der Stromsammler (Querverbinder) und/ oder der Ge- ometrie kann der Verbund aus Stromsammler und Kontaktierungsfläche mittels kon taktloser Lötung einfacher und optisch kontrollierbar umgesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden durch die folgende detaillierte Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Fig. l zeigt eine Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul nach einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Photovoltaikmodul mit einer Anschlussdose. Fig. 3 zeigt eine Kontaktierung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagram für ein Verfahren zur Kontaktierung nach einem weiteres Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 veranschaulicht eine konventionelle Kontaktierung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In den folgenden Figuren sind die Bezugszeichen derart gewählt, dass alle Kompo nenten, die eine gleiche Funktion haben, ein gleiches Bezugszeichen tragen, d.h. Kontaktierungsflächen tragen gemeinschaftlich ein Bezugszeichen, die Öffnungen tragen gemeinschaftlich ein Bezugszeichen, die Lötverbindungen tragen gemein schaftlich ein Bezugszeichen usw.
Fig. l zeigt eine Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Fig. l oben ist eine Draufsicht auf das Photovoltaikmodul (nicht zu sehen) mit der darauf angebrachten Anschlussdose loo dargestellt. Innerhalb der Anschlussdose 100 sind hier beispielhaft zwei Kontak tierungsflächen lio ausgebildet, die jeweils eine Öffnung 112 aufweisen. Durch die Öffnungen 112 erstrecken sich jeweils ein Stromsammler 200, der den Strom von den Solarzellen zuführt. Die Stromsammler 200 sind über Lötverbindungen 300 mit den Kontaktierungsflächen 110 verbunden. Es versteht sich, dass die Anzahl der Stromsammler 200, der Öffnungen 112 und der Kontaktierungsflächen 110 beliebig sein kein. Insbesondere braucht auch nur ein Stromsammler 200 und eine Kontak tierungsfläche 110 ausgebildet sein.
In der unteren Hälfte der Fig. 1 sind zwei Querschnittsansichten dargestellt. Die Querschnittsebene erstreckt sich durch die Kontaktierungsflächen 110 mit den Öff- nungen 112 entlang der Linie A-A‘ (siehe Fig. 1 oben). In der oberen Querschnittsan sicht sind die Lötverbindungen 300 noch nicht ausgebildet und in der unteren Quer schnittsansicht sind die Lötverbindungen 300 vorhanden. Gemäß Ausführungsbei- spielen weisen der Kontaktierungsflächen 110 einen Grat 114 auf, der von den Solar zellen weg zeigt (d.h. in den Querschnittsansichten nach oben zeigt) und einen Rand der entsprechenden Öffnung 112 bildet. Die Stromsammler 200 können als Kontakt streifen oder Schienen mit einem rechteckförmigen Querschnitt gebildet sein. Die Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Form eingeschränkt werden.
Die Stromsammler 200 erstrecken sich durch die Öffnungen 112 hindurch, so dass der Grat 114 als ein Haken wirken kann, um eine Fixierung zu unterstützen. Um die sen Effekt zu verstärken, kann die Breite d der Öffnungen 114 an die Dicke der Stromsammler 200 angepasst werden (z.B. kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm oder kleine als 0,5 mm). Der Grat 114 kann beispielsweise zumindest teilweise in die Lötverbindung 300 eintauchen oder von dieser umschlossen werden, wodurch ein verbesserter Halt erreicht wird. Ein Verbschiebung parallel zum Photovoltaikmodul wird damit ebenso verhindert wie ein Herausziehen. Um die Stabilität weiter zu er höhen, kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Grat 114 nach Hindurchfüh- ren des Stromsammlers 200 zumindest teilweise wieder zurückgebogen werden, um den Stromsammler 200 an der Kontaktierungsfläche 110 einzuklemmen.
Außerdem bietet der Grat 114 einen Halt für die Lötverbindung 300. Auch die ther mische Stabilität wird dadurch verbessert, da thermische Spannungen häufig zu klei nen Verschiebungen führen. Im Gegensatz zu der konventionellen Verbindung, wird dadurch eine optische Prüfung der Lötverbindung (z.B. von oben) ermöglich.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird die Öffnung 112 durch eine Stanzung o- der Bohrung erreicht, so dass sich ein Grat automatisch durch das Ausbilden der Öff nung 112 herausstellt. Der Grat 114 kann auch durch ein Hochbiegen eines Öffnungs schlitzes erzeugt werden, sodass Enden der durchtrennten Kontaktierungsfläche 110 nach oben (von den Solarzellen weg) zeigen und eine gleiche Wirkung haben wie ein Stanzgrat. Die Öffnung 112 kann rund oder länglich gestaltet sein. Die vorliegende Er findung soll jedoch nicht auf eine spezielle Form der Öffnung 112 eingeschränkt wer den. Im Allgemeinen wird die Öffnung 112 an den Querschnitt der Stromsammler 200 angepasst. Die Öffnung 112 gemäß Ausführungsbeispielen bietet weiter den Vorteil, dass sie auf der Seite der Solarzellen einen Trichter bildet, der ein Durchführen der Stromsamm ler 200 erleichtert. Im Gegensatz zu den konventionellen Kontaktierungen wird da mit eine Automatisierung möglich oder erleichtert. Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Photovoltaikmodul 10 mit einer Vielzahl von Solarzel len 20. Die Solarzellen 20 können beispielsweise seriell hintereinander verschaltet sein (in sogenannten Strings), die wiederum parallel entlang des Photovoltaikmoduls 10 angeordnet sind. Der durch die Solarzellen 20 erzeugte Strom wird über die Stromsammler 200 (in der Figur 2 nicht zu sehen) gesammelt und zusammen an die Anschlussdosen 100 weitergeleitet. Die Anschlussdose 100 kann beispielsweise auf einer Rückseite, d. h. einer der Lichteinstrahlung abgewandten Seite, des Photovolta ikmoduls 10 angeordnet sein und ist mit äußeren Anschlussleitungen 30 verbunden. Die Anschlussleitungen 30 leiten den Strom aus dem Photovoltaikmodul 10 ab. Die Stromsammler 200 sind daher zumindest ein Teil der Verbindungsleitungen von der Anschlussdose zu den einzelnen seriell verschalteten Solarzellen und leiten den Strom zu der Anschlussdose 100.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen braucht die Anschlussdose 100 nur einen Stromsammler 200 und nur eine Kontaktierungsfläche 110 aufweisen. Wenn, wie dargestellt, zwei Stromsammler 200 und zwei Kontaktierungsflächen 110 ausgebildet sind, können die Kontaktierungsflächen 110 genutzt werden, um eine Bypass-Diode oder ein anderes Bypass-Element als Überbrückung zwischen den beiden Kontaktie rungsflächen 110 daran auszubilden. Die Bypass-Diode kann ebenfalls durch die aus gebildeten Lötverbindungen 300 elektrisch kontaktiert werden. Die beispielhafte zu mindest eine Diode bewirkt eine Überbrückung zumindest eines Teils des Solarmo- duls, falls die Gefahr einer Überlastung von einige Solarzellen in dem Solarmodul be steht. Diese Diode kann auch mit den Enden der Stromsammler 200 fest verbunden werden (z.B. durch Schweißen oder Löten).
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Kontaktierung, bei dem die Stromsammler 200 eine Abknickung 204 im Bereich der Öffnung 112 der Kontaktie- rungsfläche 110 aufweisen. Gezeigt sind wieder zwei Querschnittsansichten entlang der Querschnittslinie A-A‘ (siehe Fig. 1), wobei in der oberen Ansicht die Lötverbin dung 300 noch fehlt, in der unteren Querschnittsansicht aber ausgebildet ist. Die Ab knickung 204 kann beispielsweise durch ein Umbiegen der Stromsammler 200 an dem Grat 114 ausgebildet werden. Damit wird ein Herausgleiten der Stromsommer 200 aus der Öffnung 112 verhindern oder zumindest weiter erschwert. Vorteilhafter weise ist die Breite der Öffnung 112 wieder an die Breite oder Geometrie des Stromsammlers 200 angepasst, sodass ein optionales Einhakten des Stromsammlers 200 an dem Grat 214 erreicht wird. Dies bietet einen zusätzlichen mechanischen Halt der Verbindung. Außerdem wird die elektrische Kontaktierung zwischen den Stromsammlern 200 und der Kontaktfläche 110 verbessert. Um den elektrischen
Kontakt und die Stabilität weiter zu erhöhen, kann der Grat 214 den/die Stromsamm ler 200 einklemmen. Dies kann durch ein Zusammendrücken des Grates 214 vor dem Ausbilden der Lötverbindung 300 geschehen.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel bildet die Öffnung 112 mit dem Grat 214 vorteil- hafterweise einen Trichter, um ein Einführen der Stromsammler 200 in die Öffnung 112 zu erleichtern. Die Kontaktierungsfläche 110 stellt auf diese Weise eine Führungs fläche bereit, die den Stromsammler 200 - selbst bei nicht-genauer Platzierung - zu verlässig in die Öffnung 112 führt.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Anordnen Sno eines Stromsammlers 200, um einen elektrischen Strom von zumindest einer Solarzelle 20 in dem Photovoltaikmodul 10 zuzuführen; Anordnen S120 einer Anschlussdose 100 auf dem Photovoltaikmodul 10, wo bei die Anschlussdose 100 eine Kontaktierungsfläche 110 mit einer Öffnung 112 und einem Grat 114 aufweist und ausgebildet ist, um mit einer externen Zuleitung 300 für das Photovoltaikmodul 10 verbunden zu werden; Hindurchführen S125 des Stromsammlers 200 durch die Öffnung 112; und Verlöten S130 des Stromsammlers 200 mit der Kontaktierungsfläche 110, so- dass ein Ende des Stromsammlers 200 und der Grat 114 zumindest teilweise von der Lötverbindung 30 umschlossen wird. Weitere optional Verfahrensschritte umfassen ein Stanzen zum Ausbilden der Öff nungen 112 oder eine optische Inspektion der Lötverbindung. Das Stanzen kann der art ausgeführt werden, dass die Stanzöffnung an den Querschnitt des Stromsammler 200 angepasst ist (z. B. weitestgehend übereinstimmt). Optional kann auch ein Abknicken oder Umbiegen des Stromsammlers 200 nach dem Hindurchführen S125 des Stromsammlers 200 durch die die Öffnung 112 ausge führt werden. Das Abknicken kann an dem Grat 114 erfolgt, um ein Einhaken des Stromsammlers 110 an dem Grat 114 zu erreichen. Gleichzeitig kann auch ein Teil des Grates 114 zurückgebogen werden, um einen Kontakt zu dem oder Einklemmen des Stromsammler(s) 200 zu erreichen. So kann z.B. der Stromsammler 200 in direktem Kontakt zu der Kontaktierungsfläche 110 stehen. Um Beschädigungen am Stromsammler 200 zu vermeiden, kann optional auch ein Abstand zwischen dem Stromsammler 200 und der Kontaktierungsfläche 110 gelassen werden, wobei dieser Abstand dann mit Lötmaterial beim Ausbilden der Lötverbindung 300 gefüllt werden kann.
Die Prozessführung kann wie folgt zusammengefasst werden:
Statt die Stromsammler 200 in die Dose zu führen und abzuknicken, kann dieser zu sätzlicher Prozessschritt vermieden werden. Die Stromsammler 200 können von vornherein kürzer aus dem Laminat ausgeführt und senkrecht in die Anschlussdose 100 eingebracht werden; und zwar ohne ein zusätzliche Abknicken. Dies spart sowohl einen Prozessschritt als auch Material. Dann kann mittels kontaktloser Lötung und externer Zinnzuführung direkt von oben auf den Stromsammler 200 Lötzinn aufge bracht werden, welcher sowohl den Stromsammler 200 als auch die umliegenden vorverzinnte Kontaktierungsflächen 110 benetzt und lötet. Durch das Benetzungsver- halten des Lötzinns bildet sich über dem Stromsammler 200 ein Zinnmeniskus in Kontakt mit der Kontaktierungsfläche 110 aus und stellt somit eine feste und von oben optisch kontrollier- und bewertbare Lötverbindung zwischen Stromsammlern 200 und der/den Kontaktierungsfläche(en) 110 her. Mit einer angepassten Geometrie lässt sich der Stromsammler 200 einfacher in die Anschlussdose 300 führen und fi- xieren und verbessert gleichzeitig die Benetzbarkeit mit Lötzinn und die Ausbildung des Meniskus zur Bewertung der Löt Verbindung.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ver wirklichung der Erfindung wesentlich sein.
BEZUGSZEICHENLISTE loo, 400 Anschlussdose (junction box)
110, 410 zumindest eine Kontaktierungsfläche 112, 412 zumindest eine Öffnung
114 Grat an der Öffnung
200, 420 zumindest ein Stromsammler
204 Abknickung
300, 430 Lötverbindung d Breite der Öffnung

Claims

ANSPRÜCHE l. Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul mit folgenden Merkmalen: eine Anschlussdose (100), die auf dem Photovoltaikmodul (10) angebracht ist und eine Kontaktierungsfläche (110) aufweist, wobei die Kontaktierungsfläche (110) eine Öffnung (112) mit einem Grat (114) aufweist und ausgebildet ist, um mit einer externen Zuleitung (30) für das Photovoltaikmodul (10) verbunden zu werden; einen Stromsammler (200), der einen elektrischen Strom von zumindest einer Solarzelle (20) in dem Photovoltaikmodul (10) der Anschlussdose (100) zu führt; und eine Lötverbindung (300) zwischen dem Stromsammler (200) und der Kon taktierungsfläche (110), wobei der Stromsammler (200) sich durch die Öffnung (112) hindurch er streckt und der Grat (114) von der zumindest einen Solarzelle weg zeigt und zumindest teilweise von der Lötverbindung (300) aufgenommen wird.
2. Kontaktierung nach Anspruch 1, wobei der Stromsammler (200) sich an einem Ende nahezu senkrecht von den Solarzellen weg erstreckt und von der Lötver bindung (300) zumindest teilweise umschlossen wird.
3. Kontaktierung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein weiterer Stromsammler (200) zur Zuführung von elektrischen Strom von den Solarzellen (20) vorhanden ist und die Anschlussdose (100) eine wei tere Kontaktierungsfläche (110) und eine weitere Öffnung (212) aufweist, wobei der weitere Stromsammler (101) sich durch die weitere Öffnung (213) hindurch erstreckt und die weitere Kontaktierungsfläche (211) kontaktiert, und wobei die Kontaktierungsfläche (no) und die weitere Kontaktierungsflä che (211) über ein Bypass-Element elektrisch verbunden sind.
4. Kontaktierung nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grat (114) ein Stanzgrat und die Öffnung (112) eine gestanzte Öffnung ist.
5. Kontaktierung nach Anspruch 4, wobei die Öffnung (112) eine Breite (d) auf weist, die derart gewählt ist, dass der Stromsammler (200) durch ein Verkan ten am Grat zumindest teilweise mechanisch gehalten wird.
6. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromsammler (200) eine Abknickung (204) am Grat (114) aufweist, wobei die Abknickung (204) einen Haken bildet, der ein Herausführen des Stromsamm lers (200) aus der Öffnung (213) zumindest erschwert.
7. Photovoltaikmodul mit einer Kontaktierung nach einem der vorherigen An sprüchen.
8. Verfahren zur Ausbildung einer Kontaktierung für ein Photovoltaikmodul (10) mit folgenden Schritten:
Anordnen (S110) eines Stromsammlers (200), um einen elektrischen Strom von zumindest einer Solarzelle (20) in dem Photovoltaikmodul (10) abzuleiten;
Anordnen (S120) einer Anschlussdose (100) auf dem Photovoltaikmodul (10), wobei die Anschlussdose (100) eine Kontaktierungsfläche (110) mit einer Öff nung (112) und einem Grat (114) aufweist und ausgebildet ist, um mit einer ex ternen Zuleitung für das Photovoltaikmodul (10) verbunden zu werden;
Hindurchführen (S125) des Stromsammlers (200) durch die Öffnung (112); und
Verlöten (S130) des Stromsammlers (200) mit der Kontaktierungsfläche (110), sodass ein Ende des Stromsammlers (200) und der Grat (114) zumindest teil weise von der Lötverbindung (300) umschlossen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, das weiter Folgendes aufweist:
Abknicken des Stromsammlers (200) nach dem Hindurchführen (S125) des Stromsammlers (200) durch die die Öffnung (112), wobei das Abknicken an dem Grat (114) erfolgt, um ein Einhaken des Stromsammlers (110) an dem Grat (114) zu erreichen. io. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, das weiter Folgendes aufweist:
Verbiegen des Grates (214) nachdem der Stromsammler (200) in die Öffnung (210) eingeführt wurde, um eine Breite (d) der Öffnung zu verringern.
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