KROTH, Eberhard (63785 Obernburg, DE)
MERZ, Paul (Bahnhofstr. 33, Sulzbach, 63834, DE)
KROTH, Eberhard (63785 Obernburg, DE)
| Patentansprüche Anlage und Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls 1. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls umfassend in zumindest zwei zueinander ausgerichteten wie parallel zueinander und auf einer Unterlage angeordneten Reihen von untereinander verschalteten Solarzellen gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte in der Reihenfolge: Bereitstellen und Ausrichten der Unterlage, Ausrichten der Solarzellen und Positionieren dieser auf der Unterlage, Auflegen von Zellenverbindern auf einander zugewandten Randbereichen von aneinander grenzenden Solarzellen und Verbinden der Zellenverbinder mit den Randbereichen, Verbinden der untereinander verbundenen Solarzellen mit Querverbindern und Abdecken der ver schalteten Solarzellen mit einer Abdeckung. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Unterlage in einem ersten Arbeitsbereich ausgerichtet wird, dass die Solarzellen in einem zweiten Arbeitsbereich in Reihen ausgerichtet auf die Unterlage aufgelegt werden, dass die Zellenverbinder in einem dritten Arbeitsbereich auf die zu verschaltenden Solarzellen aufgelegt werden, wobei in dem dritten Bereich die Solarzellen untereinandner mit den Zellen verbindern und in den Reihen endseitig angeordnete Solarzellen mit Querbindern verbunden werden, und dass die verschalteten Solarzellen in einem vierten Arbeitsbereich mit der Abdeckung abgedeckt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Querverbinder zum Verschalten der von in Reihen positionierten Solarzellen nach Bereitstellen und Ausrichten der Unterlage und vor Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage aufgelegt werden. 4. Verfahren nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbinder zum Verschalten der von in Reihen positionierten Solarzellen nach Ausrichten und Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage aufgelegt werden. 5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage in Bezug auf ihre Mitte zu zwei senkrecht zueinander verlaufenden Achsen zentriert wird. 6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterlage eine Glasscheibe mit auf dieser vorhandenem Einbett- oder Verbindematerial verwendet wird. 7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe flächig mit dem Einbett- bzw. Verbindematerial in dem von den Solarzellen abzudeckenden Gesamtbereich oder bereichsweise in von jeweils einer Solarzelle abzudeckendem Einzelbereich versehen wird. 8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbett- bzw. Verbindematerial vor Positionieren der Solarzelle auf der Unterlage auf Vorderseite der Solarzelle aufgetragen wird. 9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbett- bzw. Verbindematerial eine Folie oder ein auf die Glasscheibe bzw. die Solarzelle aufgetragenes flüssiges Material aus z. B. EVA, PVB oder TPE verwendet wird. 10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrierte Unterlage an einen Zellenbelegebereich übergeben wird, in dem die Zellen in quer zur Transportrichtung verlaufenden Zeilen und/oder in Transportrichtung verlaufenden Reihen auf die Unterlage mittels einer ersten Handhabungseinrichtung positioniert werden. 11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage zeilenweise in den Zellenbelegebereich eingetaktet wird und die Zellen zeilenweise auf die Unterlage positioniert werden. 12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage als Einheit in den Zellenbelegebereich eingetaktet wird und sodann mittels einer Flächenhandlingseinrichtung die Positionierung der Zelle auf der Unterlage erfolgt. 13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen aus einem Schachtmagazin entnommen werden, in dem die Zellen vertikal verschiebbar angeordnet werden. 14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Schachtmagazin zu entnehmenden Zellen mittels eines Luftschleiers vereinzelt werden. 15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in mehreren Schachtmagazinen angeordnet werden, die mittels einer Fördereinrichtung nacheinander in eine Übernahmeposition bewegt werden, in der die Zellen von der ersten Handhabungseinrichtung entnommen werden. 16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle vor dem Positionieren auf der Unterlage vorzugsweise mittels eines eine Kamera umfassenden Bildverarbeitungssystems überprüft wird. 17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lage, Größe und/oder Position der von der ersten Handhabungseinrichtung erfassten Zelle mittels des Bildverarbeitungs Systems erfasst und ermittelte Werte der Steuerung der ersten Handhabungseinrichtung zugeführt werden. 18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle vor deren Positionierung auf der Unterlage in ihren mit dem bzw. den Verbindern zu verbindenden Kontaktstellen mit einem Flussmittel versehen wird. 19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel über einen Düsen aufweisenden Dispenser abgegeben wird. 20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf sämtliche Kontaktstellen der Zelle das Flussmittel gleichzeitig abgegeben wird. 21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren der Zellen auf der Unterlage mittels einer oder mehrerer erster Handhabungseinrichtungen wie Linearhandlingeinrichtungen erfolgt. 22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Zellen belegte Unterlage an einen ersten Puffer übergeben wird. 23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Puffer während der Belegung der Unterlage mit den Zellen in dem Zellenbelegebereich mit diesem mittaktet und nach vollständiger Belegung der Unterlage auf einen kontinuierlichen Förderbetrieb umgeschaltet wird. 24. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Zellen belegte Unterlage von dem ersten Puffer an einen zweiten Puffer übergeben wird. 25. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Puffer die mit den Zellen belegte Unterlage getaktet oder kontinuierlich fördert. 26. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in ihren mit dem bzw. den Verbindern zu verbindenden Kontaktstellen in dem ersten und/oder zweiten Puffer mit Flussmaterial versehen werden. 27. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder auf einem Coil aneinandergereiht und vorgestanzt zur Verfügung gestellt werden. 28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbinder von dem Coil mittels eines Schnittwerkzeuges abgetrennt, vereinzelt und auf die Kontaktstellen der Zellen aufgelegt und sodann mit diesen stoff schlüssig verbunden wird. 29. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinzelten Verbinder mittels einer zweiten Handhabungseinrichtung entweder unmittelbar auf den zugeordneten Kontaktstellen positioniert oder in Nestern einer Verbinderaufnahmeeinrichtung eingelegt werden, die ihrerseits sodann auf die Kontaktstellen ausgerichtet werden, wobei die Verbinder auf die Kontaktstellen oder in deren Umgebung in Richtung der Zellen druckbeaufschlagt und mit diesen stoff schlüssig verbunden wie verlötet werden. 30. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Auflegen der Verbinder auf die Kontaktstellen bzw. vor Einlegen in die Nester der Verbinder in seinen Kontaktstellen mit einem Flussmittel versehen wird. 31. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Anzahl der Zellenreihen des herzustellenden Moduls Nester in Reihe angeordnet sind, die jeweils eine Negativform des Verbinders darstellen, dass die Nester gleichzeitig auf die Kontaktstellen der Zellen einer Zeile ausgerichtet werden und sodann die Verbinder mit den Kontaktstellen der Zellen mittels Laser verlötet werden. 32. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder in den Nestern mittels Unterdruck gehalten werden. 33. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Nest ein Element wie gebogene Blattfeder aufweist, über das der Verbinder in Richtung der Zellen druckbeaufschlagt wird. 34. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester in einer Umfangsfläche eines Zylinders angeordnet sind, dessen Innenraum von einer Laserstrahlung durchsetzt wird. 35. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zylinders eine die Laserstrahlung emittierende Lasereinrichtung angeordnet wird. 36. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder Öffnungen aufweist, über die von außerhalb des Zylinders angeordnete Lasereinrichtung Laserstrahlung gerichtet in Richtung zu verlötenden Kontaktstellen der Verbinder einfällt. 37. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester austauschbar und/oder in Längsrichtung des Zylinders verschiebbar ausgebildet werden. 38. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester radial verstellbar sind. 39. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester von gegenüberliegenden Schenkeln eines Rahmens ausgehen. 40. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder über eine Linearhandlingeinrichtung mit zumindest zwei Linearachsen auf die Kontaktstellen der Zellen positioniert, druckbeaufschlagt und mit von einer weiteren Handhabungseinrichtung ausgehender Lasereinrichtung verlötet werden. 41. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lasereinrichtung eine Diodenlasereinrichtung, Faserlaser, Lampen- bzw. diodengepumpter Festkörperlaser, Scheibenlaser oder CO2-Laser verwendet wird. 42. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Lasereinrichtung emittierte Laserstrahlung über eine Optik auf- gesplittet wird. 43. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung der Lasereinrichtung über eine verfahrbare Laseroptik auf die Kontaktstellen ausgerichtet wird. 44. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung eine Laseroptik mit zumindest der Anzahl der Kontaktstellen pro Verbinder entsprechenden Laserstrahlungsaustrittsöffnungen aufweist, wobei der Laser linear in Richtung der Zellenzeilen verfahren wird. 45. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Reihen der Zellen verbindenden Querverbinder mittels der Lasereinrichtung verlötet werden. 46. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage mit den ver schalteten Solarzellen einem dritten Puffer zugeführt wird, über den die Unterlage aus dem Bereich ausgetaktet wird, in dem die Zellen verschaltet werden. 47. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Puffer ein vierter Puffer nachgeordnet wird, über den die Unterlage mit den verschalteten Solarzellen aus dem dritten Puffer herausgefahren und sodann sich anschließenden Weiterverarbeitungsprozessen wie Abdecken der mit den verschalteten Solarzellen bestückten Unterlage zugeführt wird. 48. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbinder vorzugsweise vor Positionieren der Solarzelle auf der Unterlage auf diese positioniert und durch Wärmebeaufschlagung in dem Einbettoder Verbindematerial fixiert werden. 49. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbinder während des Positionierens oder nach Positionieren der Solarzellen auf dem Einbett- oder Verbindematerial auf diesem positioniert und durch Wärmebehandlung in dem Einbett- oder Verbindematerial fixiert werden. 50. Anlage zur Herstellung eines Solarzellenmoduls umfassend zumindest in zwei zueinander ausgerichteten, vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden auf einer Unterlage (10) angeordnete Reihen in ersten Kontaktstellen über Zellen verb- inder (30) sowie über Querverbinder (50) verschaltete Solarzellen (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage umfasst - einen ersten Bereich (1.1.2) zum Ausrichten einer Unterlage (10) für die Solarzellen (18), - einen zweiten Bereich umfassend eine erste Handhabungseinrichtung zum Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage, - einen dritten Bereich mit einer zweiten Handhabungseinrichtung (1.1.7), mittels der die Zellenverbinder (30) unmittelbar oder mittelbar über die Zellenverbinder aufnehmende Nester (2.6.1) auf die ersten Kontaktstellen positionierbar sind, sowie eine Laserstrahlung abgebenden Lasereinrichtung (3.1.6) zum Verlöten der Zellen verbinder mit den Solarzellen und - einen vierten Bereich zum Abdecken der mit den ver schalteten Solarzellen bestückten Unterlage. 51. Anlage nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich zumindest ein Solarzellen (18) aufnehmendes Magazin (1.1.4) zugeordnet ist. 52. Anlage nach Anspruch 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin ein Schachtmagazin ist. 53. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schachtmagazine (1.1.4) entlang dem zweiten Bereich förderbar sind. 54. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung der Unterlage (10) in dem zweiten Bereich zu dessen beiden Seiten Magazine (1.1.4) vorgesehen sind. 55. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Zellenentnahmeposition (1.1.6) befindliches Magazin (1.1.4) einem ein Vereinzeln einer von der ersten Handhabungseinrichtung (1.1.7) zu übernehmenden Solarzelle (18) ermöglichender Luftschleier ausgesetzt ist. 56. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasscheibe als äußeres Teil der Unterlage (10) über eine Transporteinrichtung wie Riemenförderer in den ersten Bereich (1.1.2) förderbar ist. 57. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Handhabungseinrichtung (1.1.7) eine Linearhandlingeinrichtung oder eine Flächenhandlingeinrichtung ist. 58. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linearhandlingeinrichtung (1.1.7) einen in dem zweiten Bereich quer zur Transportrichtung der Unterlage (10) verlaufenden Portalaufbau aufweist, entlang dem zumindest ein Greifer (14, 16) verfahrbar ist. 59. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenhandlingseinrichtung ein Knickarm-Roboter ist. 60. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich zumindest ein eine Kamera (1.1.8) zur Überprüfung, Positionsbestimmung und/oder Flächenbestimmung der Solarzelle (18) umfassendes Bildverarbeitungssystems vorgesehen ist. 61. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Bereich eine ein Flussmittel an die ersten Kontaktstellen der Solarzellen (18) abgebende Dispensereinrichtung (1.1.8) zugeordnet ist. 62. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Bereich zumindest ein erster Puffer (1.1.11) nachgeordnet ist, in dem wahlweise eine getaktete oder eine kontinuierliche Förderung der mit den Solarzellen (18) bestückten Unterlage (10) erfolgt. 63. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Puffer (1.1.11) ein zweiter Puffer (1.1.12) nachgeordnet ist, in dem wahlweise eine getaktete oder eine kontinuierliche Förderung der mit den Solarzellen (18) bestückten Unterlage (10) erfolgt. 64. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und/oder zweiten Puffer (1.1.11, 1.1.12) eine ein Flussmittel an die ersten Kontaktstellen der Solarzellen (10) abgebende Dispensereinrichtung vorgesehen ist. 65. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenverbinder (30) als Coil-Ware zur Verfügung stellbar sind. 66. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Coil abgetrennte und vereinzelte Verbinder (30) über eine Linearhandlingeinheit als zweite Handhabungseinrichtung (3.1.3) in dem dritten Bereich handhabbar sind. 67. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linearhandlingeinheit (3.1.3) zumindest eine Transferachse und eine vertikale Hubachse aufweist, entlang denen ein einen vereinzelten Verbinder (30) erfassendes Greifelement (34) verstellbar ist. 68. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Bereich eine ein Flussmittel an die den ersten Kontaktstellen der Solarzellen (18) zugeordneten Bereiche der Zellenverbinder (30) abgebende Dis- pensereinrichtung (36) zugeordnet ist. 69. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 68, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsfläche eines Hohlzylinders (3.1.4) die Negativform der Zellenverbinder (30) aufweisenden Nester (2.6.1) vorgesehen ist, die entlang einer parallel zur als Drehachse ausgebildeten Längsachse des Zylinders verlaufenden Gerade angeordnet sind. 70. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) von gegenüberliegenden Längsschenkeln (58, 60) eines Rahmens (62) ausgehen, der um eine mittig zwischen den Längs schenkein und senkrecht zur Transportrichtung der Unterlage (10) verlaufende Achse drehbar ist. 71. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 70, dadurch gekennzeichnet, dass entlang von zumindest zwei, vorzugsweise von drei Geraden Nester (3.1.5, 2.6.1) verlaufen, deren Anzahl gleich Anzahl der auf der Unterlage positionierten Reihen (Strings) der Solarzellen (18) ist. 72. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) innenseitige mit Unterdruck beaufschlagbare Saugöffnungen (38) aufweisen. 73. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) nach außen drückende Federelemente (40) aufweisen. 74. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) austauschbar in dem Hohlzylinder (3.1.4) bzw. den Längsschenkeln (58, 60) des Rahmens (62) angeordnet sind. 75. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) entlang der Geraden (3.1.5) bzw. des Längs schenkeis (58, 60) verschiebbar angeordnet sind. 76. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 75, dadurch gekennzeichnet, dass die Nester (2.6.1) in Bezug auf den Hohlzylinder (3.1.4) radial verstellbar sind. 77. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 76, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenverbinder (30) über eine Linearhandlingeinrichtung (3.1.3) auf die ersten Kontaktstellen der Solarzellen (18) ausrichtbar sind. 78. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearhandlingeinrichtung (3.1.3) eine Transfer- und eine Vertikal- Hubachse für den Zellenverbinder (30) erfassenden Greifer (34) sowie eine rotierende Achse umfasst. 79. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 78, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Achse um die Horizontalachse drehend ausgebildet ist. 80. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 79, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (3.1.6) innerhalb des Hohlzylinders (3.1.4) angeordnet ist. 81. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 80, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (3.1.6) außerhalb des Hohlzylinders (3.1.4) angeordnet ist und von dieser ausgehende Laserstrahlung Durchbrechungen in dem Hohlzylinder durchsetzt. 82. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 81, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl zu einer eine Kontaktstelle durchsetzenden und von der Solarzelle (18) ausgehenden Normalen einen Winkel α mit 0° < α < 30°, insbesondere α -10° beschreibt. 83. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 82, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (3.1.6) eine Dioden-Lasereinrichtung, Faserlaser, Lampen- bzw. diodengepumpter Festkörperlaser, Scheibenlaser oder CO2-Laser ist. 84. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 83, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Zeilen der Solarzellen (18) angeordnete Zellenverbinder (30) im Bereich der ersten Kontaktstellen gleichzeitig mit Laserstrahlung beaufschlagbar sind. 85. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 84, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (3.1.6) in Richtung eine entlang der Zellenverbinder (30) verfahrbare Optik aufweist. 86. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 85, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (3.1.6) eine Optik mit n Laserstrahlaustrittsöffnungen aufweist, die der Anzahl der ersten Kontaktstellen von mit einem Zellenverbinder zu verbindenden benachbarten Solarzellen entspricht. 87. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 86, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik entlang der Zeilen verfahrbar ist. 88. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 87, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbinder (50) mittels der Lasereinrichtung mit von den äußeren Zeilen der Solarzellen ausgehenden Zellenverbindern (30) verlötbar sind. 89. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 87, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Längs- und Querverschaltung der Solarzellen (18) die Unterlage (10) vorzugsweise über zumindest einen weiteren, dritten, vorzugsweise über einen dritten und einen vierten Puffer (3.1.9, 3.1.10) dem vierten Bereich zuführbar ist, in dem das Modul komplettierbar ist. 90. Anlage nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 89, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötungen mit einem oder mehreren Scannsystemen durchführbar sind. |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Herstellung eines Solarzellenmoduls umfassend zumindest in zwei zueinander ausgerichteten Reihen auf einer Unterlage angeordnete in ersten Kontaktstellen über Zellenverbinder sowie über Querverbinder verschaltete Solarzellen. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls umfassend zumindest zwei zueinander ausgerichtete, vorzugsweise parallel zueinander und auf einer Unterlage angeordnete Reihen von untereinander verschalteten Solarzellen.
Ein Solarzellenmodul - auch Solargenerator genannt - wandelt Licht in elektrische Energie um. Wichtigste Bestandteile entsprechender Module sind die Solarzellen. Ein typischer Aufbau eines Moduls ist Folgender:
eine Glasscheibe auf der der Strahlung zugewandten Seite, eine transparente Kunststoff Schicht z. B. aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder Silicongummi, in der die Solarzellen eingebettet sind, einkristalline, polykristalline, amorphe Solarzellen, die durch Zellen verbinder untereinander verschaltet sind, eine weitere transparente Kunststoffschicht, z. B. aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder Silicongummi, in der die Solarzellen eingebettet sind,
Rückseitenabdeckung mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie z. B. aus Polyvinylfluorid und Polyester,
Anschlussdose mit Freilaufdiode bzw. Bypassdiode und Anschlussterminal, Rahmen, z. B. aus Aluminiumprofil zum Schutz der Glasscheibe bei Transport, Handhabung und Montage. Entsprechende Solarmodule werden üblicherweise wie folgt hergestellt. Zunächst werden einzelne Solarzellen über Verbinder zu Reihen, d. h. zu Strängen oder Strings verschaltet. Parallel hierzu wird eine gereinigte Glasscheibe bereitgestellt und auf diese sodann eine transparente Kunststoffschicht aufgelegt. Auf die so vorbereitete Unterlage werden sodann mehrere Strings zur Bildung einer Matrix positioniert, um diese anschließend untereinander über Querverbinder zu verschalten. Sodann wird die Rückseitenfolie bzw. ein Glas aufgelegt, wobei insbesondere rückseitig auch eine EVA-Folie benutzt wird. Anschließend wird ein Laminierprozess des Moduls bei einer Temperatur von z. B. im Bereich von 150 0 C bei gleichzeitig einwirkendem Unterdruck durchgeführt. Dabei bildet die zuvor milchige EVA-Folie eine klare, dreidimensional vernetzte und nicht mehr aufschmelzbare Kunststoffschicht, in der die Zellen eingebettet und fest mit der Glasscheibe bzw. der Rückseitenfolie verbunden sind. Nach dem Laminieren werden die Kanten gesäumt und die Anschlussdose wird gesetzt und mit den Freilaufbzw. Bypass-Dioden bestückt. Anschließend erfolgt das Rahmen.
Nachteilig bei den vorgenannten Verfahrensschritten ist, dass die einzelnen Strings als Einheit auf die Unterlage positioniert werden müssen. Dabei besteht das Risiko, dass nicht nur die Querverbinder brechen, sondern die Solarzellen selbst beim Umsetzen beschädigt werden. Ein auftretender Zellenbruch, der üblicherweise erst nach der Gesamtverschaltung des Moduls festgestellt wird, macht es erforderlich, dass die beschädigte Zelle aus der Matrix entfernt und durch eine neue ersetzt wird.
Die WO-A-03/098704 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls. Dabei werden in einer Arbeits Station die einzelnen Solarzellen mit Zellenverbindern verbunden. Die entsprechenden Solarzellen werden sodann in einer weiteren Arbeits Station in gewünschter Anordnung auf einer zuvor ausgerichteten Unterlage positioniert. Die freien Enden der einzelnen Zellenverbinder werden anschließend mit benachbarten Zellenverbindern verbunden. In einer weiteren Bearbeitungs Station werden die verschalteten Solarzellen eingekapselt.
Durch das vorherige Verbinden der Solarzellen mit den Zellen verbindern und das Verbinden der Solarzellenverbinder mit weiteren Solarzellen in einer weiteren Bearbei- tungsstation sind relativ niedrige Taktzeiten zur Herstellung von Solarzellenmodulen möglich. Außerdem bedarf es erheblicher Überwachungen und Kontrollen, um sicherzustellen, dass die erforderliche Verschaltung zwischen den Solarzellen erfolgt ist, da die Verbinder flexibel und beim Transport unkontrolliert verbogen werden können.
Gegenstand der US-A-2005/00022857 ist das Kontaktieren von Rückseitenkontakt- Solarzellen. Die Herstellung von Solarzellenmodulen ist der US-A-2006/0272699 zu entnehmen. In der Literaturstelle DE.Z.: Photon, Juni 2008, Seiten 76 bis 83, wird eine Anlage zur Herstellung von Solarzellenmodulen beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls derart weiterzubilden, dass das Hand- ling vereinfacht und Beschädigungen von Solarzellen bzw. Querverbindern bei der Herstellung weitgehend vermieden werden. Auch sollen Toleranzen bezüglich der Größe der Unterlage und/oder der Solarzellen nicht zu einer Beeinträchtigung bei der Herstellung führen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anlage der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Anlage umfasst:
einen ersten Bereich zum Ausrichten der Unterlage für die Solarzellen, einen zweiten Bereich umfassend eine erste Handhabungseinrichtung zum Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage, einen dritten Bereich mit einer zweiten Handhabungseinrichtung, mittels der die Zellenverbinder unmittelbar oder mittelbar über die Zellenverbinder aufnehmende Nester auf die ersten Kontaktstellen positionierbar sind, sowie eine Laserstrahlung abgebende Lasereinrichtung zum Verlöten der Zellen verbinder mit den Solarzellen und einen vierten Bereich zum Abdecken der mit den verschalteten Solarzellen bestückten Unterlage. Abweichend von vorbekannten Anlagen werden die Solarzellen (Rückseitenkontakt- solarzellen) nicht als untereinander verbundene Strings auf die vorbereitete Unterlage (zumindest Glas, ggfs. Folie) gelegt bzw. positioniert, sondern es werden die einzelnen Solarzellen zunächst auf die Unterlage aufgebracht, die zuvor ausgerichtet worden ist. Ersteres erfolgt in einer Zentrierstation als ersten Bereich. Dabei kann zunächst die Glasscheibe an sich oder nach Aufbringen des Einbett- bzw. Verbindematerials zentriert werden, über das die zu positionierenden Solarzellen eingebettet und fixiert werden.
Ggfs. können in der Zentrier Station bzw. auf dem Einbett- bzw. Verbindematerial Querverbinder oder Platinen, die die Querverbinder bereits verschaltet umfassen, zentriert und positioniert werden.
Bei dem Einbett- bzw. Verbindematerial kann es sich in bekannter Weise um eine Folie handeln, meist EVA (Ethylenvinylacetat) gleichwenn auch PVB (Polyvinylbutyral)- oder TPE (thermoplastische Ether)- Folien in Frage kommen. Hierzu wird die Folie über ein Folienzuführ- und Schneidsystem in der benötigten Größe zugeschnitten und zugeführt. Diese Folie wird sodann mit einer Handlingeinrichtung auf die Scheibe übergeben. Alternativ ist auch ein Verfahren nach dem Sprühauftrag denkbar. Dies bedeutet, dass das für den späteren Laminierprozess notwendige Verbindematerial in flüssiger Form in einer exakt definierten Dicke aufgesprüht bzw. aufgetragen wird. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, nicht den gesamten Glasbereich mit diesem Material zu vernetzen, sondern nur die Bereiche, in denen die Zellen positioniert werden. Auch können die Solarzellen vor Auflegen auf die Glasscheibe rückseitig mit einem entsprechenden Material beschichtet werden.
Sodann wird die zentrierte Glasscheibe an einen Zellenbelegebereich als zweiten Bereich der Anlage übergeben, um die Zellen auf die Unterlage aufzulegen. Dabei kann ein zeilenweises Eintakten in den Zellenbelegebereich oder komplett in diesen erfolgen. Ersteres bedeutet, dass die Zellen zeilenweise aufgelegt werden. Dies erfolgt mit einer Linearhandlingeinrichtung oder einem Roboter. Bei einem kompletten Einbringen in den Zellenbelegebereich wird eine Flächenhandlingeinrichtung oder ein Roboter benutzt. Erstere kann in Portalbauweise ausgeführt sein, bei der ein Greifelement vor- zugs weise mittels Unterdruck die Solarzellen erfasst, wobei die Linearhandlingeinrichtung eine Transferachse, die senkrecht zur Transportrichtung der Unterlage verläuft und eine Vertikal-Kurzhubachse umfasst, um mittels eines Greifelements eine Solarzelle zu erfassen und in gewünschter Position absetzen zu können. Bei dem Greifelement handelt es sich vorzugsweise um eine Vakuumgreifeinrichtung oder um eine solche auf Basis des Bernouilli-Prinzips. Zusätzlich sollte eine rotatorische Achse zur Verfügung stehen, d. h. dass ein Drehen um die Vertikalachse möglich ist, um die Zelle ordnungsgemäß zu der Unterlage positionieren zu können. Hierzu ist vorgesehen, dass die Zelle mittels einer Kamera eines Bildverarbeitungs Systems erfasst wird, um deren Größe und Ausrichtung zu der Unterlage ermitteln zu können. Gleichzeitig erfolgt eine Qualitätskontrolle, um fehlerhafte Solarzellen aussortieren zu können. Die die Größe und Ausrichtung betreffenden Werte werden sodann der Steuerung der ersten Handhabungseinrichtung in Form der Linearhandlingeinrichtung oder Flächenhandlingeinrichtung zugeführt, um die Solarzelle positionsgenau auf die Unterlage legen zu können.
Die Rückseitenkontakts olarzellen selbst sind vorzugsweise in einem Schachtmagazin gespeichert, die mehrere Zellen übereinander in Stapelform aufnehmen, wodurch eine optimale Pufferkapazität zur Verfügung steht. Dabei ist als eine Variante vorgesehen, dass die Solarzelle, bevor diese auf der Unterlage positioniert wird, in ihren Kontaktstellen mit einem Flussmittel versehen wird. Hierzu kann die Solarzelle an einem entsprechenden, im zweiten Bereich der Anlage vorhandenen Dispenser vorbeigeführt werden.
Bevorzugterweise wird die Unterlage in dem Zellenbelegebereich so eingetaktet und stillstehend bereitgestellt, dass die Unterlage zeilenweise mit Solarzellen belegt werden kann. Eine hierzu eingesetzte Zeilenvorschubeinrichtung ist dabei eine angetriebene und geregelte Achse, um die exakte Bereitstellung der Glasscheibe in der entsprechenden Belegeposition zu gewährleisten.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich an den zweiten Bereich ein Puffer anschließt, der als angetriebene und geregelte Fördereinrichtung ausgebildet ist. Die Fördereinrichtung ist dabei so ausgelegt, dass bei zeilenweisem Belegen der Unterlage zunächst im entsprechenden Zeilenvorschubbetrieb und anschließend nach voll- ständiger Belegung der Unterlage in kontinuierlichem Betrieb weitergefördert wird. Aufgabe des ersten Puffers ist die kontinuierliche Übernahme der mit Zellen belegten Unterlage und Austakten aus dem Zellenbele gebereich.
An den ersten Puffer kann sich ein zweiter Puffer anschließen, der gleich wie der erste Puffer ausgebildet sein sollte. Der zweite Puffer hat die Aufgabe, die mit Solarzellen belegte Unterlage aus dem ersten Puffer vollständig herauszufahren und dem dritten Bereich zuzuführen, in dem die Zellen verschaltet werden.
Erfolgt bevorzugterweise in dem ersten Bereich ein Flussmittelauftrag auf die Kontaktstellen der Solarzellen, so kann ein entsprechender Auftrag auch im ersten oder zweiten Puffer vorgenommen werden.
Im dritten Bereich der Anlage werden die Zellen verbinder mit den Solarzellen stoffschlüssig verbunden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Zellenverbinder als Coil-Ware zur Verfügung gestellt werden. Hierzu können die Zellenverbinder entweder in Querrichtung oder in Längsrichtung aneinander gereiht und vorgestanzt sein. Über eine Coil-Zuführung wird der Zellenverbinderstreifen abgewickelt und einem Schneidwerkzeug zugeführt. Dieses trennt exakt an Solllinien den jeweils benötigten Zellenverbinder von dem zugeführten Coil- Streifen ab. Nach dem Abtrennen wird der vereinzelte Zellenverbinder weitergeführt und entweder unmittelbar von einem mittels eines Greifelements einer zweiten Handhabungseinrichtung auf die zu verbindenden Solarzellen aufgelegt oder zunächst in eines von mehreren Nester eingebracht, die sodann auf die Solarzellen ausgerichtet werden, um die gewünschte Verschaltung zu ermöglichen.
Bei der zweiten Handhabungseinrichtung handelt es sich bevorzugterweise um eine Linearhandlingeinrichtung, die über zumindest eine Transferachse und eine Vertikal- Kurzhubachse verfügt. Die Transferachse, entlang der einen Zellenverbinder oder mehrere Zellenverbinder erfassende Greifeinrichtungen verfahrbar sind, verläuft senkrecht zur Transportrichtung der Unterlage. Die Vertikal-Kurzhubachse ermöglicht ein Anheben bzw. ein Absenken des Zellen verbinders. Auch sollte eine rotatorische Achse dre- hend um die Vertikalachse zur Verfügung zu stehen, um ein Ausrichten der Verbinder zu ermöglichen.
Die die Zellenverbinder aufnehmenden Nester können z. B. von einer Umfangsfläche eines Hohlzylinders ausgehen bzw. auf dieser angeordnet sein. Die Nester weisen dabei die Negativform der Zellenverbinder auf. Ferner liegen die Nester auf einer entlang einer parallel zur als Drehachse ausgebildeten Längsachse des Zylinders verlaufenden Geraden. Insbesondere ist vorgesehen, dass entlang von zumindest zwei, vorzugsweise von drei Geraden Nester verlaufen, wobei deren Anzahl zumindest gleich Anzahl der auf der Unterlage positionierten Reihen (Strings) der Solarzellen ist. Um die Zellenverbinder in den Nestern zu halten, weisen diese innenseitig mit Unterdruck beaufschlagte Saugöffnungen auf.
Ferner sind Federelemente oder gleichwirkende Elemente vorgesehen, über die die in den Nestern gehaltenen Zellenverbinder eine Druckbeaufschlagung nach außen erfahren. Hierdurch werden bei auf die Solarzellen ausgerichteten Nestern die Zellenverbinder selbst gegen die Solarzellen in ihren Kontaktstellen gedrückt, um somit eine stoffschlüssige Verbindung zu ermöglichen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Nester entlang der Geraden verstellbar angeordnet sind, d. h., der Mittenabstand zueinander ist verstellbar, um ggfs. an unterschiedliche Zellenmittenabstände angepasst werden zu können. Weiterhin sind die Nester austauschbar, um so auf einfache Weise auf weitere Zellenverbindergeometrien umrüsten zu können.
Sind die Nester vorzugsweise in bzw. an der Umfangsfläche eines Hohlzylinders bzw. einer Trommel vorgesehen, so kann als Träger für die Nester auch ein Rahmen dienen, wobei die Nester selbst von Längs schenkein des Rahmens ausgehen, die parallel zu einer Drehachse des Rahmens verlaufen.
In dem dritten Bereich, in dem die Zellenverbinder auf die zu verschaltenden Solarzellen aufgelegt werden, ist ferner eine Lasereinrichtung vorgesehen, um mit der von die- ser emittierten Laserstrahlung die Zellen verbinder Stoff schlüssig mit den Solarzellen zu verbinden.
Vor dem Verbinden ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Zellenverbinder in den Bereichen, die mit den Kontaktstellen der Solarzellen stoffschlüssig verbunden werden sollen, ein Flussmaterial aufgetragen werden kann. Dies kann über eine Dispenser-Einrichtung erfolgen, die Mikrodüsen aufweist, welche an Anzahl und Position der Kontaktbereiche des Zellenverbinders angepasst sind.
Sofern die Zellenverbinder in in einem Hohlzylinder vorgesehenen Nestern vorpositioniert sind, kann in hervorzuhebender Ausgestaltung der Erfindung die Lasereinrichtung im Inneren des Hohlzylinders angeordnet sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Lasereinrichtung über dem Hohlzylinder anzuordnen. In diesem Fall sind in dem Hohlzylinder Aussparungen vorgesehen, die von der Laserstrahlung durchsetzbar sind, um ungehindert auf die Kontaktbereiche zwischen Zellenverbinder und Zellen ausgerichtet werden zu können.
Bei der Lasereinrichtung kann es sich um
- vorzugsweise Dioden-Laser sowohl fasergeführt als auch in der Direktverwendung,
- Faserlaser,
- Lampen- bzw. diodengepumpte Festköperlaser,
- Scheibenlaser oder
- CCvLaser handeln.
Um die auf eine Zeile ausgerichteten Zellenverbinder mit hoher Taktrate zu verbinden, sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. So kann eine aufgesplittete Optik verwendet werden, über die gleichzeitig sämtliche Verbindungsbereiche mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. Somit kann es genauso viele Einzeloptiken wie Lötpunkte geben. Jede Optik hat entweder eine eigene Laserstrahlquelle oder erhält einen durch Strahlteilerkomponenten erzeugten Teilstrahl einer Laserquelle. Es besteht jedoch bei einer auf- gesplitteten Optik auch die Möglichkeit, nur einen Teil der Lötpunkte gleichzeitig zu löten. Somit stehen eine Anzahl x Optiken zur Verfügung, die - wie zuvor erläutert - mit Laserstrahlung versorgt werden. Diese Optiken werden sodann auf die Lötpunkte nach und nach verfahren, um alle Lötpunkte auszubilden.
Alternativ kann eine zentrale Laseroptik genutzt werden, die mit hoher Geschwindigkeit an die einzelnen Kontaktbereiche quasi nach dem Scannerprinzip herangefahren wird. Eine vorzugsweise Realisierung besteht in der Verwendung von mindestens einem Scannsystem zur Erzeugung der Lötpunkte. Dabei wird der Laserstrahl durch bewegte Spiegelelemente sequentiell auf die Lötpunkte positioniert. Um die Zykluszeit zu verringern, können mehrere Scannsysteme parallel arbeiten.
Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass eine Laseroptik mit Laserabstrahlpunkten genutzt wird, die der Anzahl der pro Verbinder vorgesehenen Kontaktbereiche entsprechen. Die Laseroptik wird sodann von Verbinder zu Verbinder verfahren.
Insbesondere ist auch vorgesehen, dass mittels der in dem dritten Bereich integrierten Lasereinrichtung die Querverbinder mit den Strings bzw. von deren Enden ausgehenden Zellenverbindern stoffschlüssig verbunden werden. Dabei ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Querverbinder vor Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage auf dieser angeordnet und durch Wärmeeinwirkung in der Bett- bzw. Verbindemasse fixiert werden. Selbstverständlich können auch während eines nachfolgenden Prozesses die Querverbinder positioniert werden.
Bei Modulen mit mehr als drei Strings müssen die Querverbinder in voneinander abweichenden Abständen mit den von Strings ausgehenden Zellenverbindern verbunden werden. Um die unterschiedlichen Abstände zu erzielen, werden an den Enden der Strings entweder einfache oder doppelte Zellenverbinder oder aber auf Platinen vorkonfektionierte Querverbinder angesetzt.
An den dritten Bereich können sich ein oder mehrere Puffer anschließen, die - wie die ersten und zweiten Puffer - als angetriebene und geregelte Fördersysteme ausgebildet sein sollten, um die mit den verschalteten Zellen bestückte Unterlage zu übernehmen, wobei bei einem zeilen weisen Kontaktieren der Zellen verbinder mit den Solarzellen zunächst ein zeilenweises getaktetes Fördern und nach vollständiger Verschaltung ein kontinuierliches Fördern erfolgt.
An den dem dritten Bereich folgenden dritten Puffer kann sich ein vierter Puffer gleichen Aufbaus anschließen. Der vierte Puffer hat die Aufgabe, die Unterlage mit den vollständig verschalteten Solarzellen aus dem dritten Puffer komplett herauszufahren und sodann anschließenden Weiterverarbeitungsprozessen wie Komplettieren des Moduls durch Rückseitenfolie bzw. Rückwandfolie und Einrahmung zuzuführen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls umfassend in zumindest zwei zueinander und auf einer Unterlage ausgerichtete wie parallel zueinander angeordnete Reihen von untereinander verschalteten Solarzellen ist im Wesentlichen durch die Schritte in der angegebenen Reihenfolge gekennzeichnet:
Bereitstellen und Ausrichten der Unterlage für die Solarzellen,
Ausrichten der Solarzellen und Positionieren dieser auf der Unterlage,
Auflegen von Zellenverbindern auf einander zugewandten Randbereichen von aneinander grenzenden Solarzellen und Verbinden der Zellen verbinder mit den
Randbereichen,
Verbinden der untereinander verbundenen Solarzellen mit Querverbindern und
Abdecken der verschalteten Solarzellen mit einer Abdeckung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Unterlage in einem ersten Arbeitsbereich ausgerichtet wird, dass die Solarzellen in einem zweiten Arbeitsbereich in Reihen ausgerichtet auf die Unterlage aufgelegt werden, dass die Zellenverbinder in einem dritten Arbeitsbereich auf die zu verschaltenden Solarzellen aufgelegt werden, wobei in dem dritten Bereich die Solarzellen untereinandner mit den Zellenverbindern und in den Reihen endseitig angeordnete Solarzellen mit Querbindern verbunden werden, und dass die ver schalteten Solarzellen in einem vierten Arbeitsbereich mit der Abdeckung abgedeckt werden. Die Querverbinder können vor Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage auf dieser angeordnet werden. Insbesondere werden die Querverbinder jedoch nach dem Positionieren der Solarzellen aufgelegt.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Unterlage in Bezug auf ihre Mitte zu zwei senkrecht zueinander verlaufenden Achsen zentriert wird.
Als Unterlage wird vorzugsweise eine Glasscheibe mit auf dieser vorhandenem Einbettoder Verbindematerial verwendet. Hierbei kann es sich um EVA (Ethylenvinylacetat), PVB (Polyvinylbutyral) oder TPE (Thermoplastische Ether) handeln.
Das Einbett- oder Verbindematerial kann auf die Glasscheibe als Folie oder z. B. in flüssiger Form z. B. durch Aufsprühen aufgetragen werden. Dabei kann die Glasscheibe flächig mit dem Einbett- bzw. Verbindematerial in dem von den Solarzellen abzudeckenden Gesamtbereich oder bereichsweise in von jeweils einer Solarzelle abzudeckendem Einzelbereich versehen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Solarzellen vor dem Auflegen auf die Unterlage mit einem Einbett- bzw. Verbindematerial zu versehen.
Die zentrierte Unterlage wird sodann an einen Zellenbelegebereich übergeben, in dem die Zellen in quer zur Transportrichtung verlaufenden Zeilen und/oder in Transportrichtung verlaufenden Reihen auf die Unterlage mittels einer ersten Handhabungseinrichtung positioniert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Unterlage zeilenweise in den Zellenbelegebereich eingetaktet wird und die Zellen zeilenweise auf die Unterlage positioniert werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Unterlage als Einheit in den Zellenbelegebereich einzutakten und sodann mittels einer Flächenhandlingeinrichtung oder Roboter die Flächenpositionierung der Zellen auf der Unterlage vorzunehmen. Die Zellen sollten aus einem Schachtmagazin entnommen werden, in dem die Zellen vertikal verschiebbar angeordnet werden. Dabei erfolgt zum sicheren Erfassen der zu positionierenden Zellen eine Vereinzelung insbesondere mittels eines Luftschleiers.
Um einen hinreichenden Speicher an Solarzellen zur Verfügung zu stellen, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass die Zellen in mehreren Schachtmagazinen angeordnet werden, die mittels einer Fördereinrichtung in eine Übernahmeposition bewegt werden, in der die Zellen von der ersten Handhabungseinrichtung entnommen werden.
Vorzugsweise wird jede Zelle vor ihrem Positionieren mittels eines eine Kamera umfassenden Bildverarbeitungs Systems überprüft. Dabei kann ergänzend Lage, Größe und/oder Position der von der ersten Handhabungseinrichtung erfassten Zelle mittels des Bildverarbeitungssystems bestimmt werden, um die ermittelten Werte der Steuerung der ersten Handhabungseinrichtung zuzuführen.
Um die erforderliche Stoff schlüssige Verbindung zwischen den Solarzellen und den die Verschaltung ermöglichenden Zellenverbindern sicherzustellen, sollte die Zelle vor deren Positionierung auf der Unterlage in ihren mit dem bzw. den Verbindern zu verbindenden Kontaktstellen mit einem Flussmittel versehen werden.
Das Flussmittel kann über einen Düsen aufweisenden Dispenser abgegeben werden. Dabei kann auf sämtliche Kontaktstellen der Zelle das Flussmittel gleichzeitig aufgetragen werden.
Das Positionieren auf der Unterlage erfolgt vorzugsweise mittels zwei erster Handhabung seinrichtungen wie Linearhandlingeinrichtungen oder Roboter, um in kurzer Zeit eine Unterlage zu bestücken.
Die mit den Zellen belegte Unterlage sollte sodann an einen ersten Puffer übergeben werden, der während der Belegung der Unterlage mit den Zellen in dem Zellenbelege- bereich mit diesen getaktet und nach vollständiger Belegung der Unterlage auf einen kontinuierlichen Förderbetrieb umgeschaltet wird. Von dem ersten Puffer kann die mit den Zellen belegte Unterlage an einen zweiten Puffer übergeben werden. Dieser fördert gleichfalls getaktet oder kontinuierlich.
Ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Zellen vor dem Positionieren auf der Unterlage in ihren Kontaktstellen mit einem Flussmaterial versehen werden, so besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass ein entsprechender Auftrag in dem ersten oder zweiten Puffer erfolgt.
Die zum Verschalten der Solarzellen verwendeten Zellenverbinder sollten auf einem Coil aneinandergereiht und vorgestanzt zur Verfügung gestellt werden. Zum Positionieren der Zellenverbinder werden diese von dem Coil mittels eines Schneidwerkzeugs abgetrennt, vereinzelt und sodann auf die Kontaktstellen der Zellen aufgelegt und mit diesen stoffschlüssig verbunden. Dabei können die vereinzelten Verbinder mittels einer zweiten Handhabungseinrichtung entweder auf den zugeordneten Kontaktstellen unmittelbar positioniert oder zuerst in eine Verbinderaufnahme-Einrichtung eingelegt werden, die ihrerseits sodann auf die Kontaktstellen ausgerichtet wird. Unabhängig hiervon sollten die Zellen verbinder auf die Kontaktstelle bzw. in deren Umgebungen in Richtung der Zellen druckbeaufschlagt und sodann mit diesen stoffschlüssig verbunden wie verlötet werden.
Vor Aufnahme des Verbinders durch die Handhabungseinrichtung wird der Zellenverbinder mit einer Kamera und Bildverarbeitung qualitätsgeprüft und die korrekte Lage des Verbinders ermittelt. Vor dem Auflegen des Verbinders auf die Kontaktstelle wird die Lage des Verbinders entsprechend der Vorgabe des Bildverarbeitungs-systems durch die Handlingeinheit korrigiert.
Weiterhin kann vor Auflegen der Zellenverbinder auf die Kontaktstellen bzw. vor Einlegen in die Nester auf die Zellenverbinder in ihren Kontaktbereichen ein Flussmittel aufgetragen. Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass entsprechend der Anzahl der Zellenreihen (Strings) des herzustellenden Moduls Nester in einer Reihe angeordnet werden, die jeweils eine Negativform des Zellenverbinders darstellen, wobei die Nester gleichzeitig auf die Kontaktstellen der Zellen in einer Zeile ausgerichtet werden und sodann die Zellenverbinder mit den Kontaktstellen der Zellen mittels Laser verlötet werden. Dabei werden die Zellenverbinder in Nestern mittels Unterdruck gehalten.
Ferner umfasst jedes Nest ein nach außen wirkendes Element, über das der Zellenverbinder in Richtung der Zellen druckbeaufschlagt wird. Hierbei kann es sich um eine nach außen gewölbte Blattfeder handeln.
Die Nester können in oder auf einer Umfangsfläche eines Zylinders angeordnet sein, dessen Innenraum von einer Laserstrahlung durchsetzt wird. Hierzu kann entweder innerhalb des Zylinders eine die Laserstrahlung emittierende Lasereinrichtung angeordnet werden oder diese ist außerhalb des Zylinders positioniert, wobei sodann der Zylinder Öffnungen aufweist, über die die Laserstrahlung gerichtet in Richtung zu verlötender Kontaktbereiche der Zellenverbinder einfällt.
Die Nester sollten des Weiteren austauschbar und/oder in Längsrichtung des Zylinders verschiebbar ausgebildet werden.
Sind die Nester vorzugsweise auf bzw. in der Umfangsfläche eines Hohlzylinders angeordnet, so besteht auch die Möglichkeit, Nester in gegenüberliegenden Schenkeln eines Rahmens vorzusehen, der um eine parallel zu den Schenkeln verlaufende Achse drehbar ist.
Eine weitere Variante sieht vor, dass die Zellenverbinder über eine Linearhandlingeinrichtung mit zumindest zwei Linearachsen auf die Kontaktstellen der Zellen positioniert, druckbeaufschlagt und mit der von einer weiteren Handhabungseinrichtung ausgehenden Lasereinrichtung verlötet werden. Als Lasereinrichtung kann beispielsweise eine Dioden-Lasereinrichtung verwendet werden. Dabei kann die Laserstrahlung über eine Optik derart ausgesplittet werden, dass eine gewünschte Anzahl von Kontaktstellen gleichzeitig mit Strahlung beaufschlagt wird. Hier gibt es folgende Möglichkeiten:
1. alle Lötpunkte werden gleichzeitig beaufschlagt:
Es gibt genauso viele Einzeloptiken wie Lötpunkte. Jede Optik hat entweder eine eigene Laserstahlquelle oder erhält einen durch Strahlteilerkomponenten erzeugten Teilstrahl einer Laserquelle.
2. Nur ein Teil der Lötpunkte wird gleichzeitig gelötet:
Es gibt eine Anzahl x Optiken, die wie bei 1. mit Laserstrahlung versorgt werden. Diese Optiken werden verfahren, um alle Lötpunkte zu erzeugen.
Alternativ kann die Laserstrahlung der Lasereinrichtung über eine verfahrbare Laseroptik auf die Kontaktstellen ausgerichtet werden.
Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass die Lasereinrichtung eine Laseroptik mit zumindest der Anzahl der Kontaktstellen eines Zellenverbinders entsprechenden Laserstrah- lungsaustrittsöffnungen aufweist, wobei der Laser linear in Richtung der Zellenzeile verfahren wird.
Mit der Lasereinrichtung sollten auch die die Reihen der Zellen verbindenden Querverbinder verlötet werden.
Die Querverbinder werden vorzugsweise vor Positionieren der Solarzellen auf der Unterlage auf dieser positioniert und durch Wärmebeaufschlagung in dem Einbett- oder Verbindendematerial fixiert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Querverbinder während des Positionierens oder nach dem Positionieren der Solarzelle auf dem Einbett- oder Verbindematerial auf diesem positioniert und durch Wärmebehandlung fixiert werden. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Unterlage mit den verschalteten Solarzellen einem dritten Puffer zugeführt wird, über den die Unterlage aus dem Bereich ausgetaktet wird, in dem die Zellen verschaltet werden. Dem dritten Puffer kann ein vierter Puffer nachgeordnet werden, über den die Unterlage mit den verschalteten Solarzellen aus dem dritten Puffer herausgefahren wird, um sodann sich anschließenden Weiterverarbeitungsprozessen wie Abdecken der mit den verschalteten Solarzellen bestückten Unterlage zugeführt zu werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Legens von Rückseitenkontaktsolarzellen auf eine Unterlage,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Konfektionieren s von Zellenverbindern,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des stoffschlüssigen Verbinders der Zellenverbinder gemäß Fig. 1 mit Solarzellen,
Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines Zellenbelegebereichs,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines Zellenbelegebereichs,
Fig. 6 eine erste Ausführungsform eines Bereichs zum Konfektionieren und
Verbinden von Verbindern mit Solarzellen,
Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines Bereichs zum Konfektionieren von
Verbindern und Verbinden mit Solarzellen,
Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer Aufnahme von Zellenverbindern und zum Positionieren dieser auf einer Zellenverbinderaufnahmeeinrichtung,
Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Querverbinderaufnahmeeinrichtung,
Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung eines Nestes der Fig. 8 bzw. 9, Fig. 11 einen Ausschnitt eines Bereichs, in dem Solarzellen stoffschlüssig mit
Zellenverbindern verbunden werden,
Fig. 12 eine Draufsicht eines Ausschnitts eines Bereichs, in dem Solarzellen stoffschlüssig mit Zellenverbindern verbunden werden, und
Fig. 13 einen Ausschnitt einer Anlage zur Herstellung eines Solarzellenmoduls.
Der Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer Anlage zur Herstellung von Solarzellenmodulen zu entnehmen. Mit 1.1.1 ist ein Transportsystem wie Mehr- fachriemenfördersystem gekennzeichnet, über das eine vorgereinigte Glasscheibe, die Bestandteil der Unterlage eines Solarzellenmoduls ist, einer Zentrierstation 1.1.2 in einem ersten Bereich der Anlage zugeführt wird, in der die Glasscheibe in x- und y- Richtung jeweils bezogen auf die Mitte synchron zentriert wird, um Scheibentoleranzen zu vermitteln. Das Fördersystem ist dabei in der Lage, die Glasscheibe sicher und planliegend zu transportieren.
In x- und y- Richtung synchron zentriert bedeutet, dass synchron Zentrierelemente wie Backen an die jeweils gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Glasscheibe angefahren werden, wobei die Mitte der Glasscheibe auf einen von der Anlage vorgegebenen Zentrierpunkt ausgerichtet wird.
Vor der Zentrierung der Glasscheibe kann diese mit einer Verbindefolie bestückt werden, die für das Einkapseln der Solarzellen zum Modul verwendet wird. Dies geschieht entweder nach herkömmlichen Verfahren, in denen die Verbindefolie, meist EVA (Ethylenvinylacetat)-, ggfs. PVB (PoIy vinylbutyral)- oder TPE (Thermoplastische Ether) -Folie über ein Folienzuführ- und Schneidsystem in der benötigten Größe zugeschnitten und zugeführt wird. Die Folie wird sodann mit einem Handlingsystem auf die Scheibe übergeben.
Alternativ hierzu ist auch ein Verfahren nach dem Sprühauftrag denkbar. Sprühauftrag heißt dabei, dass das für den späteren Laminierprozess, also bei der Fertigstellung des Solarzellenmoduls notwendige Verbindematerial in flüssiger Form in einer exakt definierten Dicke aufgesprüht bzw. aufgetragen wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, nicht den gesamten Glasbereich, der von den Solarzellen abgedeckt wird, mit diesem Material zu vernetzen, sondern entweder ausschließlich die Bereiche, auf denen die Zellen aufgelegt werden, oder die Zelle selbst.
Die Glasscheibe entsprechend der zuvor aufgezeigten Ausführungsmöglichkeiten mit oder ohne Einbett- bzw. Verbindematerial wird nachstehend als Unterlage bezeichnet.
Die Unterlage wird sodann an einen Bereich 1.1.3 übergeben, in dem die Unterlage durch einen Zellenbelegebereich 1.1.10 mittels eines linearen Vorschubsystems zeilenweise eingetaktet wird. Dabei können zuvor Querverbinder nach herkömmlicher Art von einer Rolle heruntergespult, auf Länge zugeschnitten oder alternativ vorkonfektioniert einem Handlingsystem bereitgestellt werden. Dieses Handlingsystem setzt die notwendigen Querverbindungs stücke in Transportrichtung der Unterlage in dessen vorderem und hinterem Bereich in Positionen ab, in der eine Verschaltung mit Zellenverbindern der einzelnen Solarzellen-Strings erfolgt. Zur Fixierung der Querverbinder werden diese punktuell erwärmt und in dem Einbett- bzw. Verbindematerial vorfixiert, um die Ablageposition für die nachfolgenden Prozessschritte zu sichern. Das Auflegen der Querverbinder kann jedoch auch während, vor oder nach anderen Prozess schritten erfolgen.
Wird vorzugsweise die Unterlage zeilenweise in den Zellenbelegebereich 1.1.10 als zweiten Bereich der Anlage eingetaktet, so besteht auch die Möglichkeit, die Unterlage komplett in den Zellenbelegebereich 1.1.10 einzutakten. In diesem Fall werden die Zellen nicht zeilenweise mittels einer Linearhandlingeinrichtung 1.1.7 aufgelegt. Vielmehr wird eine Flächenhandlingeinrichtung eingesetzt, die in der Lage ist, den gesamten Bereich der Unterlage flächenmäßig abzudecken und somit die Zellenbelegung vorzunehmen, während die Unterlage stillsteht.
Unabhängig hiervon handelt es sich bei der entsprechenden Handlingeinrichtung oder Roboter um eine erste Handhabungseinrichtung. Bei der Linearhandlingeinrichtung 1.1.7 kann es sich entsprechend der Fig. 4 und 5 um einen Portalaufbau mit quer zur Transportrichtung der Unterlage 10 verlaufendem Portal 12 handeln, entlang dem als Transferachse Vakuumgreifelemente 14, 16 verfahrbar sind, die ihrerseits entlang einer Vertikalachse verstellbar sind, um in nachstehend beschriebener Weise Solarzellen aus einem Magazin entnehmen und auf die Unterlage 10 in gewünschter Position ablegen zu können.
Bei einer Linearhandlingeinrichtung handelt es sich um eine Handhabungseinrichtung mit zwei oder mehr Linearachsen, also Antriebsachsen, um entweder eine Fläche oder einen dreidimensionalen Arbeitsraum abdecken zu können. Als Antriebe werden üblicherweise Servomotoren eingesetzt. Die Hübe sind an den erforderlichen Arbeitsbereich anpassbar. Die Handlingeinheit kann ggfs. mit rotatorischen Achsen erweitert werden, um Drehwinkel und somit die Orientierung von Greifern bzw. Bauteilen anpassen zu können. Linearhandlingeinheiten sind unter der Gerätebezeichnung wie „Reis Linearroboter" oder „Lineareinheit" der Fa. GAS bekannt.
Die auf die Unterlage 10 zu positionierenden Solarzellen 18 sind in sogenannten Zellenmagazinen 1.1.4 bevorratet. Diese sind im Ausführungsbeispiel als Schachtmagazine ausgebildet und können z. B. 100 Solarzellen 18 aufnehmen. Somit steht eine hohe Pufferkapazität an Zellen 18 zur Verfügung.
Wie sich aus den Fig. 4 und 5 ergibt, sind zu jeder Seite des Transportweges der Unterlage 10 mehrere Zellenmagazine 1.1.4 vorhanden, die ihrerseits über ein Transportsystem 1.1.5 in eine Entnahmeposition 1.1.6 gefördert werden, in der die Übergabe an die Handlingeinrichtung, also die Vakuumgreifelemente 14, 16 oder gleichwirkende Elemente erfolgt. Da zu beiden Seiten der Unterlage 10 Zellenmagazine 1.1.4 angeordnet sind, sind entlang der Transferachse 12 zwei entsprechende Vakuumgreif einrichtungen 14, 16 verfahrbar. Anstelle einer Vakuumgreifeinrichtung kann auch eine auf der Basis des Bernouilli-Prinzips eingesetzt werden.
In dem Übergabebereich 1.1.6 wird das jeweilige Zellenmagazin 1.1.4 in x- und y- Richtung zentriert. In Vertikalrichtung wird das sich in dem Zellenmagazin 1.1.4 be- findliche Solarzellenpaket jeweils nach oben nachgetaktet, so dass stets die oberste Zelle 18 in gleicher Übernahmeposition zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird in der oberen Entnahmeposition ein Luftschleier angelegt, der es ermöglicht, dass die Zellen 18 im oberen Bereich vorvereinzelt werden und somit eine Übernahme einer einzelnen Zelle 18 über die Vakuumgreifeinrichtung 14, 16 sichergestellt ist.
Ist ein Zellenmagazin 1.1.4 geleert, wird das leere Zellenmagazin weiterbefördert und steht im Auslauf bzw. Rücklauf zur Entnahme zur Verfügung. Nach Befüllen kann das Zellenmagazin 1.1.4 wiederum auf die Zuführstrecke des Transportsystems 1.1.5 aufgesetzt werden.
Zu der Linearhandlingeinrichtung 1.1.7 ist anzumerken, dass es sich um ein Hochge- schwindigkeitslinearsystem mit den zumindest zwei erwähnten Linearachsen handelt, also der durch das Portal 12 vorgegebenen Transferachse und die Vertikalachse. Alternativ kann auch ein Hochgeschwindigkeitsroboter eingesetzt werden.
Bei einem Hochgeschwindigkeitslinearsystem handelt es sich üblicherweise um ein System, das zwei oder mehr Linearachsen, also Antriebsachsen umfasst, um entweder eine Fläche oder einen dreidimensionalen Arbeitsraum abdecken zu können. Die Antriebe bestehen typischerweise aus servoelektrischen Linearmotoren (Direktantrieb), die sich durch eine hohe Beschleunigung und Geschwindigkeit auszeichnen. Die Hübe sind an den erforderlichen Arbeitsbereich anpassbar. Das System kann mit rotatorischen Achsen erweitert werden, um Drehwinkel und somit die Orientierung von Greifer/Bauteilen anpassen zu können. Hochgeschwindigkeitslinearsysteme sind unter der Gerätebezeichnung wie „Lineardirektantrieb" der Fa. GAS bekannt.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 besteht die Möglichkeit, das Portal 12 ergänzend in Transportrichtung der Unterlage 10 zu verfahren. Ferner sollte die Linearhandlingeinrichtung bzw. das -System 1.1.7 eine rotatorische Achse für die Greifeinrichtungen 14, 16 aufweisen, um im gewünschten Umfang die zu positionierende Solarzelle 18 zu der Unterlage 10 ausrichten zu können. Der Arbeitsbereich des Zellenhandlingsystems 1.1.7 überspannt mindestens den Zellen- zuführbereich sowie eine Kamera 1.1.8 sowie die gesamte Breite der zugeführten Unterlage 10.
Jeder Greifeinrichtung 14, 16 ist eine Kamera 1.1.8 zugeordnet, die Teil eines Bildverarbeitungssystems ist, um Position und Lage der zugeführten Solarzelle 18, ein Erkennen des Zellendrucks, ein Erkennen von Fehlern, wie z. B. Kantenausbruch, Mikrorisse, Fehler im Druck, Position des Druckes zu ermöglichen.
Mit anderen Worten wird die Zelle 18 u. a. einem Qualitätscheck unterzogen. Fällt dieser negativ aus, so wird die Zelle 18 von dem Greifer 14 bzw. 16 an einen im Ausführungsbeispiel als Rampe 20, 22 ausgebildeten Auslaufplatz übergeben.
Die Fig. 4 bis 5 sehen optional einen gesonderten entlang einer Transferachse verfahrenbaren Dispenserkopf 24 vor, der nach Positionieren der Zelle 18 auf der Unterlage 10 auf die Kontaktstellen ausrichtbar ist, um sodann Flussmaterial abzugeben. Der Dispenser 24 ist entlang eines Portals 26 als Transferachse verstellbar, das senkrecht zur Transporteinrichtung der Unterlage 10 verläuft. Auch ist der Dispenser 24 entlang einer Vertikalachse verschiebbar.
Die geprüfte und ggfs. mit dem Flussmaterial vorbereitete Zelle 18 wird vom Zellen- handlingsystem 1.1.7 in die nächste zu belegende Position auf der Unterlage 10 gebracht und dort exakt abgelegt. Sodann fährt der Greifer 14, 16 an den Übergabebereich 1.1.6 des Zellenmagazins 1.1.4 zurück, um die nächste Zelle 18 zu übernehmen. Sobald eine komplette Zeile mit Zellen 18 belegt ist, taktet das Zeilenvorschubsystem, das ein Transportband 28 umfasst und die Zeilenvorschubachse vorgibt, um ein Zeilenraster weiter. Anschließend kann die nächste Zeile mit Zellen 18 belegt werden, wie dies prinzipiell auch aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich wird. Sobald auf der Unterlage 10 die gewünschte Anzahl von Zellen in Zeilen abgelegt, also die Zeilenmatrix erstellt ist, taktet die vollständig belegte Unterlage 10 aus dem Zeilenvorschub heraus und wird an einen ersten Puffer 1.1.11 vollständig übergeben. Wie sich aus den Darstellungen der Fig. 1, 4, 5 und 12 ergibt, wird die Unterlage 10 über zwei Zellenzuführ- und Handlingsysteme 1.1.4, 1.1.5, 1.1.6, 1.1.7, 1.1.8, 1.1.9 gehandelt, um von beiden Längsseiten der Unterlage 10 aus arbeiten zu können.
Erwähntermaßen wird die belegte Unterlage 10 von dem ersten Puffer 1.1.11 übernommen, und zwar in der Form, dass während des Zellenbelegevorgangs zeilenweise die teilübernommene Unterlage 10 mittaktet. Sobald die Unterlage 10 vollständig mit Zellen 18 bestückt ist, schaltet das Transportsystem des ersten Puffers 1.1.11 auf kontinuierlichen Betrieb um und zieht die gesamte Unterlage 10 aus dem Zellenbele gebereich 1.1.10 heraus.
Aufgabe des ersten Puffers 1.1.11 ist es, die kontinuierliche Übernahme der mit den Zellen 18 belegten Unterlage 10 und Austakten aus dem Zellenbele gebereich 1.1.10 zu ermöglichen.
Hierdurch wird gewährleistet, dass die nachfolgende Unterlage 10 im Zeilenvorschub- system des Zellenbelegebereichs 1.1.10 unabhängig vom ersten Puffer 1.1.11 gehandelt werden kann.
An den ersten Puffer 1.1.11 schließt sich ein zweiter Puffer 1.1.12 an, an die die Unterlage 10 übergeben wird. Dies erfolgt kontinuierlich, sobald der zweite Puffer 1.1.12 frei ist. Der zweite Puffer 1.1.12 ist ebenfalls als getaktetes und geregeltes Fördersystem 12 ausgelegt und so gestaltet, dass dieser die Unterlage 10 zunächst im kontinuierlichen Förderbetrieb aus dem ersten Puffer 1.1.11 übernimmt und sodann zwischenpuffert. Sobald jedoch in der nachfolgenden Bearbeitungs Station eine mit Solarzellen 18 belegte Unterlage 10 angefordert wird, wird die Unterlage 10 im Zeilentaktbetrieb in den entsprechenden Bereich weitergetaktet, bis der zweite Puffer 1.1.12 geräumt ist. In dem nachfolgenden dritten Bereich werden die Solarzellen 18 mit Zellen verbindern bestückt und stoffschlüssig verbunden.
Anzumerken ist, dass in dem zweiten Puffer 1.1.12 ein oder mehrere Handlingsysteme vorgesehen sein können, um Flux- bzw. Flussmaterial, durch die das stoffschlüssige Verbinden der Zellen verbinder mit den Solarzellen 18 erleichtert wird, an die entsprechenden Kontaktstellen der Zellen 18 aufzutragen. Dieses Handlingsystem kann entweder als Portalhandlingsystem oder als Roboterkinematik ausgeführt sein.
Zur Herstellung des Moduls ist es erforderlich, dass die in Reihen, also die in Transportrichtung der Unterlage 10 angeordneten Solarzellen 18 elektrisch leitend untereinander verbunden werden. Dabei müssen entsprechende Zellenverbinder bei Rückseitenkon- taktzellen die in den Randbereichen verlaufenden Anschlüsse der aufeinander folgenden Solarzellen miteinander verbinden. Erfindungsgemäß erfolgt dies in dem sogenannten dritten Bereich der Anlage zum Herstellen der Solarzellenmodule. Dabei ist es zunächst erforderlich, dass die Zellenverbinder zur Verfügung gestellt werden. Erfindung s gemäß werden die Zellenverbinder 30 als Coil-Ware zur Verfügung gestellt. Hierbei sind die Verbinder 30 entweder in Querrichtung oder in Längsrichtung aneinander gereiht und vorgestanzt, wie sich aus der Fig. 2, oben links, ergibt. Über eine Coil-Zuführung wird der Verbinderstreifen abgewickelt und einem Schneidwerkzeug 2.2 zugeführt. Das Schneidwerkzeug 2.2 trennt exakt an der Solllinie den Verbinder 30 von dem zugeführten Coil- Streifen ab.
Nach dem Schnitt wird der vereinzelte Verbinder 30, also nach der Verbindervereinzelung 2.3 weitergeführt und nach einem Ausführungsbeispiel in einem Nest 2.6.1 bis 2.6.n für ein weiteres Handling exakt positioniert und bereitgestellt. Das Verbindungs- handling 2.4 basiert auf einer dynamischen und präzisen Linearhandlingeinheit 2.7. Diese Einheit verfügt über mindestens eine Transferachse und eine Vertikal-Hubachse. Dynamisch bedeutet, dass mit der Linearhandlingeinheit hohe Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitswerte erzielbar sind.
Die Linearhandlingeinrichtung 2.7 umfasst ein eine Transferachse vorgebendes Portal 32 entlang dem und vertikal verstellbar ein Greifelement 34 verfahrbar ist, das den vereinzelten Verbinder 30 erfasst. Ferner ist optional eine Dispenser-Einrichtung 36 zum Auftragen von Flussmaterial auf die Kontaktbereiche des Verbinders 30 vorgesehen, in denen die Stoff schlüssige Verbindung mit den Kontaktstellen der Solarzellen 18 erfolgen soll. Die Dispenser-Einrichtung kann auch alternativ stationär zwischen Zellenverb- inderzuführung 42 und Unterlage 10 integriert werden, so dass die Linearhandlingeinheit den gegriffenen Zellenverbinder dort zwischenpositioniert und Flussmittel von unten auf die Kontaktstellen des Verbinders aufgetragen wird.
Der Dispenser 36 besteht aus einem Materialvorratsbehälter für Flux-Material und einer Materialzuführung mit Mikrodüsen. Die Mikrodüsen sind in Anzahl und Position entsprechend auf die notwendigen Kontaktstellen des Verbinders 30 angepasst. Üblicherweise werden sechs Kontaktstellen genutzt. Nach Bereitstellung des Verbinders 30 und Ausrichtung auf den Dispenser 36 wird das Fluxmaterial aufgetragen. Sodann wird der Verbinder 30 entweder unmittelbar auf die Randbereiche von zwei aufeinander folgenden und einen Abschnitt eines Strings bildenden Solarzellen 18 ausgerichtet und mit diesen stoffschlüssig mittels Laserstrahlung verbunden oder in eines der Bereitstellungsnester 2.6.1 bis 2.6.n gelegt.
Die Bereitstellungsnester, die nachstehend aus Gründen der Vereinfachung mit dem Bezugszeichen 2.6.1 angegeben werden, weisen die Kontur des Verbinders 30 als Negativform auf und übernehmen jeweils einen Verbinder 30 positionsgenau.
Ein entsprechendes Bereitstellungsnest 2.6.1 ist rein prinzipiell in der Fig. 10 dargestellt. Um in das Bereitstellungsnest 2.6.1 eingebrachten Verbinder 30 positionsgenau zu fixieren, weist das Bereitstellungsnest 2.6.1 Vakuumanschlüsse 38 auf, über die der Verbinder 30 gegen ein Verrutschen gesichert wird. Ferner erstrecken sich vorzugsweise am Rand und im Mittenbereich des Bereitstellungsnests 2.6.1 z. B. als Blattfedern ausgebildete Druckelemente 40, die bewirken, dass dann, wenn ein Verbinder 30 mittels des Nests 2.6.1 auf die Kontaktstellen der zu verschaltenden Solarzellen 18 ausgerichtet und auf diesen aufgelegt wird, eine Druckbeaufschlagung des Verbinders 30 in Richtung der Solarzellen 18 erfolgt, so dass sichergestellt ist, dass eine Stoff schlüssige Verbindung herstellbar ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind die Nester 2.6.1 in der Umfangswan- dung eines Zylinderrohres 3.1.4 angeordnet bzw. gehen von dieser aus, wobei die Möglichkeit eines Versteilens der Nester 2.6.1 zueinander und ein Austausch möglich ist, um eine Anpassung an unterschiedliche Zellengrößen und Kontaktpositionen zu ermöglichen. Auch ist ein radialer Hub möglich.
Die Länge des Zylinderrohrs 3.1.4 ist mindestens auf die maximal mögliche Breite der Unterlage 10 ausgelegt. Das Zylinderrohr 3.1.4, das auch als Walze bezeichnet wird, ist beidseitig gelagert und elektromotorisch angetrieben. Der Antrieb ist so gewählt, dass die Walze 3.1.4 hochgenau getaktet werden kann. Wie sich insbesondere aus den Fig. 3 und 8 ergibt, ist die Walze 3.1.4 mit mindestens zwei, vorzugsweise drei Reihen 3.1.5 von Aufnahmenestern bestückt, die parallel zur Drehachse der Walze 3.1.4 verlaufen. Die Aufnahmenester 2.6.1 können radial, d. h. vertikal aus der Walzenoberfläche herausgefahren werden, wenn die stoffschlüssige Verbindung erfolgt, also im Ausführungsbeispiel bei einem Laserprozess. Dieses Verstellen erfolgt dann, wenn die entsprechende Reihe 3.1.5 auf die Kontaktstellen der zu verbindenden Solarzellen ausgerichtet und die Zellenverbinder 30 auf den Kontaktstellen aufliegen. Entsprechend der Darstellung der Fig. 8 wird der Hub in der 6-Uhr-Stellung der Walze 3.1.4 durchgeführt, um die mitgeführten Verbinder 30 auf die Kontaktstellen der zu verbindenden Solarzellen 18 aufsetzen zu können. Ferner ist erkennbar, dass die Reihen 3.1.5 äquidistant um die Umfangsfläche der Walze 3.1.4 verteilt sind.
Sind mehr als zwei Aufnahmenest-Reihen 3.1.5 vorgesehen, so können weitere Prozesse wie z. B. Fluxmittelauftrag auf die Verbinder 30 erfolgen, wie prinzipiell durch die Fig. 8 angedeutet wird. So ist ein ein Fluxmittel abgebender Dispenser 40 derart zu der Walze 3.1.4 positioniert, dass dann, wenn eine der Reihen 3.1.5 sich in der 6-Uhr- Stellung befindet, eine der verbleibenden Reihen 3.1.5 mit Fluxmittel besprüht werden kann.
Die Anzahl der Bereitstellungsnester 2.6.1 ist auf die maximale Anzahl der Solarzellenreihen, also Strings ausgelegt, in der Regel bis maximal acht.
Wie sich insbesondere aus den Fig. 6 und 7 ergibt, überspannt die Linearhandlingeinrichtung 3.1.3 den gesamten Arbeitsbereich, also die Unterlage 10 mit den auf dieser positionierten Solarzellen 18 sowie die Zuführung der vereinzelten Verbinder 30. Bei der Linearhandlingeinrichtung 3.1.3 handelt es sich um ein Hochgeschwindigkeits- Linearsystem mit mindestens zwei Linearachsen, die erwähntermaßen zum einen durch das Portal 32 und zum anderen durch die vertikal hierzu verlaufende Hubachse vorgegeben sind. Ferner ist eine um die Horizontalachse drehende Achse für den Greifer 34 vorgesehen. Dabei kann der Greifer 34 derart ausgelegt sein, dass der Verbinder 30 vorzugsweise mittels Unterdruck aufgenommen und gehalten wird.
Werden die Verbinder 30 vorzugsweise mittels der Nester 2.6.1 auf die Kontaktstellen der zu verbindenden Solarzellen 18 ausgerichtet, so besteht die Möglichkeit, dass der Greifer 34 des Linearhandlingsystems 3.1.3 den Verbinder 30 unmittelbar auf die Kontaktstellen ausrichtet und auf diesen positioniert, um bei auf den Verbinder 30 in Richtung der Solarzellen 18 erfolgender Druckbeaufschlagung mittels eines Laserstrahls ein Verlöten, also eine stoffschlüssige Verbindung vorzunehmen. In diesem Fall sollte der Greifer 34 konturbezogen ausgeführt sein, um die auf den Abstand der Solarzellenreihen vorbelegten Ver-binder-Positionen exakt beizubehalten. Auch kann ein Greifer 34 derart ausgelegt sein, dass gleichzeitig mehrere für eine Zeile bestimmte Verbinder 30, gegebenenfalls sämtliche Verbinder 30 für eine Zeile erfasst und positioniert werden.
Erfolgt ein unmittelbares Belegen der Solarzellen mit den Verbindern 30 mittels der Greifer 34, so ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Transferachse, also das Portal 32 zwei separate Laufwagen 46 aufweist, von denen jeweils ein Greifer 34 ausgeht. Neben diesem Laufwagen 46 befindet sich erwähntermaßen eine weitere Linearachse für die Vertikalbewegung.
Je nach Lage der Verbinder 30, die über ein Transportband 42 zugeführt werden, wobei entlang jeder Längsseite der Unterlage 10 ein entsprechendes die Verbinder 30 transportierendes Band 42 vorgesehen sein kann, kann zusätzlich eine weitere Drehachse zur lagerichtigen Positionierung der Verbinder 30 an den Laufwagen 46 angebaut sein. Jeder Greifer 34 übernimmt vom Zuführband 42 einen Verbinder 30 und legt ihn abwechselnd auf die Zellen 18. Zuvor sollten die Verbinder 30 über den Dispenser 36 geführt werden, damit die Kontaktstellen mit Fluxmaterial besprüht werden.
Unabhängig hiervon sollte vor Erfassen des Verbinders 30 durch den Greifer 34 eine Überprüfung des Verbinders 30 erfolgen. Dies kann mittels einer oberhalb des Förderers 42 im Entnahmebereich vorhandenen Kamera 48 erfolgen. Die Kamera 48 überwacht und prüft den Verbinder 30 auf Vollständigkeit und ermittelt die exakte Position des Verbinders.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 werden neben dem Bestücken der Solarzellen 18 mit den Zellen verbindern 42 auch Querverbinder 50 zugeführt, die in den Stirnbereichen der Unterlagen 10 positioniert und Stoff schlüssig mit dem Stirnrandbereich der in Strings vorhandenen Zellenverbindern verbunden werden, um ein ordnungsgemäßes Verschalten der Solarzellen 18 zu einem funktionstüchtigen Solarzellenmodul zu ermöglichen. Hierzu kann von dem Portal 32 ein weiterer Laufwagen 54 ausgehen, der vom Bewegungsablauf her dem Laufwagen 46 für die Verbinder 30 entspricht.
Werden die Verbinder 30 vorzugsweise über die von der Walze 3.1.4 ausgehende Nester 2.6.1 auf die Solarzellen 18 ausgerichtet, so besteht auch die Möglichkeit, Nester 2.6.1 mit den Schenkeln 58, 60 eines Rahmens 62 zu verbinden, der um eine parallel zu den Schenkeln 58, 60 verlaufende Achse drehbar ist. Dabei sind entsprechend der Nester 2.6.1 der Walze 3.1.4 die Nester 2.6.1 konturbezogen und verbinderbezogen austauschbar. Die Mittenabstände der Nester 2.6.1 sind voreinstellbar und in der jeweiligen Reihe verschiebbar. Somit ist gewährleistet, dass die Mittenabstände der Solarzellenreihen, also die String-Mitten flexibel eingestellt werden können.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 sollten die Aufnahmenester 2.6.1 in den Lötkontaktbereichen ausgespart sein, um ein zerstörungsfreies Durchdringen des Laserstrahls in den Kontaktbereichen sicherzustellen, über den der jeweilige Verbinder 30 mit den Kontaktstellen der Solarzellen 18 Stoff schlüssig verbunden wird. Gehen die Nester 2.6.1 von der Walze 3.1.4 aus, die erwähntermaßen als Hohlzylinder oder Rohr ausgebildet ist, der bzw. das zumindest von einer Seite zugänglich ist, kann im Inneren ein Lasersystem 3.1.6 integriert werden. Alternativ kann das Lasersystem auch über der Verbinderaufnahmewalze 3.1.4 angeordnet sein. In diesem Fall muss die Walze 3.1.4 Aussparungen aufweisen, damit die von dem Lasersystem 3.1.6 emittierte Strahlung durch die Walze 3.1.4 ungehindert auf die Kontaktstellen zwischen Verbinder 30 und Zellen 18 gerichtet werden kann. Hierzu ist es erwähntermaßen gleichfalls erforderlich, dass die Nester 2.6.1 in den Kontaktstellenbereichen Aussparungen aufweisen.
Die rotatorische Vorschubbewegung der Walze 3.1.4 und die lineare Vorschubbewegung der Unterlage 10 sind miteinander gekoppelt, um sicherzustellen, dass die Kontaktstellen der Verbinder 30 mit den Kontaktstellen der Solarzellen 18 exakt deckungsgleich angefahren werden können.
Wie sich aus den zeichnerischen Darstellungen ergibt, kann alternativ und insbesondere dann, wenn die Verbinder 30 unmittelbar über die Greifer 34 auf die Solarzellen 18 aufgelegt werden, auf einer weiteren Linearachse in dem dritten Bereich ein Lasersystem 64 auf einer weiteren Linearachse verfahren werden, die parallel zu der Transferachse der Schlitten 46, also zu dem Portal 32 verläuft. Während ein Greifer 34 einen Verbinder 30 auf den zu verbindenden Zellen 18 fixiert, lötet der Laser 64 den Verbinder 30 auf den Zellen 18 fest. Während dieser Zeit holt der zweite Greifer 34 einen weiteren Verbinder und fixiert diesen auf zwei weitere zu verbindende Solarzellen. Somit können übergangslos mit dem Laser Verbinder 30 mit Zellen 18 verlötet werden. Ist eine Zeile bzw. sind die Zellen 18 benachbarter Zeilen verschaltet, so taktet die Unterlage 10 um eine Zellenzeile weiter, um entsprechend benachbarte Zellen mit dem Verbinder 30 zu bestücken und zu löten.
Am Anfang und am Ende der Unterlage 10, also in deren Stirnbereichen sind die von den stirnbereichsseitig verlaufenden Zellen ausgehenden Verbinder mit den Querverbindern 50 verbunden, die zuvor auf der Unterlage 10 positioniert und fixiert worden sind. In dem dritten Bereich 3, in dem die Zellenverbinder 30 positioniert und mit den Zellen 18 verlötet werden, gelangt eine Zellenvorschubeinrichtung zum Einsatz, mittels der die Unterlage 10 um definierte frei programmierbare Vorschubwege weitergetaktet wird, um ein zeilenweises Bearbeiten der Zellen 18 sicherzustellen.
Je Verbinderreihe sind n- Kontaktpunkte je Verbinder sowie m- Verbinder zu verlöten. Am Beispiel eines Verbindertyps mit sechs Kontaktpunkten und eines Moduls mit sechs Reihen (6 Strings) sind somit je Zeile 36 Lötpunkte mit dem Laser anzufahren. Um hohe Taktraten zu erzielen, sind verschiedene Ausführungsformen der Lasereinheit möglich:
aufgesplittete Optik mit bis zu 50 Laserpunkten, eine zentrale Laseroptik, die mit hoher Geschwindigkeit über ein Trägersystem (z. B. Scannerprinzip) an die verschiedenen Kontaktstellen herangefahren werden kann,
Laseroptik mit n-Ausgangsstellen (Beispiel Verbinder mit 6 Kontaktpunkten bedeutet 6 Laseraustrittspunkte) kombiniert mit einer Verfahrachse, um von einem Verbinder zur nächsten Verbinderposition weitergetaktet werden zu können. Es steht eine Optikbaugruppe zur Verfügung, in der intern durch Strahlteilerkomponenten oder Integration von einzelnen Strahlenquellen mehrere Teilstrahlen erzeugt werden, die entsprechend der Lötpunktgeometrie auf das Bauteil abgebildet werden. Die Optik bzw. die Optikbaugruppen werden verfahren, um sequentiell alle Lötungen durchzuführen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass mehrere Baugruppen gleichzeitig löten, ein oder mehrere Scannersysteme, die zusätzlich auch verfahren werden können.
Unabhängig hiervon sollte der Laserstrahl derart ausgebildet sein, dass dieser zu einer eine Kontaktstelle durchsetzenden und von der Solarzelle 18 ausgehenden Normalen einen Winkel α mit 0° < α < 30° beschreiben kann. In Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 3.1.7 eine über die Verbinder 30 verbundene Zellenstruktur gekennzeichnet. Nachdem eine Zeile verlötet ist, wird das Zeilenvorschub- system 3.1.2 weitergetaktet.
Da die untereinander verschalteten Reihen bzw. Strings querverschaltet werden, sind folgende Möglichkeiten gegeben. Für eine einfache Querverschaltung ist es ausreichend, einen üblichen Zellenverbinder 30 an die äußersten Zellen 70 anzulöten. Dieser Verbinder 30 wird auf der zellenabgewandten Seite mit einem Querverbinder verschaltet, der zuvor aufgelegt wurde, z. B. in der erläuterten Position 1.1.2. Das Verlöten kann mit dem zuvor erläuterten Lasersystem 3.1.6 erfolgen, wie sich dies auch aus den Fig. 6 und 7 ergibt.
Anschlussboxseitig verlaufen grundsätzlich Querverbinder 50 in zwei, zum Teil auch zueinander beabstandeten Reihen, wie sich aus der Darstellung 3.1.8 b ergibt. Um den erforderlichen Abstand zu erreichen, werden die Querverbinder 50 mit einem einfachen oder einem doppelten Zellenverbinder 30 bzw. 72 verlötet, die von den stirnseitigen Solarzellen 70 ausgehen. Dieses Aneinanderreihen von doppelten Verbindern 30 kann dadurch realisiert werden, dass z. B. mittels der Walze 3.1.4 diese nur mit den notwendigen Verbindern 30 bestückt wird und das Zeilenvorschubsystem 3.1.2 einen entsprechend angepassten geringeren Vorschub erzeugt. Somit werden im Ausführungsbeispiel außenseitig zwei Verbinder 30 zu einem Doppelverbinder 72 verbunden, die mit jeweils einem Querverbinder 50 verlötet sind. Die innenliegenden stirnseitig angeordneten Solarzellen weisen jeweils einen Verbinder 30 auf, der über einen Querverbinder 50 verbunden ist. Somit können die außenliegenden zueinander getrennten Querverbinder 50 problemlos an eine Anschlussbox angeschlossen werden.
Von dem dritten Bereich, in dem die Solarzellen 18 bzw. 70 untereinander verschaltet werden, wird die Unterlage auf einen dritten Puffer 3.1.9 übergeben, der ein angetriebenes und geregeltes Fördersystem ist. Dabei ist das Fördersystem so ausgelegt, dass die Unterlage mit den verschalteten Zellen zeilengetaktet übernommen werden kann und anschließend im kontinuierlichen Betrieb weitergefördert wird. Aufgabe des dritten Puf- fers 3.1.9 ist die kontinuierliche Übernahme der mit den Solarzellen verschalteten Unterlage 10 und Austakten aus dem dritten Bereich.
An den dritten Puffer 3.1.9 schließt sich ein vierter Puffer 3.1.10 an, der identisch wie der Puffer 3.1.9 aufgebaut ist. Der Puffer 3.1.10 hat die Aufgabe, das fertige Produkt, also die Unterlage mit den verschalteten Solarzellen aus dem Puffer 3.1.9 komplett herauszufahren und den anschließenden Weiterverarbeitungsprozessen wie Komplettieren mit einer zweiten Folie und einer Rückwandfolie, Umrahmen des Moduls etc. zuzuführen.