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Die Erfindung betrifft ein Trägerelement zum Transport eines Schaltungsträgers innerhalb einer Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters auf eine Metallisierung des Schaltungsträgers, mit einer Tragfläche, auf der der Schaltungsträger beim Auflöten aufliegt.
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Unter einem Schaltungsträger sind ganz allgemein Leiterplatten etc. zu verstehen. Im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung werden darunter insbesondere Solarzellen verstanden.
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Bei der Produktion von Photovoltaikmodulen werden übliche Solarzellen mit einer Größe von etwa 16 × 16 cm in Reihe geschaltet, um die gewünschten elektrischen Spannungen zu erzeugen. Bei dieser Reihenschaltung von Solarzellen werden drahtförmige vorzugsweise flache elektrische Leiter auf die Metallisierung einer Solarzelle aufgelötet. Eine derartige Metallisierung wird allgemein als „busbar” bezeichnet. Die Metallisierung ist beispielsweise aus Silber oder einer Silber/Aluminiumlegierung etc. auf die Vorderseite einer Solarzelle aufgebracht.
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Der elektrische Leiter, üblicherweise ein verzinntes Kupferband oder ähnliches, das häufig auch als „Zellverbinder” bezeichnet wird, wird dann an mehreren Punkten auf diese Metallisierung aufgedrückt und dabei – unter Zusatz von Lot und Flussmittel – unter Wärmezufuhr angelötet.
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Die Dicke der verwendeten Solarzellen wird mittlerweile immer geringer, so dass auch bereits kleinere Kräfte ausreichen, um zu einem Bruch der Solarzelle zu führen. Dieser ist aus verständlichen Gründen äußerst unerwünscht.
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Für die Herstellung von Photovoltaikmodulen müssen eine Vielzahl von Solarzellen entsprechend miteinander elektrisch verbunden werden.
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Üblicherweise werden hierzu mehrere Solarzellen zunächst zu so genannten „Strings” verbunden, wobei sie elektrisch in Reihe geschaltet werden. Mehrere Strings werden dann miteinander verbunden und entsprechend verschaltet und so zu den Solarmodulen zusammengesetzt.
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Bei der Herstellung der Strings wird in bekannten Vorrichtungen zunächst ein Paar elektrischer Leiter entlang eines Förderbandes gezogen und dann auf diesem abgelegt. – Es gibt auch Anwendungen, in denen nur ein oder auch drei oder eine andere Zahl elektrischer Leiter zur Anwendung kommen. Im Folgenden wird aber ohne die Anmeldung damit beschränken zu wollen, auf die Variante mit zwei Leitern Bezug genommen. –
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Auf das genannte Paar von elektrischen Leitern wird dann mit einer Handhabungsvorrichtung eine Solarzelle abgelegt. Im nächsten Schritt werden dann diese elektrischen Leiter mit der Unterseite der Solarzelle verlötet.
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Danach wird das Förderband etwas mehr als eine Solarzellenbreite weitergetaktet.
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Nun wird wieder ein Paar von elektrischen Leitern, dieses Mal aber auf die Oberseite der weitergetakteten Solarzelle und auf den danebenliegenden Bereich des Förderbandes abgelegt. Sodann wird wieder mit der oben angesprochenen Handhabungsvorrichtung eine zweite Solarzelle auf die auf dem Förderband liegenden Abschnitte des Paares von elektrischen Leitern gelegt und die elektrischen Leiter werden auf der Unterseite dieser zweiten Solarzelle sowie auf der Oberseite der bereits weitergetakteten Solarzelle angelötet. Die elektrischen Leiter verlaufen somit von der Unterseite der zweiten Solarzelle zu der Oberseite der ersten Solarzelle, wobei die erste Solarzelle neben der zweiten Solarzelle liegt.
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Die letzten Schritte werden solange wiederholt, bis ein String von in Reihe geschalteten Solarzellen von gewünschter Länge erzeugt ist.
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Dieser String von Solarzellen wird dann durch eine zweite Handhabungsvorrichtung aufgenommen und zur Herstellung eines Solarmoduls weitertransportiert.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Solarzellen jeweils einzeln durch eine Handhabungsvorrichtung ergriffen und auf den elektrischen Leitern abgesetzt werden. Sollten dabei innerhalb der Solarzelle Mikrorisse entstehen, die zu einer verringerten Leistung der Solarzelle führen, ist dies erst feststellbar, wenn zum Schluss der vollständige String durchgemessen wird. Dann muss eine defekte Solarzelle innerhalb des Strings gefunden und anschließend aus dem String ausgebaut sowie durch eine intakte Solarzelle ersetzt werden. Dies sind insbesondere manuell durchgeführte Arbeitsschritte, die zeit- und kostenaufwändig sind.
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Des Weiteren besteht bei der bisher beschriebenen Vorrichtung die Gefahr, dass die elektrischen Leiter, nachdem sie abgelegt wurden, insbesondere auch beim Auflegen der nächsten Solarzelle ein kleines bisschen verrutschen. Dies kann dazu führen, dass sie beim Anlöten auch gegenüber den für sie vorgesehenen Metallisierungen leicht verrutscht sind. Dies hat zur Folge, dass die Lötstelle nicht optimal erzeugt werden kann oder aber dass ein aufgelöteter elektrischer Leiter die Solarzelle, auf die er aufgelötet werden soll, ein kleines bisschen abschattet. Beides ist unerwünscht, da es den gewünschten hohen Wirkungsgrad von Solarzellen negativ beeinflussen kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters auf eine Metallisierung eines Schaltungsträgers dahingehend weiterzuentwickeln, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Trägerelement, das zum Transport eines Schaltungsträgers bzw. einer Solarzelle innerhalb einer entsprechenden Auflötvorrichtung vorgesehen ist, modulartig ausgebildet wird und durch mehrere Stationen der Vorrichtung bewegbar ist. Dabei soll dieses Trägerelement wenigstens zwei den elektrischen Leiter an seinen Enden klemmende Fixierelemente aufweisen, die an sich gegenüberliegenden Bereichen des Trägerelements benachbart zu der Tragfläche für den Schaltungsträger bzw. die Solarzelle angeordnet sind.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Trägerelement nicht nur benutzt wird, um darauf die Verlötung vorzunehmen sondern dass auch mehrere Stationen innerhalb der Auflötvorrichtung mit demselben Trägerelement angefahren werden können. Besonders vorteilhaft ist dies beispielsweise bei einer mit einem Rundschalttisch realisierten Auflötvorrichtung. Da das Trägerelement modulartig ist, kann es auf diesem Rundschalttisch von Station zu Station weitergetaktet werden und die Solarzelle ist dabei nicht jedes Mal von einer Handhabungsvorrichtung zu ergreifen und umzusetzen.
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Ein besonderer Vorteil ist dabei darin zu sehen, dass an dem Trägerelement zwei den elektrischen Leiter an seinen Enden klemmende Fixierelemente vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, den elektrischen Leiter präzise zu positionieren und dann über die Fixierelemente in der optimalen Position festzuhalten.
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Bei einem anschließenden Auflegen einer Solarzelle auf die derart fixierten elektrischen Leiter ist nicht zu befürchten, dass diese in ihrer Position verrutschen. Auf die Oberseite der Solarzelle können dann wieder elektrische Leiter präzise aufgelegt und in dieser Position durch Fixierelemente festgehalten werden, bis die elektrischen Leiter abschließend angelötet werden. Insbesondere ist durch die modulartige Bauweise des Trägerelementes auch möglich, zusätzliche Bearbeitungsschritte vorzusehen bei der Herstellung eines Strings aus zusammengelöteten Solarzellen:
So ist es möglich, die Solarzellen auf ihrer Ober- und auf ihrer Unterseite mit elektrischen Leitern zu verlöten und nach dem Lötvorgang einen zusätzlichen Prüfschritt vorzusehen, in dem die erfolgreiche Anlötung der Leiter überprüft wird. – Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Anlöten mit zu den kritischsten Schritten bei der Solarmodulfertigung gehört. In diesem Schritt werden die Solarzellen thermisch und mechanisch stark beansprucht, was zu unerwünschten Spannungen und auch daraus resultierenden Brüchen von Solarzellen führen kann.
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Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es jetzt möglich, die Solarzellen zu verlöten und erst nach einem Test für die Weiterverarbeitung zu Strings freizugeben.
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Es ist dabei vorgesehen, die elektrischen Leiter nicht einstückig von der Unterseite der zweiten Solarzelle über die Oberseite der ersten Solarzelle zu führen.
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Vielmehr wird die Überbrückung von der Unterseite zur Oberseite der benachbarten Solarzellen erreicht, indem die Solarzellen mit elektrischen Leitern verlötet werden, deren Länge auf die Breite einer Solarzelle abgestellt ist. Lediglich einzelne Enden der elektrischen Leiter werden als Fahnen deutlich über die Breite der Solarzelle hinaus verlängert und mit einem korrespondierenden Leiter der benachbarten Solarzelle verlötet, so dass die benachbarten Solarzellen dann in Reihe geschaltet sind.
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Das Anlöten dieser Leiterfahne auf einem korrespondierenden Leiter, der bereits auf einer Solarzelle angelötet ist, ist technologisch erheblich einfacher zu beherrschen, als zwei benachbarte Solarzellen jeweils mit nur einem elektrischen Leiter zu verlöten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die Fixierelemente mit einem mittleren Amboss zu versehen sowie mit zwei zu diesen benachbarten Klemmbacken, die durch an dem Trägerelement befindliche Betätigungselemente öffen- und schließbar sind.
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Es ist damit möglich, sowohl die auf der Ober- als auch auf der Unterseite einer Solarzelle vorzusehenden elektrischen Leiter gleichzeitig zu halten und präzise bezüglich einer dazwischen liegenden Solarzelle zu positionieren, um deren Verlötung auf der Ober- und der Unterseite der Solarzelle vorzunehmen. Indem die Betätigungselemente für die Fixierelemente sich ebenfalls an dem modulartigen Trägerelement befinden, kann auf besonders betriebsichere Weise sichergestellt werden, dass die vorzunehmende Fixierung der elektrischen Leiter auch beibehalten wird bei der Weiterbewegung des Trägerelementes durch die unterschiedlichsten Positionen einer entsprechenden zum Beispiel als Rundtakttisch ausgestalteten Auflötvorrichtung.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der zwischen den Klemmbacken angeordnete Amboss in etwa auf der Höhe der Tragfläche angeordnet ist, auf der eine Solarzelle auf dem Trägerelement liegt. Die an dem Amboss zu ihrer Fixierung vorbeizuführenden elektrischen Leitern auf der Ober- bzw. Unterseite der Solarzelle werden dabei dann jeweils in gleichem Maße verbogen. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Amboss in seiner Dicke auf die Dicke einer Solarzelle abgestimmt ist.
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Des Weiteren wird insbesondere vorgesehen, dass eine der zwei vorgesehenen Klemmbacken oberhalb und die andere der zwei Klemmbacken unterhalb des Ambosses angeordnet sind. Bei einer solchen Konstellation stehen am Ende des Anlötvorganges die Enden der elektrischen Leiter, die über die Kante der Solarzelle hinausragen, dann mit ihren nicht mehr angelöteten Endabschnitten mit einem gewissen Winkel nach oben bzw. nach unten. Dies erleichtert es, – in einem separaten Arbeitsschritt – die überstehenden Enden, die nicht als Fahne benötigt werden, abzuschneiden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des Trägerelementes wird dieses mit einer flächigen Ansaugung für die Tragfläche versehen, so dass die auf der Tragfläche aufliegende Solarzelle nicht nur punktuell sondern möglichst flächig angesaugt und damit am Trägerelement festhaltbar ist.
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Auch ist es möglich, in die genannte Tragfläche eine Heizung zu integrieren. Über diese ist vor einem Verlötungsschritt eine Anwärmung sowohl des elektrischen Leiters als auch einer Solarzelle zu erreichen. Hierdurch werden beim Löten auftretende Spannungen aus Temperaturunterschieden verringert bzw. vermieden.
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Es ist dabei vorgesehen, die Tragfläche aus einem thermisch isolierenden wärmefesten Material zu fertigen und/oder sie elektrisch isolierend auszugestalten. Durch diese Eigenschaften der Tragfläche wird der Lötprozess erleichtert, insbesondere wenn hierfür ein Heizstrom durch die elektrischen Leiter geleitet wird, der in diesen aufgrund deren ohmschen Widerstandes zu einer Erhitzung führt, was zu deren Anlötung benutzt wird. – Unter diesem Aspekt ist es auch vorteilhaft, auch den Amboss und die diesem zugeordneten Klemmbacken aus entsprechend wärmefestem und/oder elektrisch isolierendem Material herzustellen.
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Die Tragfläche, für die auf ein Trägerelement aufzulegenden Solarzellen, ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise mit Rippen versehen. Durch diese können für Niederhalter, die beim Anlöten vorgesehen sind, korrespondierende Widerlager realisiert werden, um ein unerwünschtes Durchdrücken von Solarzellen zu vermeiden.
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Die einzelnen Elemente, die an dem erfindungsgemäßen Trägerelement vorgesehen sind, lassen sich vorzugsweise durch eine mit dem Trägerelement mitbewegliche Steuereinheit betätigen. Diese Steuereinheit kann beispielsweise über ein Bussystem zielgerichtet angesteuert werden, so dass auf diese Weise eine betriebssichere Konstruktion möglich ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt:
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1 die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Trägerelementes.
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In der 1 ist ein Trägerelement 1 dargestellt. Dieses weist eine Tragfläche 2 auf, auf die eine Solarzelle auflegbar ist. An einer solchen Solarzelle sind, um diese in ein Solarmodul einbauen zu können, elektrische Leiter anzulöten.
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In dem hier dargestellten Beispiel ist das Trägerelement 1 mit einer Mehrzahl von Fixierelementen 3, 4, 5 ausgerüstet, die sich an gegenüberliegenden Bereichen des Tragelementes 1 benachbart zu der Tragfläche 2 befinden.
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Diese Fixierelemente gehören jeweils paarweise zusammen (wie durch die gleichen Bezugszeichen zu erkennen ist). Im hier dargestellten Beispiel sind drei Paare von Fixierelementen vorhanden.
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Es ist aber auch möglich lediglich ein Fixierelement (z. B. das Paar 4) oder nur zwei Paare (z. B. die Paare 3 und 5) vorzusehen.
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Zwischen den paarweise einander zugeordneten, klemmenden Fixierelementen werden zunächst elektrische Leiter über die Tragfläche 2 gelegt und von den Fixierelementen gehalten. Auf diese elektrischen Leiter wird dann eine (nicht dargestellte) Solarzelle gelegt, die über Ansaugelemente 6 flächig angesaugt und auf der Tragfläche 2 gehalten wird. Dann werden über diese Solarzelle erneut elektrische Leiter zwischen den paarweisen Fixierelementen hindurchgeführt und auf der Oberseite der Solarzelle gehalten.
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Die elektrischen Leiter, die jetzt oberhalb und unterhalb der Solarzelle liegen, werden dann an der Solarzelle angelötet, wobei die auf der Oberseite der Solarzelle angeordneten Leiter über (nicht dargestellte) Niederhalter gegen die Solarzelle gedrückt werden. Das Trägerelement weist dabei an seiner Tragfläche Rippen 7 auf, gegen die dabei auf der Unterseite der Solarzellen der dort befindliche elektrische Leiter gedrückt wird und dabei an der Unterseite der Solarzelle angelötet wird.
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Damit diese Anlötung optimiert wird, ist die Tragfläche 2 beheizt. Außerdem ist sie aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material, so dass die elektrischen Leiter auch dadurch angelötet werden können, dass ein Heizstrom durch sie hindurchgeschickt wird, der durch den ohmschen Widerstand, den die Leiter haben, diese erwärmt und wobei die dabei entstehende Wärme und die entsprechenden elektrischen Ströme nicht zu unerwünschten Nebeneffekten an der Tragfläche führen.
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Um die elektrischen Leiter während des Anlötens zu fixieren, weisen die Fixierelemente 3, 4, 5 jeweils einen Amboss 8 auf. Mit diesem kooperieren obere und untere Klemmbacken 9. Diese werden durch entsprechende Betätigungselemente 10 geöffnet und geschlossen. Diese Betätigungselemente 10 werden dabei über unter der Tragfläche 2 an dem Trägerelement 1 befindliche Schieber, Hebel etc. aktiviert. Die entsprechende Steuerung hierfür befindet sich in einer Steuereinheit 11, die dem Trägerelement 1 zugeordnet ist.
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Der Amboss 8 und die Klemmbacken 9 bestehen aus elektrisch nicht leitendem und wärmefestem Material. Dies ist wesentlich, wenn – wie oben beschrieben – ein Heizstrom durch die von Amboss und Klemmbacken fixierten Leiter hindurchgeschickt wird, der durch den ohmschen Widerstand, den die Leiter haben, diese erwärmt und wobei die dabei entstehende Wärme und die entsprechenden elektrischen Ströme auch nicht zu unerwünschten Nebeneffekten an Amboss und Klemmelementen führen sollen.
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Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass der Amboss 8 mit seiner Mitte in etwa auf der Höhe der durch die Tragfläche 2 definierten Ebene angeordnet ist. Die von der Solarzelle auf der Ober- bzw. Unterseite ablaufenden an dem Amboss zu ihrer Fixierung vorbeigeführten elektrischen Leitern werden dadurch jeweils in gleichem Maße nach oben bzw. nach unten verbogen. In der Figur ist auch zu erkennen, dass eine der zwei vorgesehenen Klemmbacken oberhalb und die andere der zwei Klemmbacken unterhalb des Ambosses angeordnet sind. Hierdurch stehen am Ende des Anlötvorganges die Enden der elektrischen Leiter, die über die Kante der Solarzelle hinausragen, dann mit ihren nicht mehr angelöteten freien Endabschnitten mit einem insbesondere durch die Dicke des Ambosses bestimmten Winkel nach oben bzw. nach unten.
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Diese freien Endabschnitte können in einem separaten Arbeitsschritt abgeschnitten werden. Durch die angesprochene winkelige Ausrichtung ist es dabei möglich, die oben bzw. unten an die Solarzelle angelöteten Leiter gut separat zu ergreifen und abzutrennen. Einzelne Enden, die als Fahnen zum Verbinden der Solarzelle mit einer benachbarten Solarzelle benötigt werden, werden von einem entsprechenden Abtrennvorgang ausgenommen.
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Eine wie oben beschrieben aus Trägerelement 1 und Steuereinheit 11 bestehende Baugruppe lässt sich beispielsweise in einem Rundtakttisch integrieren, der sehr raumsparend ist. Die entsprechende Ankoppelung des Trägerelementes 1 erfolgt dabei über einen Anschlussblock 12 und entsprechende Anschlussleitungen 13, über die eine Energieversorgung erfolgt bzw. von der Steuerbefehle an die Steuereinheit 11 zu liefern sind.
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Mit einer derartigen Vorrichtung ist es dann möglich, eine Solarzelle z. B. in einer als Rundtakttisch ausgestalteten Anlötvorrichtung positionsweise zu bearbeiten, ohne dass das Risiko besteht, dass die Solarzelle bricht.