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Testkontaktierung für die Klassifizierung von Solarzellen beim Flashtest.
Solarzellen-Kontaktrahmen mit schnell wechselbaren Kontaktschienen.

Für die Leistungsmessung werden Solarzellen während eines definierten Lichtblitzes in einer lichtdichten Kammer von oben und unten kontaktiert. Die Kontaktierung der Solarzellen-Oberseite erfolgt in der Praxis an den aufgebrachten Stromsammelschienen, den sogenannten Busbars.

Diese Leiterbahnen werden von mehreren Federkontaktstiften kontaktiert, die in einem Balken befestigt sind. Meist sind dabei Strom- und Spannungskontakte im Wechsel stabilen Schienen integriert. Die Kontaktstifte zur Spannungs-Messung sind zur Schiene hin isoliert. Die elektrische Verbindung erfolgt über einen durchgängig angelöteten Draht. Die Kontaktstifte zur Messeung des Stromes sind dagegen leitend mit der Schiene (Bild 1).

Auf der Oberseite der Solarzelle würde natürlich jeder Schatten die errechneten Messewerte bezüglich des Wirkungsgrades verfälschen. Die Geometrie der Schienen ist deshalb auf einen minimalen Schattenwurf hin optimiert. Die Kontaktierung der Zellenunterseite erfolgt genauso, wie die von oben, birgt jedoch keine besonderen Probleme, weil die Solarzellen von unten ganzflächig metallisch beschicht sind. Diese Kontaktschienen sind deshalb auch kostengünstiger zu fertigen.

Weil der Flash-Test in einem enormen Tempo erfolgt, werden die Schienen mit den daran fixierten Federkontakten starken Kräften und Erschütterungen ausgesetzt. Dennoch dürfen sich die Kontaktschienen nicht verformen. Die Federkontakte müssen auch nach vielen Hüben einen definierten elektrischen Kontakt auf der Trefferfläche bewirken.

Anderseits sollten die Kontaktschienen möglichst wenig Schatten auf die Oberseite der Solarzelle werfen, auch trotz immer schmaleren Busbars und der damit zusammenhängenden filigraneren Ausführung der Kontatkiereinheit. Das hat Feinmetall bei der Etnwicklung der hier vorgestellten Lösung über die Finite-Elemente-Methode optimieren können.

Spezielle Lösungen

Neuere Solarzellen erfordern natürlich immer neue Lösungen für die Kontaktierung beim Flashtest. Mit einer speziellen Schienenform und durch den Einsatz von Schraubstiften konnte die Lebensdauer der Stifte von unter 500.000 Hübe auf über 2.500.000 Kontaktzyklen erhöht werden. Die Lebensdauer wurde also um mehr als Faktor 5 verlängert.

Um abgenutzte Kontaktstifte schneller wechseln zu können, wurden für eine andere Anwendung spezielle Rahmen entwickelt, in die einzelnen Kontaktschienen einfach eingesteckt werden können (Bild 2). Bei der elektrischen Kontaktierung mussten die gegeneinander isolierten Ableitungen für Strom und Spannung berücksichtig werden. Dafür können zeitintensive Lötarbeiten beim Wechseln der Kontaktschienen entfallen.

Fazit

Bei Testaufbauten für die Klassifizierung von Solarzellen wird man wohl auch in naher Zukunft keinen einschlägigen Normen erwarten können, so dass die Hersteller auch weiterhin nach individuellen Lösungen für die Solarzellenkontaktierung suchen müssen. Feinmetall hat sich in diesem Zusammenhang ein großes Know-how aufgebaut und steht damit für Problemlösungen zur Verfügung.