System zur Vermessung von Solarzellen eignet sich auch für schwierige Oberflächen

Verbiegung und Dicke von Solarzellen optisch messen

10. September 2010, 18:33 Uhr | Andreas Knoll
Ein System zum Vermessen von Solarzellen: Die Solarzellen bewegen sich auf zwei Bändern durch drei Sensorpaare hindurch.
© Omron

Mit Laser-Abstandssensoren lassen sich zum Beispiel Dicke, Verzug oder Planheit verschiedener Materialien in kurzer Zeit zuverlässig messen. Materialien mit Oberflächen, die stark spiegeln, also sehr viel Licht reflektieren, oder solche mit dunklen Oberflächen, die das Licht des Lasers stark absorbieren, bringen die eingesetzte Sensorik freilich schnell an ihre Grenzen. Aber auch derart anspruchsvolle Messaufgaben sind mit Standardsensoren lösbar.

Solarzellen wandeln kurzwellige Strahlungsenergie, in der Regel Sonnenlicht, in elektrische Energie um. Zu ihrer Herstellung werden einzelne Wafer nach dem Zuschneiden chemisch behandelt und anschließend bedruckt. Diese Bedruckung wird in einem Ofen eingebrannt. Hierbei dehnen sich die verschiedenen Materialien aber eventuell unterschiedlich aus, was zu Unebenheiten in der Solarzelle führen kann.

Für die Weiterverarbeitung einzelner Solarzellen zu Solarmodulen ist es unerlässlich, die Dicke und Verbiegung der einzelnen Zellen zu kennen. Stark verbogene Solarzellen sind bei Transport und Weiterverarbeitung gefährdet. Sie können durch Plandrücken, zum Beispiel beim Stapeln, zerstört werden. Bei der Fertigung der Module sollten pro Charge nur Zellen gleicher Dicke verwendet werden, um sowohl die Prozesssicherheit als auch die Modulqualität sicherzustellen. Dicke und Verbiegung von Materialien lassen sich beispielsweise optisch per Triangulation mit einem Sensor über und unter dem gemessenen Objekt ermitteln. Bei Solarzellen stößt dieses Prinzip aber naturgemäß auf ein Problem: Je besser eine Solarzelle, desto mehr Licht »schluckt« sie. Will man trotzdem optisch messen, sind Sensoren gefragt, die auch bei geringen reflektierten Lichtmengen zuverlässig arbeiten.

Die 1990 gegründete Graphikon GmbH in Berlin hat sich auf die Herstellung industrieller Bildverarbeitungssysteme spezialisiert. Mit 40 Mitarbeitern entwickelt das Unternehmen seit einigen Jahren vor allem Lösungen für die Qualitätssicherung in der Photovoltaik-Industrie. Auf Anfrage eines Kunden hat das Unternehmen nun ein System zum Vermessen von Dicke und Verbiegung von Solarzellen entwickelt.

Die Solarzellen bewegen sich auf zwei Bändern durch drei Sensorpaare hindurch. Gemessen wird zwischen den Bändern sowie links und rechts davon. Weil der Abstand der Solarzellen zum Sensor fest vorgegeben ist, kann das System die Verbiegung jeweils mit den Sensoren ermitteln, die unterhalb der Transportbänder angebracht sind. Zum Bestimmen der Dicke wird aus den Werten des Sensors oberhalb des Bandes und des gegenüberliegenden Sensors unterhalb des Bandes ein Differenzwert gebildet. Ermittelt werden die Dicken und Verbiegungswerte alle 5 mm. Für die Messung einer Solarzelle benötigt das System knapp eine halbe Sekunde, pro Messspur werden bei einer Standard-6-Zoll-Solarzelle die Werte von gut 30 Messpunkten erfasst. Um leicht montierbar und justierbar zu sein, sind die Sensoren auf einer thermisch stabilen Hartgesteinplatte angebracht. Hier lassen sich die Sensoren nach verschiedenen Freiheitsgraden justieren und kalibrieren.

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