Detaillierte Temperaturprofile für die Qualitätssicherung in der Photovoltaikindustrie Robuste Minimallösung für kurzen Prozess - Quality Engineering

Detaillierte Temperaturprofile für die Qualitätssicherung in der Photovoltaikindustrie

Robuste Minimallösung für kurzen Prozess

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Bei der Fertigung von Photovoltaikmodulen kommt es auf eine engmaschige Temperaturüberwachung an verschiedenen Stellen im Prozess an.
Das Über- oder Unterschreiten der akzeptablen Temperaturspanne, der Verweildauer im Prozess oder auch nur der Rampenzeiten bis Erreichen der Zieltemperatur können die Robustheit und Leistungskapazität von Photovoltaikmodulen (PV) vermindern. Beim Einbrennen der Kontakte resultieren Abweichungen vom vorgegebenen Profil in höheren Kontaktwiderständen. Beim Laminieren wiederum führen zu hohe Temperaturen in der Haltephase vorm Vakuumprozess zu Lufteinschlüssen von Lufttaschen, die die effiziente Aufnahme der Sonnenenergie behindern. Hersteller benötigen über die Anlagendaten hinausgehende genaue Angaben über die Produkttemperatur und deren Verlauf. Die Vielfalt der thermischen Verfahren erfordert anwendungsspezifische Lösungen.
Die Solarpaq-Temperaturüberwachungssysteme von Datapaq durchlaufen die kompletten Produktionsprozesse zusammen mit den Produkten. Die Sensoren werden direkt auf dem Produkt oder auf einer Trägerplatte angebracht. Kompakte Systeme mit leistungsfähigem Hitzeschutz ermöglichen regelmäßige Messläufe mit wenig Aufwand und ohne Störung des laufenden Betriebs. Sie liefern akkurate und wiederholbare Daten über Produkttemperatur und Prozessparameter. Damit leisten sie nicht nur einen Beitrag zur Qualitätssicherung, sondern ermöglichen auch den ressourcenschonenden Betrieb sehr eng an der Temperaturuntergrenze. Nach Prozessende stellt der Datenlogger detaillierte Temperaturprofile zur Verfügung. Für eine Live-Überwachung im laufenden Prozess kann er mit Funktechnologie ausgestattet werden. Komplettiert wird das System durch die Software Solar Insight, mit der sich Nutzer schnell einen Überblick über den Prozess verschaffen.
Ein speziell für die Trocknung der Kontaktpaste angepasster Datenlogger aus der Q18-Baureihe widersteht zwei bis drei Minuten lang bis zu 300 °C ohne zusätzlichen Hitzeschutz. Dabei ist er so flach, dass er selbst für Öfen mit einer nur 10 mm hohen Öffnung geeignet ist. Das massive Edelstahlgehäuse reflektiert einen großen Anteil der Wärmestrahlung und erhitzt sich nur langsam. Statusanzeigen und Knöpfe sind tief in das Gehäuse eingelassen, um sie vor direkter Wärmeeinstrahlung zu schützen und den Wärmeeintritt in die Elektronikschaltkreise zu minimieren.
Bei der Lamination zum Schutz des PV-Moduls gegen Umwelteinflüsse darf die thermoplastische Folie nicht vor Befahren des Laminators zu schmelzen anfangen, da sie sonst Lufttaschen einschließen könnte. Die Temperaturkurve im Prozess ist maßgeblich für ein erfolgreiches Aushärten des EVA-Klebers und beeinflusst direkt die Leistung und Lebensdauer des fertigen Produkts. Die Datapaq-Lösung begleitet folglich beide Phasen.
Mathias Schröder, Vertriebsmanager Norddeutschland bei Datapaq, erläutert die Probleme, die sich den Entwicklern stellten: „Bei den bisher bestehenden Überwachungsmethoden für die PV-Laminierung blieb der Logger immer außerhalb des Prozesses und war über lange Kabel mit den Temperaturfühlern im Laminator verbunden. Auf diese Art konnte der Prozess nie völlig geschlossen werden, und die Sensorkabel wurden regelmäßig beschädigt oder durchtrennt. Unsere Lösung ist flach genug, um ohne Beeinträchtigung des normalen Betriebs mit in die Laminationskammer einzufahren. Diese Methode ist deutlich zuverlässiger, einfacher zu handhaben und sicherer, da sie zu keinem Zeitpunkt einen direkten Griff in den Prozess erfordert.“
Jüngst hat das Unternehmen zusätzlich zu einer 6-Kanal- eine 10-Kanal-Lösung vorgestellt. „Dies ist eine direkte Antwort auf eine Entwicklungstendenz in der PV-Industrie“, erklärt Schröder. „Während Laminatoren stetig größer werden, müssen die EVA-Folien weiterhin mit 100-prozentiger Zuverlässigkeit gehärtet werden. Daher benötigen die PV-Hersteller regelmäßige Messdurchgänge zur Erstellung aussagekräftiger Temperaturprofile für den gesamten Querschnitt der Heizplatte.“
Die Keramikisolierung für Hitzeschutzbehälter, die unter Standardatmosphäre eingesetzt werden, eignet sich aufgrund von Ausgasung nicht für Vakuumverfahren. Die austretende Luft verlängert das Auspumpen und stört den Prozess. Erst kürzlich hat Datapaq deshalb die ersten auch für Vakuumanlagen geeigneten Hitzeschutzbehälter vorgestellt. Die Herausforderung lag dabei wiederum in den Höhenbeschränkungen. Das komplett neu entwickelte Isolierkonzept mit mehreren reflektierenden Schichten gewährleistet zuverlässigen Schutz.
Die bisher drei neuen Systeme für die Herstellung von CIGS-Modulen, für die Antireflexbeschichtung und für Anwendungen außerhalb der PV-Industrie wie zum Beispiel Flachglasbeschichtung sind zwischen 18 und 35 mm hoch und bieten vier beziehungsweise sechs Messkanäle. Ausgasung findet nicht statt, da die Behälter zu 100 % aus Edelstahl bestehen. Die in Zusammenarbeit mit Anlagenbauern und der PV-Industrie entwickelten Systeme sind für eine unkomplizierte, kostengünstige Anwendung optimiert. So wurden nicht nur die Höheneinschränkungen berücksichtigt, sondern auch die Grundfläche ist jeweils nur so groß, dass eine Zellenposition in einer Standard-Transportvorrichtung dafür ausreicht. ■
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