Die Solarzellen-Herstellung bei Siliken profitiert dank Hard- und Software von NI von effizienten Prüfabläufen
Der Herstellungsprozess von Solarzellen, beginnend bei der Siliziumgewinnung im Reinraum bis hin zur Fertigung und Prüfung des Endprodukts, stellt hohe Anforderungen, um eine konsistent hohe Qualität der Solarzellen gewährleisten zu können. Siliken Re- newable Energy setzte hier zur Prozessoptimierung auf die Hard- und Software von National Instruments und kann so die erforderlichen Tests mit größerer Präzision und wesentlich höherem Durchsatz durchführen.
Die Solarzellen-Herstellung bei Siliken profitiert dank Hard- und Software von NI von effizienten Prüfabläufen
Hard- und Software optimiert die Solarzellen-Produktion

Auf der Sonnenseite der Fertigung

Die bei Siliken eingesetzte NI-Plattform nutzt CompactRIO und Labview FPGA als Basis
Die bei Siliken eingesetzte NI-Plattform nutzt CompactRIO und Labview FPGA als Basis

Der Herstellungsprozess von Solarzellen, beginnend bei der Siliziumgewinnung im Reinraum bis hin zur Fertigung und Prüfung des Endprodukts, stellt hohe Anforderungen, um eine konsistent hohe Qualität der Solarzellen gewährleisten zu können. Siliken Re- newable Energy setzte hier zur Prozessoptimierung auf die Hard- und Software von National Instruments und kann so die erforderlichen Tests mit größerer Präzision und wesentlich höherem Durchsatz durchführen.

Siliken Renewable Energy, größter spanischer Hersteller von Photovoltaikzellen, unterscheidet sich von anderen Anbietern, da die gesamte Entwicklung der Solarzellen – von der Siliziumreinigung über die Produktion der Zellen bis hin zu ihrer Verifizierung und Installation – aus einer Hand angeboten wird. Produkte von National Instruments (NI) spielen hierbei im Forschungs- und Entwicklungsprozess eine wichtige Rolle. Sie werden bei Innovationen und neuen Technologien sowie beim Test aller produzierten Solarzellen eingesetzt.

Optimierung der Siliziumreinigung

Der typische Prozess der Siliziumreinigung beinhaltet die Umwandlung des chemischen Elements in eine Siliziumverbindung, die durch Destillation einfacher gereinigt werden kann als das Element im ursprünglichen Zustand. Anschließend wird die Verbindung wieder in reines Silizium umgewandelt. Siliken arbeitet in seinen Anlagen mit einem neuartigen, patentierten Siliziumreinigungsprozess, der bis zu 40 % günstiger ist als herkömmliche Methoden. Um diesen neuen Prozess noch effizienter zu gestalten, optimierte Siliken die bereits vorhandene Standard-Steuerungsausstattung mittels der PXI-Plattform von NI, dem Labview FPGA Module, der Software für Geräusch- und Schwingungsanalyse sowie der Bildverarbeitungssoftware.

Da das Silizium bei Temperaturen von über 1000 °C gereinigt wird, bedienen sich die Experten eines digitalen Bilderfassungsmoduls Typ PXI-1422, um Bilder der gereinigten Sili- ziumpartikel beim Verlassen der Reinigungsanlage zu erfassen. Anschließend führt man mit Bildverarbeitungssoftware von NI eine dezentrale Analyse der Bilder durch und misst die Größe der gereinigten Partikel bei ihrer Herstellung. Zudem benötigte Siliken schnellere Regelschleifen, um Durchfluss- und Druckparameter des gereinigten Siliziums zu messen. Mit dem Modul NI PXI-4472 zur Er-fassung dynamischer Signale konnte man Schwingungen messen und damit gewährleisten, dass sie definierte Sicherheitsschwellen zu keiner Zeit überschreiten. Dies vermeidet eine Instabilität des Systems und den entsprechenden Schaden an der Anlage. Genutzt werden hierfür die nahtlos integrierten NI-Labview- und NI-PXI-Plattformen, wodurch eine einheitliche Lösung von zwei unabhängi- gen, aber dennoch kritischen Aufgaben gewährleistet ist.

Solarzellen-Herstellung und -Qualitätskontrolle

Als Siliken mit der Produktion der Solarzellen begann, bestand das System für die Fertigungsendprüfung aus einem Stand-alone-Oszilloskop für manuelle Tests. Mit dem neuen PC-basierten System auf Grundlage von Labview und einer Multifunktionsdatenerfassungskarte NI PCI- 6220 der M-Serie führte man nun einen halbautomatischen Prozess für die abschließende Kontrolle der Zellen ein. Mit einem Labview-Frontpanel als Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie der Datenerfassungskarte für die Durchführung der Operation schließt diese Anwendung das Modul gewissermaßen ab, sobald die Solarzelle integriert ist. Nach der Montage der Solarzellen müssen Strom-Spannungs-Kennlinien geprüft werden, um die Energieabgabe jedes Moduls zu testen. Diese Prüfabläufe sind recht komplex, da jede Zelle einer bestimmten Lichtintensität auszusetzen ist, um gleichzeitig Spannungs- und Stromaufnahme der Zelle bestimmen zu können. Dafür wurde eine Methode entwickelt, die mit einem einzigen 10-ms-Lichtimpuls auskommt. Wird dieser Impuls angewendet, erfasst man die Strom-Spannungs-Kennlinie der Zelle, um ihre Leistung in Watt zu berechnen. Mithilfe von NI CompactRIO, Labview FPGA und einer Multifunktionsdatenerfassungskarte NI PCI-6122 der S-Serie war man bei Siliken in der Lage, diese Tests mit größerer Präzision und einem wesentlich höheren Durchsatz durchzuführen. Zuvor wurden für diesen Prozess mehrere Tests hintereinander benötigt. Darüber hinaus nutzt man inzwischen über 2000 Messpunkte für die Strom-Spannungs-Kennlinie, wo früher nur 30 zur Verfügung standen und kann daher genauere Kalibrierparameter liefern. Infolgedessen wurde Siliken im Hinblick auf den Ertrag der Zellen für das beste Verhältnis zwischen versprochenen und tatsächlichen Leistungsdaten ausgezeichnet.

Mehr als nur Solarzellen-Herstellung

Neben Solarzellen produziert das Unternehmen wichtiges Zubehör wie Wechselrichter für Solarzellen. Bei der Prototypen-Entwicklung nutzte man NI CompactRIO und einen Touchpanel-Computer des Typs NI TPC-2006. CompactRIO kommt zudem bei der Erforschung anderer erneuerbarer Energien zum Einsatz, z.B. bei Brennstoffzellen. NI CompactDAQ nutzt Siliken für Forschung im Bereich Windkraft, da diese Plattform viel versprechende funktionelle Vorteile bietet und damit kürzere Entwicklungs- zeiten ermöglicht als andere, herkömmliche Steuer-, Regel- sowie Testwerkzeuge.

www.ni.com/germany

Alberto Cortes und Ricardo Silla, Siliken Renewable Energy, Paterna/E; für National Instruments, dt. Sitz in München

Labview 2010

Labview 2010, die neueste Version der grafischen Programmierumgebung für Design-, Prüf-, Mess-, Steuer- und Regelanwendungen, trägt mit neuen Funktionen zu weiteren Zeitersparnissen bei. Dazu gehören neueste Com-piler-Technologien, die Anwendungen durchschnittlich 20-fach schneller ausführen, sowie ein Marketplace (offene eCommerce-Plattform) für die Evaluierung und den Erwerb von Add-on-Toolkits, wodurch sich benutzerspezifische Funktionen einfach in die Plattform integrieren lassen. Für Anwender von FPGAs bietet Labview 2010 einen neuen IP-Integrationsknoten, der die Integration des FPGA-IPs von Dritt- anbietern in Labview-Anwendungen ermöglicht und mit dem Xilinx Core Generator kompatibel ist. National Instruments implementierte außerdem mehr als ein Dutzend neuer Funk- tionen, die von erfahrenen Anwendern über das Forum Labview Idea Exchange vorgeschlagen wurden.

27.04.2011


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