Photovoltaik-Module zur Energiegewinnung müssen 20 Jahre und länger reibungslos funktionieren. Eine hohe Anforderung an die einzelnen Bauteile. Der Hersteller Schott Solar sichert die Qualität der Rohglasscheiben für seine Dünnschicht-Solarstrommodule mit einer speziellen Messanlage von Micro-Epsilon.
Dünnschichttechnik – so lautet die Bezeichnung für die Herstellung von dünnen Solarzellen. Diese werden dabei direkt auf ein kostengünstiges Trägermaterial wie Glas, Metall- oder Plastikfolie abgeschieden. Vorteile der Dünnschichttechnik sind Material- und Energieeinsparungen beim industriellen Herstellungsprozess und die einfache Dotierbarkeit. Zudem lassen sich problemlos großflächige Solarzellen produzieren.
Bei der Schott Solar Thin Film GmbH, einem Spezialisten für Dünnschicht-Solarstrommodule in Jena, werden die Glasscheiben mit einer leitfähigen Schicht angeliefert. Um die Ausbeute im Fertigungsprozess zu optimieren, werden am Wareneingang alle angelieferten Rohglasscheiben vermessen und inspiziert. Ein wichtiges Kriterium ist dabei die Ebenheit der Scheiben. Diese muss über die gesamte Fläche auf wenige mm exakt sein. Deshalb müssen die Scheiben mit einer Genauigkeit im Bereich von 0,01 mm gemessen werden.
Im ersten Schritt legt ein Roboter die Scheiben auf eine Fördereinheit. Danach werden die Scheiben automatisch auf Glasdicke, Ebenheit, Länge, Breite und Rechtwinkeligkeit geprüft. Darüber hinaus muss die Kante qualitativ nach Rissen, Ausmuschelungen und Ausbrüchen untersucht werden. Diese Aufgaben übernimmt ein System des Messtechnik-Spezialisten Micro-Epsilon aus Orthenburg. In dem System kommen konfokal-chromatische Sensoren und das so genannte Lichtschnittverfahren zum Einsatz. Dabei handelt es sich um zwei verschiedene, optische Messtechniken.
Die Scheibe wird zum Vermessen auf einem massiven Steinblock abgelegt, um eine definierte, ebene Bezugsfläche zu haben. Auf der Messtraverse befinden sich sechs konfokal-chromatische Sensoren direkt über der Scheibe, die in sechs Spuren die Dicke und in 12 Spuren die Planarität messen. Die Scheibe kann dabei eine Solldicke zwischen 2 und 4 mm aufweisen. Die geforderte Ebenheit muss im mm-Bereich und die Dicke im Bereich 0,1 mm liegen. Diese Vorgaben erfordern eine Messung im Bereich von 0,01 mm. Beim konfokalen Prinzip wird die gewünschte Abstands- oder Dickeninformation aus polychromem Weißlicht gewonnen. Als Lichtquelle dient eine herkömmliche LED. Die Sensoren besitzen einen Messbereich von 10 mm und messen die Dicke von nur einer Seite.
Während des Traversier-Vorgangs umfährt ein Laserscanner die Scheibe. Auf diese Weise wird zeitgleich die Kante auf Beschädigung geprüft und auf ihre geometrischen Werte vermessen. Bei einer Länge von 1300 mm und einer Breite von 1100 mm darf maximal eine Abweichung von einem mm auftreten. Dazu wird eine Laserlinie auf die Scheibe projiziert und das diffus reflektierte Licht durch eine CMOS-Matrix aufgenommen. Mit dieser Technik lässt sich das Oberflächenprofil der Scheibenkante genau reproduziert. Anschließend wird der Schichtwiderstand und die Transmission der Scheibe erfasst. Ist die Scheibe einwandfrei, wird sie mit einem weiteren Roboter in den Fertigungsprozess geschleust.
Eine weitere Prüfstation befindet sich bei Schott Solar im Warenausgang. Hier werden die Kanten der veredelten Flachglasscheiben inspiziert und auf Beschädigungen hin geprüft. Der Prüfstand im Warenausgang ist gleich konstruiert wie der im Wareneingang. Auch hier befindet sich ein optischer Laserscanner auf der Messtraverse, der die Scheibe umfährt und die Qualitätsprüfung durchführt.
Die Messanlage hat Micro-Epsilon speziell für diese Aufgaben entwickelt. Nur so konnte bei Schott Solar eine schnelle Hundertprozent-Prüfung der Rohglasscheiben umgesetzt werden. Die Kosten für die Bearbeitung von fehlerhaften Teilen können sich die Spezialisten aus Jena dadurch sparen.
Franz Hochwimmer Mitarbeiter bei Micro-Epsilon in Ortenburg
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