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Optimierte Solarzellenfertigung mit In-Sight ID-Lesers von Cognex

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Optimierte Solarzellenfertigung mit In-Sight ID-Lesers von Cognex

Beim Solarzellen-Hersteller, Würth Solar in Deutschland ist der aktuelle Produktionsausstoß 90 Prozent und weiter steigend. Würth Solar GmbH & Co. KG in Schwäbisch Hall (Deutschland) produziert seit Oktober 2006 Solarmodule mit CIS-Technik. Die Herstellung von Leiterplatten auf Glassubstrat ist eine schwierige Aufgabe. Diese Pioniere in der CIS-Beschichtung waren im Jahr 2000 mit ihrer Pilotanlage in Marbach weltweit führend in der Entwicklung von Solarmodulen der Größe 1200 mm x 600 mm. Seit dem Produktionsstart in Deutschland hat Würth Solar mit der AIT Göhner GmbH, einem Integrationspartner von Cognex mit Sitz in Stuttgart, zusammengearbeitet, um die Datenverfolgung mit In-Sight ID-Lesern zu implementieren und so die Produktivität zu steigern und die Produktqualität zu verbessern.

Die Fehlerquelle erkennen - bevor es zu spät ist!
Die Module der Würth Solar bestehen aus mehrschichtigen Kupfer/Indium/Selen Solarzellen hintereinander mit einer Beschichtungsdicke von vier Mikron. Selbst bei schlechten Lichtverhältnissen garantieren sie eine hohe Leistungsabgabe. Bei der Produtkion dieser Zellen ist es wichtig, dass alle Qualitätsdaten von den Substratplatten in jeder Fertigungsmaschine erfasst werden. Die einzelnen Qualitätsresultate erscheinen jedoch nur am Ende des Fertigungsprozesses, wenn die Leistung der 120 x 60 cm Module im Solarsimulator getestet wird. Es wird daher erst an diesem Punkt klar, ob ein Modul möglicherweise wegen Qualitätsschwankungen tatsächlich die gewünschte Leistungsabgabe (ca. 80 Watt) haben wird. Das heißt, die Ingenieure von Würth Solar erkennen erst am Endes des komplexen Beschichtungsprozesses, wie gut die Resultate sind. Wenn die Qualitätsdaten nicht vorher erfasst wurden, ist es für die Erkennung der Fehlerquelle zu spät.

Verwechslungen mit Datamatrix vermeiden 
Für eine nahtlose Qualitätssicherung ist es erforderlich, dass die Glasplatten durch Identifzierung des DataMatrix-Codes den einzelnen Inspektionsstationen zugeordnet werden. Die Qualitätsdaten werden nach jedem dritten oder vierten Schritt des Fertigungsprozesses erfasst. Der DataMatrix-Code wird verwendet, um zu überprüfen, ob die den bis dahin erfassten Daten zugeordnete Platte tatsächlich bearbeitet wurde. Glasbruch kann einer der Gründe sein, aus denen Datensätze für eine Platte erzeugt werden, die gar nicht mehr existiert. Die DataMatrix-Codierung verhindert Verwechslungen.

Die Herausforderung war: einen ID-Leser zu finden, der den Code unter schwierigen Bedinungen lesen kann
Der Code wird als Gravur mit einem Lasersystem aufgebracht. Die Herausforderung war es, ein Bildverarbeitungssystem auszuwählen, dass die Codes lesen kann. Der geringe Kontrast zwischen Gravur und umgebender Fläche ist die tatsächliche Schwierigkeit bei auf Glas gelaserten DataMatrix-Codes. Nachdem verschiedene Produkte getestet wurden, entschied man sich für die Verwendung von ID-Lesern von Cognex - die In-Sight 5400/5100 Bildverarbeitungssensoren. Die ID-Leser erkennen und decodieren sogar schwierige Codes auf problematischen Oberflächen und erreichen im Prozess Leseabstände von über 2 Metern. Nach der Laserbearbeitung folgen 19 Bearbeitungsschritte, die sogenannte "Geburt" der Platte einschließlich Auftrag der Grundbeschichtung mit nachfolgender Laserstrukturierung, durch die die Platten ihre zellenartige Form bekommen. An diesem Punkt ist eine Qualitätsprüfung wichtig, da nach dem Waschen der Platte der wichtigste Fertigungsschritt folgt. Die CIS-Beschichtung wird bei 600 °C auf die Platten aufgetragen. Nach einer chemischen Behandlung zum Auftragen der Pufferschicht, wird der DataMatrix-Code erneut geprüft. Zinkoxid wird dann aufgetragen und bildet den lichtdurchlässigen Frontkontakt der Solarzelle und vervollständigt so die Photodiode. Bei der folgenden Endbearbeitung erhalten die Platten zusätzliche Bohrungen für die Führungselektronik der Kontakte.

600 Solarzellen pro Tag!
Zum Schluss wird das beschichtete Substratglas dauerhaft auf die Glasabdeckung aufgebracht. In dieser Form ist die CIS-Solarzelle für eine Vielzahl von Anwendungen bereit, die sich von klassischen Sonnenkollektoren über die Stromerzeugung auf Dächern und an Hausfassaden bis hin zu integrierten und autonomen Lösungen erstrecken.

Mit Cognex ID-Lesern erreicht jeder Arbeitsplatz die maximale Leistung
Die kurze Beschreibung des komplizierten Fertigungsprozesses zeigt die vielen Faktoren, die sich auf die Qualität der CIS-Solarzellenmodule auswirken. Die nahtlose Verfolgung der Fertigungsdaten mit dem ID-Leser von Cognex war die Basis für die Perfektionierung der einzelnen Arbeitsstationen. Würth Solar ist von der Zuverlässigkeit und der einfachen, selbsterklärenden Handhabung der ID-Leser und der AIT-Software begeistert, ganz zu schweigen von den Resultaten. Für 2008 plant das Unternehmen, weiter Fertigungseinrichtungen zu nutzen und den bestehenden Ausstoß von 600 Solarzellenmodulen pro Tag aug 1.100 Module zu steigern.

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