Keinen Sonnenstrahl vergeuden

Wie mit Hilfe von Infrarotkameras die Energiekonversion von Solarpanels verbessert werden kann

Allied Visions Nah-Infrarot-Kameras (NIR) sind dank ihrer Leistungsfähigkeit in Bezug auf Quanteneffizienz und Empfindlichkeit besonders geeignet für die Inspektion von Photovoltaikmodulen. Sie werden dazu eingesetzt, auch bei schwachem Infrarot-Licht Fehler in den Solarpanels zu finden und die Qualität der Zellen zu prüfen.

Solarenergie ist eine saubere und attraktive alternative Energiequelle. Die Nachfrage nach günstigen Photovoltaik-Modulen mit einem höheren Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenenergie ist gestiegen. Solarzellen, die die Basis einer Solarenergie-Anlagen bilden, bestehen überwiegend aus kristallinem Silizium. Mikrorisse, Leistungsminderung durch "Alterung" und Kurzschlüsse (Shunts) führen nachweislich zu Leistungsverlust der Module.

Solche strukturellen Defekte sind möglicherweise auf Herausforderungen bei der Bearbeitung von Silizium, auf die Qualität des Kristallgitters oder auf externe Einflüsse zurückzuführen. Um diese Probleme anzugehen, wurde in den letzten Jahren eine große Anzahl von Tools für Photoemissions-Diagnostik und Qualitätsprüfung entwickelt, die auf kameragestützten Detektionssystemen basieren.

Elektrolumineszenz nutzen
Dissem, Allied Visions Partner in Korea, hat führenden Anbietern von Inspektionsanlagen für Solarzellen dabei geholfen, eine kosteneffiziente Bildverarbeitungslösung zu entwickeln, die auf Elektrolumineszenz im Nah-Infrarot-Bereich beruht.

Viele Defekte können visuell nicht mit konventionellen Bildverarbeitungssystemen aufgenommen werden. Ein Weg, mögliche Fehlerquellen zu analysieren, die die Leistungsfähigkeit der Solarmodule beeinträchtigen, ist eine Messmethode bekannt als Elektrolumineszenz-Bildgebungsverfahren (EL). EL-Bildverarbeitung ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Qualitätsprüfung sowohl für kristalline als auch für Dünnschicht-Solarmodule. Hierfür wird ein Gleichstrom an das Solarmodul angelegt. Die Funktionsweise der Photovoltaik wird somit umgekehrt und Elektronen in Photonen umgewandelt. Eine Infrarot-Kamera misst dabei die Photoemission.

Bei genauer Anpassung und Konfiguration ist das System in der Lage, in kürzester Zeit präzise zahlreiche Fehler und Alterungseffekte zu finden. Die Menge des Lichts, die ein Solarzelle bei einer bestimmten Stromstärke abgibt, kann auch als Maß für den Wirkungsgrad der Energieumwandlung der Zelle dienen. Defekte Bereiche bleiben weitestgehend dunkel.

Herausforderungen bei der Fehlererkennung in Photovoltaik-Modulen
Ein Elektrolumineszenz-System verwendet mehrere Kameras in einem geschlossenem Raum frei von Umgebungslicht. Die Solarzelle wird in diesen Raum platziert und das System an eine Konstantstromquelle angeschlossen. Die Kameras nehmen Bilder auf, während der Strom durch die Zelle fließt. Mit Hilfe verlässlicher Inspektionssoftware wird dieses Bild auf Verschattungen, Gleichmäßigkeit und allgemeine Effizienz der Zelle untersucht. Je nach Schwere der Defekte wird die Zelle entweder akzeptiert oder aussortiert.

Photovoltaik-Module zu inspizieren, ist ein schwieriger Prozess, bei dem eine Kamera benötigt wird, die bei einer Wellenlänge von 950 bis 1250 nm deutliche Bilder aufnimmt. Da photovoltaische Elektrolumineszenz sehr schwach ist, werden extrem lichtempfindliche Kameras benötigt. Die Kamera muss in der Lage sein, das ganze Feld präzise in einem einzigen Bild bei ausreichender Auflösung zu erfassen, um Effekte zu erfassen, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind, wie z.B. gebrochene Kontakte, verschiedene Lichtintensitäten, Mikrorisse und Ungleichmäßigkeiten der in Photonen umgewandelten Elektronen.

NIR-empfindliche CCD-Kamera
Allied Vision liefert für Dissems Lösung zur Inspektion von Solarmodulen eine hochwertige GigE Vision-Kamera mit herausragender Empfindlichkeit in der geforderten Wellenlänge, die zudem im Vergleich zu CCD-Kameras anderer Anbieter einen vorteilhaften Preis bietet. Zusammen mit der Kamera erhält der Anwender eine passende und einfach zu bedienende Software zur schnellen Konfiguration der Kamera.

Die Manta G-145B Near-Infrared (NIR) ist eine auf NIR-Empfindlichkeit optimierte Kamera und weist bei einer Wellenlänge von 900 nm eine Quanteneffizienz von 20-30% auf. Ausgestattet mit einem CCD-Bildsensor (Charge-coupled Device) ist sie besonders gut für industrielle und lineare Prozesse zur Qualitätskontrolle von Solarzellen geeignet. CCD-Sensoren als zweidimensionale Array-Sensoren sind dank ihrer hohen Quanteneffizienz (QE), geringem Rauschen und Bildausleseraten von Sekundenbruchteilen ein hervorragendes Werkzeug für Testsysteme mit hohem Durchlauf, sowohl für einzelne Photovoltaik-Zellen als auch für große Solarpanels.

Komfortable Gesamtlösung
Im Vergleich zu anderen am Markt erhältlichen NIR-Kameras bevorzugen Anwender die Manta G-145B aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit für die Messung von Elektrolumineszenz von Solarmodulen. Die Kamera nutzt die schwache Strahlung im nahen Infrarotbereich, um Shunts, kristalline Defekte oder gebrochene Fingerelektroden vor und nach dem Laminierungsprozess zu erkennen.

Der vorteilhafte und erschwingliche Preis der Manta-Kamera im Vergleich zu anderen CCD-Kameras mit vergleichbaren Eigenschaften ist für die Betreiber von Photovoltaik-Prüfsystemen ein weiterer Schlüsselfaktor bei der Wahl dieser Kamera. Außerdem ist das Allied Vision Software Development Kit Vimba intuitiv und einfach zu bedienen, was den gesamten Setup-Prozess effizient und komfortabel macht.
Mit der Manta G-145B NIR-Kamera können Partner von Allied Vision ihren Kunden hochwertige Produkte und Service zu einem erschwinglichen Preis bieten.

"Wir freuen uns über die Zusammenarbeit mit dem hilfsbereiten Team von Allied Vision. Mit diesem Gesamtpaket - Funktionalität und Erschwinglichkeit der Kamera und Kundenbetreuung - wurden unsere Erwartungen bei weitem übertroffen", äußert sich Yang Hyuk Jun, Manager bei DISSEM zur Partnerschaft mit Allied Vision.

Für besonders anspruchsvolle Anwendungen im Bereich der Inspektion von Photovoltaikmodulen bietet Allied Visions Kamerafamilie Goldeye weiter entwickelte Lösungen. Die Goldeye-Kamera ist im kurzwelligen Infrarotbereich (zwischen 900 und 1.700 nm) empfindlich, wodurch sie sich besonders gut für den Einsatz bei schwächerer elektromagnetischer Strahlung bei höheren Wellenlängen eignet.