Mit Hilfe von Holland Innovative und Stogger kann TNO jetzt Defekte in ganzen Sonnenkollektoren erkennen

Mittwoch, 18. Oktober 2023

Mit 16 Lampen von jeweils 500 Watt, speziellen Filtern und Linsen, die sicherstellen, dass nur das sehr schwache Infrarotlicht den Kamerasensor erreicht, wurde die ideale Konfiguration gefunden.

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Jos Henrichs, Paul Wijnands, Rémi AninatJos Henrichs, Paul Wijnands, Rémi Aninat

Fünfzig Organisationen haben jetzt einen Platz im Brainport Industries Campus gefunden. Die meisten von ihnen sind High-Tech-Produktionsunternehmen, aber auch Bildungseinrichtungen wie Summa, Avans und Fontys. Aber es gibt auch viel Platz für Forschung, wie z.B. bei TNO, dem Partner von Solliance, der an effizienten Methoden zur Herstellung flexibler Solarzellen arbeitet. Dabei stießen die Forscher auf eine Herausforderung: Wie kann man ein vollständigeres Bild von den Unzulänglichkeiten dieses Herstellungsprozesses erhalten? Die Elektrolumineszenz war bereits eine gut entwickelte Technik zur Charakterisierung von Solarzellen, aber eine ergänzende Methode, die Fotolumineszenz, könnte noch mehr Schwachstellen in den Modulen aufdecken, so dachte man.

Bis vor Kurzem bestand die einzige Möglichkeit darin, eine solche Solarzelle oder Folie zu zerlegen und sie Stück für Stück zu untersuchen. Das war nicht nur alles andere als fehlerfrei, sondern bedeutete auch, dass die geprüften Module anschließend nicht mehr verwendbar waren. Eine doppelte Verschwendung, mit anderen Worten. Außerdem waren bessere Prüfmethoden für die neuen, von TNO entwickelten CIGS-Solarzellen erforderlich. Es muss einen besseren Weg geben, dachte Rémi Aninat von TNO. Er wandte sich mit seinem Problem an seinen ehemaligen Kollegen Jos Henrichs von Solland Solar, der wiederum Hans Meeske von Holland Innovative einen Tipp gab. Meeske war sofort begeistert und verwandelte es in ein HI-Projekt. Neben Henrichs und seinem Kollegen Paul Wijnands war auch Aubert Dupont vom Beleuchtungsspezialisten Stogger direkt beteiligt. Gemeinsam suchten sie nach einer Lösung. Und haben sie auch gefunden.

Der Durchbruch

Das Ergebnis ihrer Forschung - eine Maschine, die Defekte in ganzen Paneelen erkennen kann - ist ein echter Durchbruch. Aber dafür waren zwei Jahre Forschung, Konstruktion und Tests nötig.

Zusammen mit dem stolzen Entwicklungsteam werfen wir einen Blick auf ihr Meisterwerk. Im Erdgeschoss des BIC, hinter einem Zaun, der das TNO-Gelände von den anderen Mietern des BIC trennt, steht der übergroße quadratische Tisch. Oben befindet sich ein Brett, das verhindert, dass die empfindlichen Geräte beschädigt werden. Unter dem Regal befindet sich zunächst eine Schicht Elektronik und direkt darunter das Herzstück der Maschine: 16 leistungsstarke Lampen und in der Mitte eine Kamera. Zusammen sind sie in der Lage, sowohl elektrolumineszente als auch fotolumineszente Inspektionen durchzuführen.

„In unserem Labor konnten wir diese Art von Tests bereits durchführen, aber nur in kleinem Maßstab und schon gar nicht mit kompletten Modulen“, sagt Aninat. „Für TNO ist das Arbeiten im F&E-Maßstab eine Voraussetzung, also wussten wir, dass wir eine Lösung finden mussten. Für alle Arten von Modulen, die normalen und die flexiblen.“ Und so kamen Wijnands und Henrichs ins Spiel. Als Projektleiter und Systemarchitekten konzentrierten sie sich dann gemeinsam mit Aubert Dupont von Stogger auf die Lösung des Problems.

Prototyp

Obwohl das Konzept für diese Lösung bald in Sicht war, dauerte es noch einige Zeit, bis ein funktionierender Prototyp geliefert werden konnte. Das lag nicht nur am Design (zunächst wurde ein geschlossener Schrank in Betracht gezogen, der sich jedoch als zu unflexibel und zu teuer erwies), sondern auch an der Belastbarkeit des Systems selbst. Jos Henrichs: „Das betrifft sowohl die Lampen als auch die Kamera. Es fließt ziemlich viel Strom durch die Systeme; wenn das alles zu heiß wird, besteht die Gefahr, dass das Material Risse bekommt oder sogar bricht. Diese Abstimmung ist sehr sensibel.”

Mit 16 Mechatronix Light Engines von je 500 Watt, speziellen, maßgeschneiderten Filtern und Linsen, die sicherstellen, dass nur das sehr schwache Infrarot-Lumineszenzlicht den Kamerasensor erreicht, scheint eine ideale Konfiguration gefunden worden zu sein. „Es hat uns einige Versuche gekostet - und eine Menge Tests - aber wir sind froh, dass wir das Problem endlich gelöst haben“, fügt Wijnands hinzu. „Das mechanische Design, die Elektronik, das Timing der Beleuchtung müssen stimmen, ebenso wie die Signale, die von der Software an die Kamera gegeben werden. Das alles muss unglaublich genau aufeinander abgestimmt sein.“

Maßgeschneiderte Leiterplatten

Stogger und HI hatten schon früher bei der Beleuchtung von Gewächshäusern und Sportplätzen zusammengearbeitet. „Es war also logisch, dass sie wieder bei uns anklopften“, sagt Aubert Dupont. Aber es war auch nicht so, dass Stogger sie irgendwo im Regal liegen hatte. „Wir haben schon früher Lampen entwickelt, aber nicht diesen Typ. Was wir wussten, war, dass Lampen mit der gewünschten Frequenz auch in Gewächshäusern zu finden sind. Oft ist es eine Mischung aus Blau, Rot und 'Fernrot', aber in diesem Fall musste es nur Rot sein. Nachdem wir dieses Lichtrezept gefunden hatten, konnten wir die Anlage weiterentwickeln und produzieren.”

Bei den ersten Tests stellte sich jedoch heraus, dass die Filter, die vor den Lampen angebracht waren, aufgrund der aufgenommenen Wärme bereits nach zwei Minuten kaputt gingen. Die Betriebssicherheitsexperten von Holland Innovative lösten dieses Problem, nachdem sie die notwendigen Tests zur Lebensdauer der Lampen durchgeführt hatten. Das Ergebnis war eine optimale Belichtungszeit, bei der die Filter mit Sicherheit ganz bleiben.

Aber das war noch nicht alles, denn um zuverlässige Messergebnisse zu erhalten, mussten die Lampen richtig kalibriert werden, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erhalten: die äußeren Lampen in einer anderen Stärke als die inneren. Also musste auch die Steuerung separat erfolgen. „Eine Standard-Steuerung funktioniert dann nicht, aber zum Glück mache ich mir keine Gedanken über eine selbstgebaute Leiterplatte.“ Und damit war das Bild für die Auslieferung an Aninat und sein Team komplett.

Roll-to-roll

Jetzt, wo die Maschine an ihrem Platz ist, geht es zurück zu TNO, um ihre Funktionalität zu bestimmen. Aninat: „Ich erwarte, dass wir diese neue Fähigkeit regelmäßig nutzen werden. Und zwar immer in der Entwicklungsphase.“ TNO denkt auch schon darüber nach, diese Anlage auf spezifische Anwendungen zuzuschneiden, wie zum Beispiel die langen roll-to-roll laminierten Module, die derzeit bei TNO entwickelt werden. Könnte das auch etwas für andere Entwickler von Solarzellen sein? „Das können wir immer noch später entscheiden. Lassen Sie uns erst einmal alles für unseren eigenen Gebrauch optimieren.“


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