Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Elektronik

Robotsyn gør solcelleproduktion mere effektiv

En konfokal hvid lyssensor er i stand til at opdele hvidt lys ved at transmittere det gennem forskellige linser. Resultatet er, at brændvidden er fordelt over et bestemt antal punkter på objektet, som tilsammen giver et lysspektrum sammensat af forskellige farver. Når lyset reflekteres tilbage til et spektrometer i måleinstrumentet, intensiteten af ​​bølgelængderne gør os i stand til at foretage en nøjagtig måling af afstanden til det objekt, der skal inspiceres. Kredit:SINTEF

"Prisen på solcelleproduceret elektricitet fortsætter med at falde, og teknologien tager over som den billigste energiform i flere og flere dele af verden, " siger solcelleforsker John Atle Bones ved SINTEF.

"Vi er ved et økonomisk vendepunkt, der favoriserer solcelleteknologi, " siger han. "Gode illustrationer af dette fra USA inkluderer Berkeley Energy Group/EDF Renewable Energy-projektet, som for nylig lukkede en kulmine og etablerede en solcellepark på samme sted. I Californien, myndighederne har for nylig besluttet at indføre tagbaserede solpanelstandarder for nye boliger, " forklarer Bones.

Perfektion af råvarevalg

Prisnedsættelser på stadig mere populære solpaneler er resultatet af udviklingen i både teknologi og produktionsmetoder – og det er netop denne teknologi og dens råvarer, Bones og hans kolleger kigger nærmere på. SINTEF-forskere har nu til hensigt at bruge robotter til at højne kvaliteten af ​​slutproduktet.

At perfektionere fremstillingen af ​​såkaldt monokrystallinsk silicium (det materiale, der danner grundlaget for en solcelles evne til at generere elektricitet) har optaget forskermiljøet på SINTEF i mange år. Forskere har nu fokuseret deres opmærksomhed og, mere til sagen, det af deres sensorer mod den vigtige kvartsdigel, der spiller en af ​​nøglerollerne i fremstillingen af ​​solceller (se faktaboks sidst i artiklen).

"Jo bedre råvarer vi har, jo mere effektive vil solcellerne være, og dette vil igen reducere det miljømæssige fodaftryk af den elektricitet, som cellerne genererer, " siger Bones. "Så det er vigtigt, at de kvartsdigler, vi bruger, er af højeste kvalitet. I øjeblikket, kvalitetssikring af diglerne udføres ved visuel inspektion, men dette har sine begrænsninger, " siger Bones, hvem leder projektet.

Robotten er udviklet af SINTEF-forskere og en gruppe studerende ved NTNU, og er baseret på en række optiske sensorer, der kan registrere meget mere, end det er synligt for det menneskelige øje.

Denne dedikerede sensorpakke har givet robotten både supersyn og en detektivs egenskaber. Kvartsdigler er bygget op af forskellige lag med varierende strukturer, der kombinerer reflektivitet og gennemsigtighed. For at afsløre en digels egenskaber, fejl og mangler er det nødvendigt, bogstaveligt talt, at søge i dybden.

"Før vi byggede denne robot, studerede vi digler for at identificere sammenhængen mellem deres kvalitet og egenskaberne af det monokrystallinske silicium slutprodukt, " siger Bones. "For at gøre dette skulle vi være ret brutale, " siger han. "Vi brugte det, man ganske enkelt kalder destruktive metoder. Det betyder at knuse, formaling og opløsning af materialerne i kemikalier. Efterfølgende analyser gav os klare indikationer på egenskaberne af de forskellige lag, der skulle udgøre en given digel, " siger Bones.

Men nu har de lært robotten at genkende defekter i digler, uden at så meget som et støvkorn bliver ødelagt i processen. SINTEF' nye robot gør det muligt at føre en digel gennem en hurtig og meget præcis sorteringsproces, inden den bruges i smelteovnen. Her spiller den en af ​​hovedrollerne i krystaltilbagetrækningsprocessen, der går forud for waferfremstilling.

Øjne på stilke:Denne robot er udstyret med en meget speciel pakke af sensorer kombineret med maskinsyn. Dette gør det muligt at registrere meget mere, end det er synligt for det menneskelige øje. Kredit:SINTEF

"Diglerne er typisk mellem 50 og 70 centimeter i diameter og vejer 10 kg, " siger Bones. "Det er derfor vigtigt at kunne udnytte dem så optimalt som muligt, " siger han. "Brug af en digel med de forkerte egenskaber kan resultere i, at man skal omsmelte det fremstillede silicium, " han siger.

Lasersyn og sensorer

At finde en enkelt sensor, der kunne alt, hvad forskerne ønskede, viste sig at være umuligt. Så de kombinerede et udvalg af sensorer og gjorde dem i stand til at kommunikere med hinanden. Ifølge Bones, den konfokale hvide lyssensor er en af ​​de vigtigste inkluderet i dette system.

Den fungerer ved at reagere på de forskellige farver og tilsvarende bølgelængder i det hvide lysspektrum.

Blandt andet, der medfølger også et digitalt CCD-kamera i høj opløsning, der kan "se" i meget detaljerede skalaer. Denne er igen forbundet med en maskinsynsenhed, der gør det muligt for systemet at identificere små variationer i materialer, der ikke burde være der.

Robotten placerer sig derefter i den korrekte fysiske position.

"Blandt de ting, vi måler, er krumningen og tykkelsen af ​​kvartsdigelen, som er skålagtig i form, " siger Bones. "Her, robotten skal justere sine "øjne" i den korrekte vinkel for alle de punkter, den er programmeret til at inspicere. Dette er gjort muligt ved hjælp af flere afstandssensorer og ved at udføre beregninger, der tillader robotten løbende at korrigere sporet, som den bevæger sig langs, " forklarer han.

Intet problem med at dele

"Det giver os ekstra fornøjelse at være lykkedes med at opnå dette med begrænsede midler - og samarbejdet med NTNU-studerende, der har arbejdet på dette projekt som en del af deres bachelor- og kandidatuddannelser, " siger Bones, som nu er klar til at dele den analytiske sensorteknologi med alle, der tror, ​​de kan bruge den.

"Hvad ville være endnu bedre er, hvis nogen læste denne artikel og besluttede, at det er lige det, jeg har brug for til mit projekt!", han siger. "Meget af det, vi har opnået her, kan overføres til andre processer og råmaterialer, " siger Bones.

Kvartsdigelens rolle i fremstillingen af ​​solceller:En kvartsdigel er en skållignende beholder, mellem 50 og 70 cm i diameter med vægge omkring 1 cm tykke. Diglens kvalitet er meget vigtig. Hvis det er utilstrækkeligt, slutproduktet vil være ubrugeligt. Digelen er bygget op af forskellige kvartslag, der udfører en række funktioner under fremstillingsprocessen. Det fungerer som en beholder, der bruges i de ovne, der smelter silicium før produktionen af ​​monokrystallinsk silicium. Som en del af denne proces, en såkaldt "frø"-krystal dyppes i det smeltede silicium, og en stor monokrystallinsk siliciumkrystal trækkes derefter ud af smelten. Denne krystaltilbagetrækningsproces tager op til to dage. Slutproduktet er en cirka to meter lang og 20 centimeter bred krystal, der igen bruges som råmateriale til fremstilling af såkaldte siliciumwafers. Disse wafere deles derefter op for at producere solceller.


Varme artikler