2012. február: tudomány, megújuló energia, jegyzet, portré, paragrafus, innováció, egyetem, atomenergia, zöldkörnyezet, it
2012. február 5.

Szerző:
Kún Attila

Lasram Engineering Kft. • lasram.hu

Lézertechnika a napelemgyártásban

A szoláripar előretöréséről szinte naponta hallani, számos cikk, elemzés jelenik meg újabb és újabb erőművek, szolárfarmok telepítéséről, ám viszonylag kevéssé ismert az a műszaki-technológiai háttér, amely folyamatos fejlődésével mindezt lehetővé teszi, s bizonyos téren már az autóiparhoz hasonló húzóágazattá vált. Nézzünk hát a gigawattok, a grafikonok mögé, s tegyük ezt egy olyan magyar gépépítő vállalkozás szemszögéből, amely néhány éve maga is aktív szereplőjévé vált ennek az iparágnak.


Aki azt gondolja, hogy a szoláripar fellendítéséhez csak nap és pénz kell, téved. Jó példa erre az USA, mely mérete és adottságai ellenére csupán a középmezőnyben foglal helyet az országok naperőmű-kapacitásának rangsorában. A fosszilis energiahordozók hiánya, illetve az ebből következő kiszolgáltatott gazdaság erős kényszer az alternatívák keresésére, s nem is annyira a jelen, mint inkább a jövő szempontjából, hiszen a helyzet romlik, és a jelentős anyagi és technikai erőfeszítéseket követelő átállás nem megy egyik napról a másikra. Precedens értékű az e téren világelső Németország, ahol már jó ideje működik egy kidolgozott, kedvező állami támogatási konstrukció a napenergia hasznosítására, és műszakilag is megoldották az elektromos szolgáltatás adok-kapok rendszerét.

Nyilvánvaló, hogy egy fejlett iparral rendelkező ország könnyebb helyzetben van. Ha például ismert német gépgyártók honlapjait böngésszük, egyre több helyen találkozunk külön termékcsoportként a szoláripari berendezésekkel, sőt nem ritka, hogy egy cégcsoporton belül önálló vállalat alakul erre a tevékenységre, akár komplett napelemgyártó üzem kivitelezését kínálva. S nem csupán a klasszikus automatizációra szakosodott cégeknél tapasztalható határozott elmozdulás, hanem sokszor alapanyag- vagy alkatrészgyártóknál is, ami azt jelzi, hogy a szolár szektorban bőven akad kiaknázható lehetőség.

Mi a helyzet itthon? A piac méretéhez képest nem rossz, sőt biztató, hiszen több magyar cég is foglalkozik már évek óta eredményesen napelem-technológiákkal, értékesít gépeket, gépsorokat Európába vagy a Távol-Keletre. Ezek közé tartozik a Lasram Engineering Kft., a hazai lézerfejlesztés egyik képviselője, mely sikerrel bővítette ezzel az új területtel hagyományos lézeres ipari rendszereinek kínálatát.

E rövid áttekintés az úgynevezett vékonyréteg-felépítésű szolárpanelek lézeres megmunkálásaira mutat példákat. Ilyen típusú alkalmazások más típusú napelemek gyártási technológiáiban is fellelhetők, a tendenciák és lehetőségek az egész szoláripart átfogóan jellemzik, melynek eredménye: csaknem 30-szoros üzembe helyezett kapacitásnövekedés 2000 és 2010 között (1. kép).

1. kép. Napelemgyártósor részlete – előtérben a lézeres munkaállomások

A vékonyréteg-technológiát részben az alapanyag- (Si) termelés elégtelensége hívta életre, amely bár szintén növekszik (az elmúlt négy évben meghatszorozódott), s a szoláripar még csak nem is a legtisztább minőséget használja, mégsem tudott lépést tartani a gyorsan növekvő kereslettel a legnagyobb felhasználó, a számítástechnikai ipar ellátása mellett. A másik, jelenleg még domináló típussal ellentétben, melynél a tömbből szeletelt szilíciumlapocskákból előbb cellákat, majd bonyolult összeállítási és vezetékezési fázisok után modulokat készítenek, itt nagyméretű (általában 1 × 1 méter körüli) üveghordozóra többszöri vákuumgőzöléssel viszik fel a kontaktáló és az abszorbens rétegeket. Az újabb réteg felvitele előtt az előzőn 20–50 mikrométer széles, az adott réteget szelektíven leválasztó „bevágásokat” végeznek. A korábbi módszerek helyett ez a strukturálás, azaz a sorba kapcsolódó cellasávok kialakítása ma már szinte kizárólag lézerrel történik. A gép rendkívül precíz, rezgésmentes mozgatást, jól megválasztott lézereket és optikai rendszereket igényel, ugyanis a végső hatásfokot a technológia pozicionálási pontossága és reprodukálhatósága nagyban befolyásolja.

A következő lépés a széleltávolítás, melynek során körben (mintegy képkeretszerűen) az összes réteget el kell távolítani, egzakt cella­széleket és szigetelősávot képezve a panelek szélén a laminálás előtt. A homokolást, csiszolást itt is felváltotta a hatékony, környezet­barát lézeres technológia. A nagy impulzusenergiájú diódapumpálású szilárdtest lézerforrások speciális módusszerkezete, a négyzet keresztmetszetű optikai szál, a nagy teljesítményű szkenner egyaránt biztosítja a tökéletes ablációt rövid ütemidő mellett. Ez a munkaállomás gyakran több előzőt szolgál ki, ezért a termelékenység, beleértve a panelek gyors mozgatását is, igen fontos (2., 3. kép).

2. kép. Lasram gyártmányú széleltávolító lézerberendezés

A vékonyrétegpanelek tehát úgynevezett áteresztő eljárásokkal készülnek: minden fázisban a teljes „alkatrészen” történik a megmunkálás, nincs szükség összeszerelésre. A kisebb félvezetőanyag és energiafelhasználás, a nagy aktív felület mellett egyharmaddal kevesebb a gyártási művelet, mindazonáltal a hatásfok: max. 10-12 százalék, még elmarad a másik típus 18-20 százalékától. De bármelyik napelemtípusról legyen szó, a technológiai sorrendek, a gyártósorok szekvenciális elhelyezése, a nyersanyagok beérkeztetésétől a végtermék teszteléséig, csomagolásáig terjedő „minden egyben” üzemkialakítás a szoláriparban különösen preferált (1. kép), s a folyamatos termelést nemcsak a maximális darabszám elérése motiválja, hanem bizonyos gépek (kemencék, vákuumkamrák stb.) leállításának, újra beüzemelésének veszteségei is. Ezt a komoly követelményt, egy üzem nonstop kiszolgálását kizárólag jól átgondolt, megbízható automatizálással lehet megvalósítani. A cellák, modulok, panelek kíméletes kezelése, a gyors, pontos továbbítás – mind a munkaállomásokon belül, mind közöttük – változatos feladatok elé állítják a robotokkal, többtengelyű manipulátorokkal, konvejorokkal foglalkozó cégeket.

3. kép. Az eredmény: az üvegig letisztított panel

A fent említett strukturálási és széleltávolítási eljárások mellett további perspektivikus terület a lézerek számára a jelölés. Akár az üveghordozó felületére, akár a belsejébe, akár valamelyik (például az első vezető) rétegbe bármilyen karaktersor, vonal- vagy mátrixkód nagy sebességgel felvihető, de ha a gyártó (vagy a felhasználó) szigorúbb követelményt támaszt a vizuális kiolvashatóságot illetően, kontrasztfesték beégetése vagy speciális, a szélre ragasztott matrica feliratozása is könnyen kivitelezhető lézerrel. Ily módon a panelek egyedi jelei vagy termékcsoportok azonosító kódjai, műszaki vagy gyártói adatok rögzíthetők a panelen (4. kép).

4. kép. Jellegzetes markírozó lézer – rezonátor, szkenner és optika egyben

A korszerű lézeres markírozók már úgynevezett on-the-fly üzemmódra is beállíthatók; a munkadarab előtolási sebességével szinkronizált a feliratozó program, vagyis megállítás nélkül kerül rá a kívánt jelölés. Minthogy a mai kamerákkal a kiolvasás is igen gyors, egy kódfelíró és visszaellenőrző rendszer szinte a folyamat megszakítása nélkül képes működni, s akár utólag is elhelyezhető egy adott gyártósoron. A kis méretek, az érintésmentes megmunkálás, a szkenneres nyalábvezetés, az univerzális adatkommunikációs lehetőségek könnyű hard- és szoftveres integrálhatóságot biztosítanak a lézerek számára, csupán a sugárbiztonságra kell ügyelni megfelelő elhelyezéssel vagy pótlólagos burkolással. S a példákat folytatni lehetne a lézeres furatkészítéssel, üvegvágással, forrasztással…

A napelemgyártás és a lézertechnika találkozása nem sokáig váratott magára. Már a kezdetekben látszott, hogy a rohamtempóban bővülő piac miatt a termelékenység növeléséhez, a modulok hatásfokának emeléséhez s végső soron a gyártási költségek csökkentéséhez nemcsak folyamatos alapanyag-kísérletekre, hanem technológiai újításokra is szükség lesz. A félvezetőiparban már jó ideje meghonosodott tiszta, precíz, hatékony és széles szabályozási lehetőségekkel bíró lézer gyorsan találkozott ezekkel az igényekkel. Ma már a lézerforrásgyártók célirányos típusfejlesztésekkel igyekeznek kiszolgálni a szoláripart, ám ugyanez fordítva is igaz: az alapanyag és az előállítási módszerek kutatásának fontos szempontja lett a lézeres megmunkálhatóság. Tipikus innovációs sikertörténet, és még messze nincs vége…•

 
Innotéka