Solcellsproduktion med tryckluft är ren - Kaeser Kompressorer AB
Solcellsproduktion med tryckluft är ren - Kaeser Kompressorer AB Solcellsproduktion med tryckluft är ren - Kaeser Kompressorer AB
Solcellsproduktion med tryckluft är ren … mot solen! 1999 grundades Firma Q-Cells som befinner sig i före detta Chemierevier i Bitterfeld räknas idag som en av de främsta tillverkarna inom solcellsteknik. Den för produktionen livsnödvändiga tryckluften kommer från en leasingstation med torkare och hybridteknik-torkar från Kaeser Kompressorer. Q-Cells är idag med sina över 2 000 medarbetare världen över en av de största fristående tillverkarna av solceller. Firman har sitt säte i Thalheim (en stadsdel i Bitterfeld-Wolfen). Här i Sachsen-Anhalts så kallade "solcellsdal" finns sedan 2007 den största europeiska tillverkaren av solceller. "De senaste åren har varit inriktade på solceller med allt högre verkningsgrad med reducerad materialinsats. Nu kommer dessutom kostnadsoptimering vid montering alltmer i blickpunkten", berättar Marko Gerstner, produktionsledare (Facility Management) hos Q-Cells. Montering med hjälp av tryckluft I monteringshallen härskar vid första anblicken oöverskådlig verksamhet: produktionslinjerna består av kvadratiska solceller som rör sig framåt på bandet, flyttas om med robotar, staplas en och en. I automater försvinner de sedan in i tunnellugnar för att därefter sänkas ner i kemiska bad. Störningsfri drift är också här beroende av tillförlitlig försörjning av tryckluft med högsta kvalitet. Hanteringen av de känsliga solcellerna spelar här stor roll. Med ett endast cirka 180 µm tjockt material kräver filigran och brytkänsliga skivor av polykristalliserat silikon ytterst försiktig behandling. Staplade solceller förflyttas med hjälp av tryckluft som blåser och bildar en luftkudde som skonsamt hanterar de enskilda cellerna. Många robotar arbe- tar med Bernoulli-grepp över vars greppyta det strömmar tryckluft med mycket hög hastighet så att silikonskivorna genom det undertryck som uppstår sugs fast och låter sig förflyttas utan beröring. Att tryckluften som används måste vara fri från partiklar, olja och fuktighet, säger sig självt. Från kex till solceller Musgrå och ganska intetsägande kommer skivorna – "kexen" – in i hallen. Efter en första ingångskontroll packas de av en robot med pneumatiskt grepp i syrabeständiga magasin. I kemiska bad renas ytan och rekonditioneras. Skivorna spolas sedan av och torkas i en till cirka 900°C upphettad diffusionsugn i cirka en timme i fosforatmosfär. På så sätt bildas det i cellen ett permanent elektriskt fält. Därmed låter sig i princip nu solenergin omvandlas till elektrisk ström: När solcellen träffas av solfotonerna kan elektronerna lösa sig ur skivans atomer, som p g a solcellens elektriska uppladdning måste vandra runt i cellen – elektrisk ström flödar ut. För att kunna nyttja denna tas nu plasmaetsningen i skiktet i kanterna på cellerna bort för att där orsaka kortslutning som förhindrar strömmen att försvinna. Efter att ha tagit bort detta störande skikt av fosforsilikat kommer cellerna till en ugn för att få ett nytt skikt. Inom cirka 40 minuter erhåller de här sin markanta mörkblå yta. Detta antireflexionsskikt tillåter att mesta möjliga solljus tränger in och höjer därmed verkningsgraden. Nu får solcellerna kontaktytor på framoch baksidorna och en spegelyta på baksidan. Detta görs i ytterligare en ugn vid cirka 900 °C för att högsta möjliga kontaktsäkerhet ska brännas in i cellerna. Efter slutkontroll är solcellen färdig. Trots en hög processgrad varierar solcellernas egenskaper. Därför följer i sista steget en sortering i 48 olika klasser. Detta tjänar som bas för att montera solcellsmoduler med konstanta egenskaper. Tryckluftskvalitet för produktkvalitet Den höga processgraden är också mycket beroende av hög tryckluftskvalitet. Stabil lufttryckskylpunkt är -40°C som de båda förtätade Kaeser-skruvkompressorerna av typen FSG 420 levererar liksom de båda kombinationstorkarna i serien Hybritec DTI 667/901, som inte kräver någon omställning för lägsta energikostnad. I dessa två förfaranden avlägsnas till största delen den med tryckluften erhållna fuktigheten med ringa energiinsats. I två steg sluttorkas den kalla mättade luften med en adsorptionstork. Mättnaden av den inkommande kalla luften leder till en synnerligen hög belastning av adsorptionsmedlet, varför adsorptionsbehållaren kan vara mycket liten. Detta sänker ytterligare energibehovet för återvunna torkmedel i jämförelse med andra adsorptionstorkar med 50 procent. Vidare inverkar den seriemässiga delvisa belastningen och god värmeisolering i anläggningen positivt på det låga energibehovet. Slutligen leder förfarandet till låga mekaniska och termiska krav på byggdelarna, vilket inte bara ger högre driftssäkerhet utan också lägre servicekostnader. Fördelarna, som övertygade kunden, var den redan år 2009 levererade tryckluftsförsörjningen från Kaeser till Q-Cell i Malaysia. 2010 beslöt företagsledningen också att den tyska monteringslinjen V skulle omställas till effektiv Kaeserteknik. Detta skedde för övrigt under löpande produktion. "Ett riktigt mandomsprov för alla inblandade" påminner sig Ralf Gronau, försäljningsledare vid Kaeser. "Allt fungerade på bästa sätt. Även under löpande drift var vi mycket nöjda", bekräftar Marko Gerstner. Sedan länge körs hela sex stora Hybritectorkare i monteringshallen hos Q-Cells och bidrar därmed med sina låga driftskostnader i tillverkningsprocessen till ekonomisk användning av solenergin. Q-Cells själva har nu bara med tryckluft att göra, eftersom denna användning Hantering av skivor och tryckluft (ovan och till vänster); Solcellsmodultest (till höger) 18 Report 2/11 – www.kaeser.com Report 2/11 – www.kaeser.com 19
- Page 2: är tillförlitlig och har krävd k
<strong>Solcellsproduktion</strong> <strong>med</strong> <strong>tryckluft</strong> är <strong>ren</strong><br />
… mot solen!<br />
1999 grundades Firma Q-Cells som befinner sig i före detta Chemierevier i Bitterfeld räknas idag<br />
som en av de främsta tillverkarna inom solcellsteknik. Den för produktionen livsnödvändiga <strong>tryckluft</strong>en<br />
kommer från en leasingstation <strong>med</strong> torkare och hybridteknik-torkar från <strong>Kaeser</strong> <strong>Kompressorer</strong>.<br />
Q-Cells är idag <strong>med</strong> sina över 2 000<br />
<strong>med</strong>arbetare världen över en av de<br />
största fristående tillverkarna av solceller.<br />
Firman har sitt säte i Thalheim<br />
(en stadsdel i Bitterfeld-Wolfen). Här i<br />
Sachsen-Anhalts så kallade "solcellsdal"<br />
finns sedan 2007 den största europeiska<br />
tillverka<strong>ren</strong> av solceller. "De<br />
senaste å<strong>ren</strong> har varit inriktade på<br />
solceller <strong>med</strong> allt högre verkningsgrad<br />
<strong>med</strong> reducerad materialinsats. Nu kommer<br />
dessutom kostnadsoptimering vid<br />
montering alltmer i blickpunkten", berättar<br />
Marko Gerstner, produktionsledare<br />
(Facility Management) hos Q-Cells.<br />
Montering <strong>med</strong> hjälp av <strong>tryckluft</strong><br />
I monteringshallen härskar vid första<br />
anblicken oöverskådlig verksamhet:<br />
produktionslinjerna består av kvadratiska<br />
solceller som rör sig framåt på bandet,<br />
flyttas om <strong>med</strong> robotar, staplas en<br />
och en. I automater försvinner de sedan<br />
in i tunnellugnar för att därefter sänkas<br />
ner i kemiska bad. Störningsfri drift är<br />
också här beroende av tillförlitlig försörjning<br />
av <strong>tryckluft</strong> <strong>med</strong> högsta kvalitet.<br />
Hanteringen av de känsliga solcellerna<br />
spelar här stor roll. Med ett endast cirka<br />
180 µm tjockt material kräver filigran<br />
och brytkänsliga skivor av polykristalliserat<br />
silikon ytterst försiktig behandling.<br />
Staplade solceller förflyttas <strong>med</strong> hjälp<br />
av <strong>tryckluft</strong> som blåser och bildar en<br />
luftkudde som skonsamt hanterar de<br />
enskilda cellerna. Många robotar arbe-<br />
tar <strong>med</strong> Bernoulli-grepp över vars greppyta<br />
det strömmar <strong>tryckluft</strong> <strong>med</strong> mycket<br />
hög hastighet så att silikonskivorna genom<br />
det undertryck som uppstår sugs<br />
fast och låter sig förflyttas utan beröring.<br />
Att <strong>tryckluft</strong>en som används måste vara<br />
fri från partiklar, olja och fuktighet, säger<br />
sig självt.<br />
Från kex till solceller<br />
Musgrå och ganska intetsägande kommer<br />
skivorna – "kexen" – in i hallen. Efter<br />
en första ingångskontroll packas de<br />
av en robot <strong>med</strong> pneumatiskt grepp i<br />
syrabeständiga magasin. I kemiska bad<br />
<strong>ren</strong>as ytan och rekonditioneras. Skivorna<br />
spolas sedan av och torkas i en till<br />
cirka 900°C upphettad diffusionsugn i<br />
cirka en timme i fosforatmosfär. På så<br />
sätt bildas det i cellen ett permanent<br />
elektriskt fält. Där<strong>med</strong> låter sig i princip<br />
nu solenergin omvandlas till elektrisk<br />
ström: När solcellen träffas av solfotonerna<br />
kan elektronerna lösa sig ur skivans<br />
atomer, som p g a solcellens elektriska<br />
uppladdning måste vandra runt<br />
i cellen – elektrisk ström flödar ut. För<br />
att kunna nyttja denna tas nu plasmaetsningen<br />
i skiktet i kanterna på cellerna<br />
bort för att där orsaka kortslutning som<br />
förhindrar strömmen att försvinna. Efter<br />
att ha tagit bort detta störande skikt<br />
av fosforsilikat kommer cellerna till en<br />
ugn för att få ett nytt skikt. Inom cirka<br />
40 minuter erhåller de här sin markanta<br />
mörkblå yta. Detta antireflexionsskikt<br />
tillåter att mesta möjliga solljus tränger<br />
in och höjer där<strong>med</strong> verkningsgraden.<br />
Nu får solcellerna kontaktytor på framoch<br />
baksidorna och en spegelyta på<br />
baksidan. Detta görs i ytterligare en ugn<br />
vid cirka 900 °C för att högsta möjliga<br />
kontaktsäkerhet ska brännas in i cellerna.<br />
Efter slutkontroll är solcellen färdig.<br />
Trots en hög processgrad varierar<br />
solcellernas egenskaper. Därför följer i<br />
sista steget en sortering i 48 olika klasser.<br />
Detta tjänar som bas för att montera<br />
solcellsmoduler <strong>med</strong> konstanta egenskaper.<br />
Tryckluftskvalitet för<br />
produktkvalitet<br />
Den höga processgraden är också<br />
mycket beroende av hög <strong>tryckluft</strong>skvalitet.<br />
Stabil lufttryckskylpunkt är -40°C<br />
som de båda förtätade <strong>Kaeser</strong>-skruvkompressorerna<br />
av typen FSG 420 levererar<br />
liksom de båda kombinationstorkarna<br />
i serien Hybritec DTI 667/901,<br />
som inte kräver någon omställning för<br />
lägsta energikostnad. I dessa två förfaranden<br />
avlägsnas till största delen den<br />
<strong>med</strong> <strong>tryckluft</strong>en erhållna fuktigheten<br />
<strong>med</strong> ringa energiinsats. I två steg sluttorkas<br />
den kalla mättade luften <strong>med</strong><br />
en adsorptionstork. Mättnaden av den<br />
inkommande kalla luften leder till en<br />
synnerligen hög belastning av adsorptions<strong>med</strong>let,<br />
varför adsorptionsbehålla<strong>ren</strong><br />
kan vara mycket liten. Detta sänker<br />
ytterligare energibehovet för återvunna<br />
tork<strong>med</strong>el i jämförelse <strong>med</strong> andra adsorptionstorkar<br />
<strong>med</strong> 50 procent. Vidare<br />
inverkar den seriemässiga delvisa<br />
belastningen och god värmeisolering<br />
i anläggningen positivt på det låga energibehovet.<br />
Slutligen leder förfarandet<br />
till låga mekaniska och termiska krav på<br />
byggdelarna, vilket inte bara ger högre<br />
driftssäkerhet utan också lägre servicekostnader.<br />
Fördelarna, som övertygade kunden,<br />
var den redan år 2009 levererade <strong>tryckluft</strong>sförsörjningen<br />
från <strong>Kaeser</strong> till Q-Cell<br />
i Malaysia. 2010 beslöt företagsledningen<br />
också att den tyska monteringslinjen<br />
V skulle omställas till effektiv <strong>Kaeser</strong>teknik.<br />
Detta skedde för övrigt under<br />
löpande produktion. "Ett riktigt mandomsprov<br />
för alla inblandade" påminner<br />
sig Ralf Gronau, försäljningsledare vid<br />
<strong>Kaeser</strong>. "Allt fungerade på bästa sätt.<br />
Även under löpande drift var vi mycket<br />
nöjda", bekräftar Marko Gerstner. Sedan<br />
länge körs hela sex stora Hybritectorkare<br />
i monteringshallen hos Q-Cells<br />
och bidrar där<strong>med</strong> <strong>med</strong> sina låga driftskostnader<br />
i tillverkningsprocessen till<br />
ekonomisk användning av solenergin.<br />
Q-Cells själva har nu bara <strong>med</strong> <strong>tryckluft</strong><br />
att göra, eftersom denna användning<br />
Hantering av skivor och <strong>tryckluft</strong> (ovan och till vänster); Solcellsmodultest (till höger)<br />
18<br />
Report 2/11 – www.kaeser.com<br />
Report 2/11 – www.kaeser.com 19
är tillförlitlig och har krävd kvalitet till ett<br />
rimligt fast pris. Stationen drivs av <strong>Kaeser</strong><br />
<strong>Kompressorer</strong> på outsourcingbasis.<br />
Detta har den fördelen för använda<strong>ren</strong><br />
att inga investeringskostnader behövs<br />
för att börja använda <strong>tryckluft</strong>. Drift och<br />
service sker genom outsourcing och så<br />
kan Q-Cells helt och hållet koncentrera<br />
sig på företagets kärnverksamhet och<br />
behöver inte binda upp någon arbetskraft<br />
för skötsel av driften.<br />
Solcellstekniken blir allt mer spännande.<br />
200 <strong>med</strong>arbetare forskar hos<br />
Q-Cells i egna laboratorier och har<br />
världens största utvecklingscentrum för<br />
morgondagens solceller. De presterar<br />
allt mer, blir allt mer flexibla vid montering<br />
och där<strong>med</strong> mer ekonomiska. Även<br />
<strong>Kaeser</strong> utvecklar sig ständigt. Modellerna<br />
i serie DTE är en ny generation<br />
kombinationstorkar som är kraftfulla,<br />
platsbesparande och ytterst ekonomiska,<br />
framtagna för volymströmmar mellan<br />
12-16 m³/min.<br />
Författare: Klaus Dieter Bätz<br />
Kontakt: klaus-dieter.baetz@kaeser.com<br />
20<br />
Report 2/11 – www.kaeser.com
Change language