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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermessung von Solarzellen, bei dem eine Solarzelle mit einer Strahlungsquelle bestrahlt wird und die Solarzelle teilweise abgeschattet wird. Sie bezieht sich auch auf eine Vorrichtung mit einer Strahlungsquelle und einer Abschattungsvorrichtung.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Die Norm IEC 61215:2005, Kapitel 10.9, beschreibt das Vermessen von Kurzschlüssen bei Solarzellen im Modul um kritische Zellen zu detektieren. Hierzu wird ein Solarzellenmodul beleuchtet, und eine Strom-Spannungs-Kennlinie wird gemessen. Dann werden einzelne Solarzellen des Moduls abgedeckt, z.B. durch Schablonen, und ein Abfall eines Kurzschlussstroms ausgewertet, wobei eine Solarzelle ermittelt wird, an der der größte Stromabfall gemessen wird. Optional kann auch die Solarzelle aus dem Modul bestimmt werden, an der die höchste Temperatur gemessen wird. Es kann dann bestimmt werden, ob die Stromstärke des Moduls unter einem bestimmten Schwellenwert bleibt, wenn die ermittelte Solarzelle abgedeckt ist. Ist dies der Fall, wird bei der jeweils ermittelten Solarzelle der abgedeckte Bereich verringert, z.B. durch Verschieben von Schablonen, bis die Stromstärke so nah wie möglich an dem Schwellenwert liegt. Wird das Modul bei gleichbleibendem Kurzschlussstrom z.B. mit einer zweiten Strahlungsquelle beleuchtet, soll ein Temperaturwert des Moduls bei 50°C ± 10°C liegen. Wenn eine Solarzelle des Moduls die vorgegebenen Werte überschreiten, wird das gesamte Modul aussortiert.
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Einzelne Solarzellen werden in der Solarzellenfertigung bisher bei den bekannten Verfahren im Dunkeln getestet, z.B. durch Bestromen und Messen der Temperatur mit einer Infrarotkamera. Dies entspricht jedoch nicht den Realbedingungen bezüglich solarer Beleuchtung und Abschattung und es ergibt sich kein zufriedenstellendes Maß für die Qualität der Solarzellen. So können z.B. Kurzschlüsse detektiert werden, die unter Umständen für den Betrieb der Solarzellen im Modul unkritisch sind. Andererseits kann es auch passieren, dass bei den bekannten Verfahren schlechte Solarzellen nicht aussortiert werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die sich besonders für die Qualitätsüberwachung bei der Solarzellenfertigung eignet. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Dabei ist bei einem Verfahren zur Vermessung von Solarzellen, wobei eine Solarzelle mit einer Strahlungsquelle bestrahlt wird, und wobei die Solarzelle teilweise abgeschattet wird, vorgesehen, dass eine Temperaturverteilung auf der Solarzelle während des teilweisen Abschattens erfasst wird, und dass eine Anzahl von Bereichen erfasst wird, deren jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle.
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Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass jede Solarzelle für sich genommen detailliert vermessen werden kann und aus ihren Eigenschaften bestimmt werden kann, ob sie für den Betrieb in einem Solarzellenmodul geeignet ist.
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Bevorzugt können aus der Temperaturverteilung lokale Maxima oder Temperaturwerte, die einen ersten Schwellenwert überschreiten, ermittelt werden.
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Bevorzugt erfolgt das teilweise Abschatten in einer vorgegebenen Anzahl von Schritten, wobei sich ein abgeschatteter Bereich mit jedem Schritt vergrößert. Daraus lässt sich für eine Vielzahl verschiedener Abschattungen überprüfen, ob ein Schwellenwert überschritten wird. Das teilweise Abschatten kann auch mehrmals hintereinander ausgeführt werden, wobei eine Richtung, in die sich der abgeschattete Bereich vergrößert, verändert werden kann, also beispielsweise kann sich der abgeschattete Bereich auf der Solarzelle in einem ersten Abschattungsvorgang von links nach rechts und in einem zweiten Abschattungsvorgang von oben nach unten erstrecken. In jedem Schritt kann die Solarzelle über einen bestimmten Zeitraum ausgeleuchtet werden, der z.B. im Bereich von Millisekunden bis Sekunden liegt. Ebenso kann der abgeschattete Bereich mit jedem Schritt verkleinert werden.
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Die Solarzelle kann bevorzugt in der vorgegebenen Anzahl von Schritten von 0 % bis 100 % abgeschattet werden. Die Schritte können gleich groß sein, d. h. es erfolgt ein linearer Anstieg der Abschattung, so dass z.B. bei fünf Schritten in einem ersten Schritt eine Abschattung von 20 %, in einem zweiten Schritt eine Abschattung von 40 %, in einem dritten Schritt eine Abschattung von 60 %, in einem vierten Schritt eine Abschattung von 80 % und in einem fünften Schritt ein Abschattung von 100 % erreicht wird. Die Abschattung kann auch nichtlinear sein, z.B. kann bei vier Schritten in einem ersten Schritt eine Abschattung von 10 %, in einem zweiten Schritt eine Abschattung von 30 %, in einem dritten Schritt eine Abschattung von 60 % und in einem vierten Schritt eine Abschattung von 100 % erreicht werden. Durch Variieren der Anzahl der Schritte kann eine beliebige Genauigkeit erreicht werden, wobei die Genauigkeit größer wird, je mehr Schritte verwendet werden. Beispielsweise kann der abgeschattete Bereich auch in 1%-Schritten, d. h. in einhundert Schritten vergrößert werden. Alternativ kann die Abschattung auch stufenlos zwischen 0 % und 100 % variieren.
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Bevorzugt kann mindestens ein Bereich, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, abgeschattet werden, und die Abschattung, die diesen Bereich erfasst, in einer vorgegebenen Anzahl von Schritten vergrößert oder verkleinert werden. Dabei kann die Abschattung wiederum schrittweise erfolgen, bis die gesamte Solarzelle abgeschattet bzw. beleuchtet ist. Das heißt, wenn die Abschattung vergrößert wird, wird ein beleuchtetet Bereich der Solarzelle verkleinert und wenn die Abschattung verkleinert wird, wird ein beleuchteter Bereich der Solarzelle vergrößert. Die Abschattung, sowie auch die Beleuchtung, kann z.B. durch Bildung von abgeschatteten bzw. beleuchteten konzentrischen Kreisen um den jeweiligen Bereich erfolgen, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, deren Durchmesser sich schrittweise vergrößert bzw. verkleinert, oder durch Bildung von abgeschatteten konzentrischen Quadraten. Die Abschattung kann auch beliebige andere Formen aufweisen, so dass z.B. auch mehrere verschiedene, auch nicht zusammenhängende Bereiche auf der Solarzelle abgeschattet werden können. Ebenso können auch mehrere, nicht zusammenhängende Bereiche beleuchtet und die übrigen Bereich abgeschattet werden.
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Alternativ kann ein oder jeder Bereich, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, in einem ersten oder letzten Schritt einer vorgegebenen Anzahl von Schritten abgeschattet werden, wobei sich ein abgeschatteter Bereich mit jedem Schritt verkleinert bzw. vergrößert. Dabei wird in einem letzten bzw. ersten Schritt ein größerer Bereich um den Bereich, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, beleuchtet, während die Umgebung, d. h. die restliche Solarzelle, abgeschattet wird. Der beleuchtete Bereich hat beispielsweise die Form eines Kreise oder Quadrats, mit dem Bereich, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, als Mittelpunkt. Bei Vergrößerung der Abschattung verkleinert sich der Kreis bzw. das Quadrat, welches beleuchtet wird, konzentrisch. Der beleuchtete Bereich bzw. entsprechend der abgeschattete Bereich kann auch jede beliebige andere Form haben. Insbesondere muss der Bereich, dessen jeweiliger Temperaturwert höher liegt als andere Temperaturwerte auf der Solarzelle, nicht in der Mitte des ausgeleuchteten Bereichs liegen.
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Während des teilweisen Abschattens kann bevorzugt eine zweite Temperaturverteilung auf der Solarzelle erfasst werden, und es kann ermittelt werden, ob Temperaturwerte aus der zweiten Temperaturverteilung einen zweiten Schwellenwert überschreiten. Ist dies der Fall, kann die Solarzelle aussortiert werden.
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Optional kann eine konstante elektrische Last an die Solarzelle angelegt werden. Dies erlaubt das parallele Messen einer Kennlinie, z.B. der Strom-Spannungs-Kennlinie. Auf diese Weise können zusätzliche Eigenschaften der Solarzelle erfasst werden.
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Bevorzugt kann die Solarzelle gepulst bestrahlt werden. Dabei kann mit Frequenzen zwischen 1 Hz und 500 Hz bestrahlt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich eine in einem Bereich entstehende Dissipationswärme zu stark ausbreitet oder dass eine Durchschnittstemperatur der Solarzelle zu stark ansteigt. Vorteilhafterweise wird dabei das sogenannte Lock-in Verfahren angewendet, bei dem die Differenz der einzelnen Zustände gemessen, aufintegriert und gemittelt wird, um zusätzlich Messfehler durch Rauschen zu minimieren.
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Optional kann die Solarzelle gekühlt werden. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass eine Ausbreitung der in einem Bereich entstehende Dissipationswärme verhindert wird.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, umfassend eine Strahlungsquelle und eine Abschattungsvorrichtung, wobei eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Temperaturverteilung auf der Solarzelle und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen von Temperaturwerten aus der Temperaturverteilung mit einem Schwellenwert vorgesehen sind. Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens und seinen bevorzugten Ausführungsformen.
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Ein Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass eine einzelne Solarzelle unter simulierten Realbedingungen detailliert vermessen werden kann und ihre Eignung für den Betrieb, z.B. in einem Solarzellen-Modul, festgestellt werden kann.
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Bevorzugt umfasst die Abschattungsvorrichtung eine Matrix, mit der vorgegebene Bereiche auf der Solarzelle abschattbar sind. Dies kann beispielsweise eine Spiegelmatrix oder eine Flüssigkristallanzeigematrix sein.
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Die Messvorrichtung umfasst bevorzugt eine Infrarotkamera zum Messen der Temperaturverteilung über die Oberfläche der Solarzelle.
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Optional kann eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Solarzelle während der Ausführung des Verfahrens vorgesehen sein.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Abschattungsvorrichtung zum Betrieb mit der Vorrichtung in 1;
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3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 eine schematische Darstellung eines Abschattungsverlaufs einer Solarzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 eine schematische Darstellung eines Abschattungsverlaufs einer Solarzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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6 eine schematische Darstellung eines Abschattungsverlaufs einer Solarzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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7 eine schematische Darstellung eines Abschattungsverlaufs einer Solarzelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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8 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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9 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Strahlungsquelle 12, mit der Strahlung 14, die insbesondere einen Spektralbereich ähnlich dem der Sonnenstrahlung aufweist, über eine Optik, z.B. eine erste Linse 16, auf eine Matrix 18 gestrahlt wird. Die Matrix 18 reflektiert die Strahlung aus der Strahlungsquelle 12 über eine zweite Linse 20 auf eine Solarzelle 22, welche als Projektionsfläche der Strahlung 14 dient. Eine Messvorrichtung 24, z.B. eine Infrarotkamera, misst die Temperaturverteilung über die Oberfläche der Solarzelle 22. Als Matrix 18 eignet sich besonders eine Spiegelmatrix 26 mit einer Vielzahl an schalt- oder verkippbaren Spiegel 27, wie in 2 gezeigt. Hierfür eignet sich z.B. ein „Digital Micromirror Device“ (DMD). Jeder Mikrospiegel einer solchen Spiegelmatrix 26 lässt sich in seinem Winkel einzeln verstellen und besitzt in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er innerhalb einer Sekunde bis zu 5000-mal wechseln kann. Die Anzahl der Spiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bilds, wobei ein Spiegel ein oder mehr Pixel darstellen kann. Das DMD kann in einem Digital-Light-Processing-Projektor (DLP-Projektor) angeordnet sein. Auch eine LCD-Matrix (Liquid-Crystal-Display-Matrix), wie in Bezug auf 3 genauer erläutert wird, kann bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Matrix verwendet werden. Bei einer derartigen, bekannten Spiegelmatrix 26 kann die Menge an Strahlung, die auf die Solarzelle 22 gelangt, genau bestimmt werden. Die Spiegelmatrix 26 erlaubt somit ein gezieltes Abschatten klar definierter Bereiche auf der Solarzelle 22. Die Matrix 18, 26 dient daher nicht nur zur Ausleuchtung der Solarzelle 22 sondern auch als Abschattvorrichtung. Zum Ansteuern der Matrix 18, 26 ist eine Ansteuervorrichtung 28 vorgesehen.
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Für die Prüfung von Solarzellen eignet sich bevorzugt eine Strahlungsquelle 12, deren Spektralbereich dem der Sonne möglichst ähnlich ist. Das Spektrum sollte dem Normspektrum AM 1,5 angepasst sein und eine Strahlungsleistung von 1000 W/m! aufweisen. Eine Einkopplung der Strahlungsquelle 12 kann z.B. durch einen Lichtleiter oder Mischstab, z.B. aus Glasfaser, erfolgen und durch diesen auf Matrix 18 projiziert werden.
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Die Messvorrichtung 24 ist an eine Auswerteeinheit 30 gekoppelt, mit der die gemessene Temperaturverteilung ausgewertet wird. Dabei wird eine Anzahl an Temperaturwerten ermittelt, die einen Schwellenwert überschreiten. Der Schwellenwert definiert einen Grenzwert für eine Temperaturentwicklung auf der Solarzelle. Den Bereich, in dem eine hohe Temperatur auftritt, bezeichnet man allgemein auch als Hot-Spot (heißer Fleck). Solarzellenmodule werden gemäß der Norm IEC 61215, Kapitel 10.9, getestet, indem einzelne Zellen der Solarzellenmodule abgedeckt werden, so dass sie keine Spannung erzeugen können. Da die umliegenden Solarzellen weiterhin Spannung erzeugen, wirkt die abgedeckte Solarzelle wie ein elektrischer Widerstand. Wird durch die Spannung der mit der abgedeckten Solarzelle in Reihe geschalteten Solarzellen eine Sperrspannung der abgedeckten Solarzelle überschritten, fließt dort Strom, welcher in Wärmeleistung umgesetzt wird, wodurch die Solarzelle zerstört werden kann und es bei Betrieb der Solarzelle in einem Modul zu einem Isolationsschaden kommen kann.
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Die Messvorrichtung 24 ist über die Auswerteeinheit 30 mit der Ansteuervorrichtung 28 gekoppelt, so dass die Einstellung der Matrix 18, z.B. die Abschattung eines bestimmten Bereichs auf der Solarzelle 22 bzw. die Einstellung der Strahlungsintensität in einem bestimmten Bereich, in Abhängigkeit von den mit der Messvorrichtung 24 gemessenen Werten vorgenommen werden kann.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel 32 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Hierbei ist eine Matrix im Gegensatz zur in 1 gezeigten Ausführung für Messungen in Reflexion für Messungen in Transmission ausgebildet. Dazu eignet sich z.B. eine Flüssigkristallanzeigematrix, auch LCD-Matrix 34 genannt. Die LCD-Matrix 34 besteht aus Segmenten, die unabhängig voneinander ihre Helligkeit ändern können. Dazu werden die Segmente mit unpolarisiertem Licht bestrahlt und treffen auf einen Polarisationsfilter, der die Strahlung polarisiert. Mit elektrischer Spannung wird in jedem Segment eine Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert, auf die das polarisierte Licht trifft. Damit lässt sich die Durchlässigkeit für das polarisierte Licht ändern. Auf dieser Weise kann ebenfalls eine beliebige, definierte Abschattung der Solarzelle erreicht werden. Die Matrix 34 in 3 dient daher nicht nur der Ausleuchtung der Solarzelle 22 sondern auch als Abschattvorrichtung. Die Messvorrichtung 24 ist an eine Auswerteeinheit 36 angeschlossen, welche hier zusammen mit einer Ansteuervorrichtung 38 für die Matrix 34 in einem Computer 40 angeordnet ist.
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Optional können die Vorrichtungen 10, 32 aus den 1 und 3 eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Anlegen einer elektrischen Leistung an die Solarzelle 22 umfassen. Dazu kann auch eine weitere Messvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mit der eine Strom-Spannungs-Kennlinie gemessen werden kann. Dadurch können zusätzliche Eigenschaften der Solarzelle 22 erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ kann optional auch eine Kühlvorrichtung (nicht dargestellt) zur Kühlung der Solarzelle 22 vorgesehen sein.
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4 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Abschattungsverlaufs 42 einer Solarzelle 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Solarzelle 22 wird zunächst vollständig beleuchtet (Zustand 44), wobei eine Temperaturverteilung auf der Solarzelle 22 erfasst wird. Die Solarzelle 22 wird dann immer stärker abgeschattet, z.B. zeigt Zustand 46 die Solarzelle 22 mit einer 30-prozentigen Abschattung, Zustand 48 zeigt die Solarzelle 22 mit einer 70-prozentigen Abschattung. Ein abgeschatteter Bereich 50 vergrößert sich dabei von oben nach unten. Zwischen den Zuständen 44, 46, 48 können je nach Bedarf beliebig viele Zwischenzustände mit anderen Abschattungswerten durchgeführt werden, in denen die Solarzelle 22 bevorzugt eine Abschattung aufweist, die zwischen den jeweiligen Abschattung der Zustände 44, 46, 48 liegt. In einem letzten Zustand 51 ist die Solarzelle 22 zu 100 % abgeschattet.
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5 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines zweiten Abschattungsverlaufs 52 einer Solarzelle 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieser Abschattungsverlauf kann anstelle des oder im Anschluss an den in 4 gezeigten Abschattungsverlaufs 42 durchgeführt werden. Hierbei vergrößert sich der abgeschattete Bereich 50 von links nach rechts, wobei Zustand 54 die unverschattete Solarzelle 22 zeigt, Zustand 56 einen abgeschatteten Bereich von ca. 40 %, Zustand 58 einen abgeschatteten Bereich von ca. 93 % und Zustand 59 einen abgeschatteten Bereich von 100 %. Wie bereits oben beschrieben, können auch hier je nach Bedarf beliebig viele Zwischenschritten bei der Abschattung durchgeführt werden. Bevorzugt werden mehrere Abschattungsverläufe durchgeführt, um Bereiche, in denen ein Temperaturwert gemessen wird, der einen ersten Schwellenwert überschreitet, oder in denen ein lokales Maximum liegt, besonders genau feststellen zu können.
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In 6 ist beispielhaft eine schematische Darstellung eines dritten Abschattungsverlaufs 60 einer Solarzelle 22 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ausgangspunkt, d. h. Zustand 62 ist eine unverschattete Solarzelle 22, bei der in einem oder mehreren vorherigen Verfahrensschritten bereits eine oder mehrere Temperaturverteilungen gemessen und ausgewertet wurden, so dass Bereiche ermittelt wurden, in denen der Temperaturwert einen ersten Schwellenwert überschritten hat. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens können nun diese Bereiche gezielt abgeschattet werden, wobei sich der abgeschattete Bereich 50 schrittweise vergrößert. 6 zeigt in Zustand 64, dass ein Bereich 66, in dem ein Temperaturwert gemessen wurde, der einen ersten Schwellenwert überschreitet, bzw. der maximal ist, abgeschattet ist. Der Temperaturwert kann dabei den Mittelpunkt des abgeschatteten Bereichs 50 bilden. Der abgeschattete Bereich 50 wird schrittweise vergrößert, wie in den Zuständen 68, 70 und 71 gezeigt, so dass in Zustand 71, die gesamte Solarzelle 22 verschattet ist. Dabei kann der abgeschatteten Bereich 50 konzentrische Kreise um den Bereich bilden, in dem ein Temperaturwert gemessen wurde, der den ersten Schwellenwert überschreitet, deren Durchmesser sich jeweils vergrößert. Anstatt konzentrischer Kreise kann der abgeschattete Bereich 50 beispielsweise auch durch konzentrische Quadrate gebildet werden. Für jeden Zustand 64, 68, 70, 71 wird eine dazugehörige Temperaturverteilung gemessen. Aus dieser wird ausgewertet, ob ein oder mehrere Temperaturwerte einen zweiten Schwellenwert überschreiten, Ist dies der Fall, wird die Solarzelle 22 aussortiert. Alternativ kann auch mit einer komplett oder zumindest teilweise abgeschatteten Solarzelle 22 gestartet werden, wobei der beleuchtete Bereich dann schrittweise um den Bereich, in dem ein Temperaturwert gemessen wurde, der einen ersten Schwellenwert überschreitet, bzw. der maximal ist, vergrößert wird. Es können auch mehrere Bereiche, in denen ein Temperaturwert gemessen wurde, der einen ersten Schwellenwert überschreitet, bzw. der maximal ist, schrittweise vermehrt abgeschattet oder beleuchtet werden. Da die verschiedenen Bereiche auf der Solarzelle 22 beliebig weit voneinander entfernt auftreten können, kann der abgeschattete bzw. beleuchtete Bereich entsprechende, auch nicht zusammenhängende, Formen aufweisen.
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7 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines vierten Abschattungsverlaufs 72 einer Solarzelle 22 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier ist der Ausgangszustand 74 eine unbeschattete Solarzelle 22, für die während vorangehender Verfahrensschritte ein oder mehrere Temperaturwerte gemessen wurden, die einen ersten Schwellenwert überschreiten oder maximal sind. Für den oder einen dieser Temperaturwerte wird nun ein abgeschatteter Bereich 76 um den Bereich 78, in dem dieser Temperaturwert gemessen wurde, schrittweise vergrößert, jedoch von außen nach innen, so dass der Bereich 78, in dem der Temperaturwert gemessen wurde, am längsten beleuchtet bleibt, also erst in einem letzten Abschattungsschritt abgeschattet wird. Die Zustände 80, 82, 84 zeigen verschieden große abgeschattete Bereiche 76, 86, 88 sowie verschieden große beleuchtete Bereiche 90, 92, 94. In Zustand 95 ist die gesamte Solarzelle 22 verschattet. Die beleuchteten Bereiche 90, 92, 94 bilden im hier dargestellten Beispiel konzentrische Quadrate um den Temperaturwert. Alternativ können die beleuchteten Bereiche 90, 92, 94 auch konzentrische Kreise bilden, oder beliebige andere geometrische Formen. Auch hier können zwischen den einzelnen Zuständen 74, 80, 82, 84 beliebige Zwischenschritte liegen, in denen der abgeschattete Bereich 76 einen anderen Prozentsatz der Solarzelle 22 ausmacht. Wie bereits in Zusammenhang mit 6 beschrieben, wird zu jedem Zustand 80, 82, 84 (sowie gegebenenfalls zu Zwischenzuständen) eine Temperaturverteilung auf der Solarzelle 22 gemessen und die Temperaturwerte der Temperaturverteilung bezüglich eines zweiten Schwellenwertes ausgewertet. So können Solarzellen 22, bei denen ein oder eine Anzahl von Temperaturwerten den zweiten Schwellenwert überschreiten, aussortiert werden.
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Die in den 4 bis 7 gezeigten Abschattungverläufe 42, 52, 60, 72 können auch jeweils entgegengesetzt der Pfeilrichtung verlaufen, so dass der jeweilige abgeschattete Bereich sukzessive verkleinert wird, d. h. die Solarzelle 22 in einem immer größer werdenden Bereich ausgeleuchtet wird. Auch mehrere Bereiche können ausgeleuchtet werden, wenn z.B. mehrere hohe Temperaturwerte auf der Solarzelle 22 detektiert wurden. Die Bereiche können, je nach Verteilung der hohen Temperaturwerte, zumindest in einigen Abschattungs- bzw. Beleuchtungsverlaufsschritten, auch nicht zusammenhängend sein. Bei mehreren beleuchteten bzw. abgeschatteten Bereichen können diese auch sich voneinander unterscheidende, beliebige Formen aufweisen.
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In 8 eine schematische Darstellung des Verfahrens 96 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei wird in einem ersten Schritt 98 eine Solarzelle mit einer Strahlungsquelle bestrahlt. In einem zweiten Schritt 100 wird eine erste Temperaturverteilung auf der Solarzelle gemessen. Die Solarzelle wird in einem dritten Schritt 102 teilweise abgeschattet und eine weitere erste Temperaturverteilung gemessen, z.B. mit einer Infrarotkamera. In einem vierten Schritt 104 wird der abgeschatteten Bereich auf der Solarzelle vergrößert und eine weitere erste Temperaturverteilung gemessen. Bevorzugt wird die Solarzelle in mehreren Schritten jeweils immer stärker verschattet, wobei für jeden Schritt eine Temperaturverteilung gemessen wird. In einem fünften Schritt 106 werden die Temperaturverteilungen ausgewertet, wobei Bereiche ermittelt werden, in denen Temperaturwerte aus der oder jeder Temperaturverteilung einen ersten Schwellenwert überschreiten. In einem sechsten Schritt 108 wird der Bereich oder einer der Bereiche, in dem ein Temperaturwert gemessen wird, der den ersten Schwellenwert überschreitet, abgeschattet, wobei die Abschattung optional mit diesem Bereich als Mittelpunkt in einer vorgegebenen Anzahl von Schritten vergrößert wird, wobei für jeden Schritt eine zweite Temperaturverteilung gemessen wird. Der sechste Schritt 108 kann mit einem anderen Bereich, in dem ein Temperaturwert gemessen wird, der den ersten Schwellenwert überschreitet, als Mittelpunkt wiederholt werden. In einem siebten Schritt 110 wird ermittelt, ob Temperaturwerte aus der zweiten Temperaturverteilung einen zweiten Schwellenwert überschreiten. Ist dies der Fall, wird die vermessene Solarzelle aussortiert. Anstelle von Temperaturwerten, die einen ersten Schwellenwert überschreiten, können aus der ersten Temperaturverteilung in dem fünften Schritt 106 alternativ auch lokale Temperaturmaxima ermittelt werden. Dann bilden die Positionen der Temperaturmaxima auf der Solarzelle den jeweiligen Mittelpunkt des abgeschatteten Bereichs während des sechsten Schritts 108.
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9 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform 112 des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei entsprechen die ersten vier Schritte 98, 100, 102, 104, dem in 8 gezeigten Verfahren. In einem fünften Schritt 114 werden aus der Temperaturverteilung Bereiche ermittelt, in denen die Temperatur maximal ist. In einem sechsten Schritt 116 wird die Solarzelle 22 erneut abgeschattet, wobei ein Bereich, in dem ein Temperaturwert maximal ist, in einem letzten Schritt einer vorgegebenen Anzahl von Schritten abgeschattet wird, wobei sich ein abgeschatteter Bereich mit jedem Schritt vergrößert. Für jeden Schritt wird eine zweite Temperaturverteilung gemessen. Das Abschatten kann gemäß dem sechsten Schritt 116 für einen oder jeden weiteren Bereich, in dem ein maximaler Temperaturwert gemessen wird wiederholt werden. In einem siebten Schritt 118 wird ermittelt, ob Temperaturwerte aus der zweiten Temperaturverteilung einen zweiten Schwellenwert überschreiten. In diesem Fall wird die vermessene Solarzelle aussortiert. Während jedem oder ausgewählten Schritten 98–118 des Verfahrens 112 kann eine elektrische Last an die Solarzelle angelegt werden, so dass parallel zur Messung und Auswertung der ersten und zweiten Temperaturverteilung (Schritte 100, 102, 104, 114) auch eine Kennlinie, z.B. die Strom-Spannungs-Kennlinie, gemessen und ausgewertet werden kann. In einem oder mehreren optionalen Zusatzschritten kann auch eine Auswertung der jeweiligen Temperaturverteilung und der Kennlinie miteinander verglichen werden und zur Auswertung oder zur Entscheidung über eine Aussortierung verwendet werden.
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Bei den Ausführungsbeispielen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Solarzelle jeweils mit gepulster Strahlung beleuchtete werden. Auch das Lock-in-Verfahren kann angewendet werden, um ein Rauschen der Messwerte zu reduzieren. Dazu kann die Temperatur mehrfach beispielsweise im beleuchteten und nichtbeleuchteten Zustand gemessen werden und der Mittelwert der jeweils gemessenen Temperaturen gebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm IEC 61215:2005, Kapitel 10.9 [0002]
- Norm IEC 61215, Kapitel 10.9 [0032]
