A eficiência da conversão fotovoltaica das células solares de calcogenetos teve um aumento expressivo, de 3,8% para 25,5%. Com isso, essa tecnologia se tornou a nova estrela na área de energia solar. Essa alta eficiência é obtida com o empilhamento de várias camadas de semicondutores à base de calcogenetos em tandem, possibilitando que a célula absorva mais comprimentos de onda luminosa do que absorveria com uma célula de camada única.
Desafio
A industrialização em larga escala de células solares em tandem depende de avanços na tecnologia usada para preparar filmes finos de calcogenetos. As limitações do processo tradicional de spin-coating (revestimento por rotação) dificultam a produção em massa desses filmes. A introdução de uma nova tecnologia de revestimento e impressão é promissora para a produção em larga escala de filmes finos de calcogenetos, mas o sucesso depende do controle preciso da cinética da cristalização dos calcogenetos.
Em um processo de revestimento que precisa ser realizado em baixas velocidades, o desafio para os engenheiros é controlar a velocidade com alta precisão. A uniformidade da solução de revestimento — que é como a pincelada de um pintor, mas em escala microscópica — depende de um controle preciso e delicado. Qualquer variação na velocidade, por menor que seja, pode comprometer a uniformidade do revestimento, e isso afeta a qualidade do filme de calcogenetos e o desempenho da célula solar. Em velocidades baixas, a obtenção da suavidade de movimento desejada é um duro teste para os sistemas convencionais de servomotor.
“A solução de DDL IL sem ferro da Kollmorgen está nos ajudando a aumentar significativamente a produtividade e aperfeiçoar a qualidade dos drives no setor de energia solar como um todo — possibilitando um salto de qualidade do produto e um compromisso mais firme com uma energia limpa para o futuro.”
— Fabricante de células solares
Solução
Um importante fabricante de células solares buscava superar o desafio do controle de velocidade com alta precisão no processo de revestimento por fenda para a preparação de filmes de calcogenetos de área extensa. Esse processo depende da suavidade do movimento de uma plataforma, para garantir um revestimento uniforme à baixa velocidade de 1–12 mm/s. Para superar esse grande desafio, os especialistas em movimento da Kollmorgen recomendaram uma solução de direct drive linear usando motores DDL IL sem ferro combinados com servodrives AKD.
Em um motor com ranhuras tradicional, bobinas de cobre são enroladas nas ranhuras entre os dentes de aço laminado, que geram uma força de atração inerente entre o conjunto da bobina e o curso do ímã, inclusive quando as bobinas não estão energizadas. Em velocidades baixas, essa atração inerente pode causar cogging (recusa de partida suave). Em motores IL DDL sem ferro, o conjunto da bobina não tem dentes de aço laminado. Isso significa que não há forças de atração além das que são geradas pela comutação das fases do enrolamento. Esse design tem como resultado um motor sem cogging, inclusive em baixas velocidades. Partes móveis extremamente leves, baixa geração de calor, redução das perdas de energia e melhora da responsividade e dinâmica do sistema de movimento, que possibilitam que esses motores executem todos os movimentos sutis do processo de revestimento com precisão e suavidade extremas, são outros benefícios dessa aplicação.
Os drives AKD oferecem uma frequência de atualização com velocidade extremamente alta e ajuste do desempenho otimizado, com filtros que compensam os efeitos de conectores flexíveis e conectores rígidos. Com o controle preciso da corrente, velocidade e posição dos motores DDL IL sem ferro, as flutuações de velocidade se limitam a não mais que 0,2% a 100 mm/s e 2,5% em velocidades baixas de 10 mm/s. Esse controle extremamente preciso garante a uniformidade do revestimento de calcogenetos.
Resultados
Com a solução de direct drive da Kollmorgen, o cliente obteve melhorias significativas na velocidade e uniformidade de revestimento, além de aumentar de forma expressiva a produtividade para a produção em massa de células solares de minério de cálcio-titânio.
