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Sicheres und schnelles Handhaben von Solarzellen

18.11.2008
Der Automatisierungsgrad in der Photovoltaik-Produktion nimmt zu. Gefragt sind flexible und schnelle Automationslösungen. Die Solarindustrie kann ihre Fertigung mit Robotersystemen zur Handhabung von Solarzellen, mit berührungslosen Transporteinheiten oder Produktionsanlagen für Solarzellenstrings optimieren.

Einige Unternehmen haben das Marktpotenzial der Solarfertigungstechnik bereits vor einigen Jahren erkannt und Entwicklungen zur Automatisierung speziell für die Solarindustrie vorangetrieben. Die Innovationen reichen von berührungslosen Transporteinheiten für Solarzellen und Robotern zur Handhabung von Solarzellen über Transfersysteme für Solarpaneele bis hin zu Produktionsanlagen für Solarzellenstrings.

Anheben und bewegen auf die sanfte Tour

Die Solarzellenproduktion ist gekennzeichnet von hochempfindlichen Werkstücken, denn klassische Solarzellen sind nur wenige Millimeter dünn. Mit der Transporteinheit NCT (Non Contact Transfer) von Bosch Rexroth lassen sich diese hochempfindlichen Werkstücke auf die sanfte Tour anheben und bewegen. Denn das Handling erfolgt mittels Unterdruck – und damit berührungslos.

Der NCT von Rexroth arbeitet nach dem Bernoulli-Prinzip, bei dem der Luftstrom unter dem Gerät einen Differenzdruck und so eine Hubkraft zwischen dem NCT und dem Objekt erzeugt. Werkstücke können daher ohne Oberflächenkontakt angehoben werden. Für empfindliche Materialien wie Solarzellen ist dies ein großer Vorteil im Vergleich zu mechanischen Greifern.

Laut Dieter Michalkowski, Branchenmanager Small Handling und Automation im Geschäftsbereich Pneumatics der Bosch Rexroth AG, ist der Markt für die Transporteinheit sicherlich noch eher ein Nischenmarkt, wobei die Anwendungsmöglichkeiten vielfältig sind. „Eine spezielle Anwendungsmöglichkeit dieser Transporteinheit stellt die Benutzung in Flüssigkeiten dar. So bewegt die Transporteinheit NCT beispielsweise Solarzellen berührungslos durch Reinigungsbäder oder durch Anlagen zur Oberflächenveredelung“, erklärt Michalkowski.

Transfersystem für schonenden Materialfluss

Außer der berührungslosen Transporteinheit bietet Rexroth unter anderem ein Transfersystem für Solarpaneele an. Das Transfersystem TSsolar unterstützt den schonenden Materialfluss von Solarpaneelen in beliebiger Breite durch den Einsatz von speziellen, textilbeschichteten Zahnriemen, die in mehreren, parallelen Spuren angeordnet sind.

Lange Förderstrecken werden in kürzere Segmente unterteilt, die jeweils über eigene Antriebe verfügen. Frequenzumrichter sorgen für das feinfühlige Abbremsen und Beschleunigen und stoppen die Werkstücke sanft an den Bearbeitungspositionen oder wenn das folgende Streckensegment noch durch ein anderes Modul belegt ist. Spezialmodule wie die Hub-Quereinheit erledigen das behutsame Umsetzen der Module von Längs- auf Querstrecken.

Auch abgesehen von den Entwicklungen der Bosch Rexroth AG hat die Bosch-Gruppe im Laufe dieses Jahres ihre Aktivitäten im Bereich der Photovoltaik ausgeweitet. So hat die Robert Bosch GmbH die Ersol Solar Energy AG übernommen. Das Photovoltaik-Unternehmen entwickelt, fertigt und vertreibt waferbasierte Siliziumsolarzellen und hat mit dem Aufbau einer Dünnschichtmodul-Produktion begonnen.

Vier Arme erreichen mehr als drei

Aktiv beteiligt an der Automatisierung der Photovoltaik-Produktion ist auch Adept. Das Unternehmen kooperiert nach Aussage von Vertriebsleiter Rüdiger Winter mit zahlreichen Firmen der Solarindustrie. „In den meisten Fällen wollen alle das Gleiche: Solarzellen oder Solarwafer in kürzester Zeit und bei minimaler Bruchrate von A nach B bewegen und möglichst im Fluge noch die Qualität des Produktes prüfen. Genau das ist mit unseren Systemen ideal realisierbar“, erklärt er.

So hat Adept beispielsweise mit der SLS Solar Line Saxony GmbH eine längerfristige Vereinbarung zur Lieferung einer größeren Zahl von Adept-Quattro-s650-Robotersystemen geschlossen. Die Roboter sind elementarer Bestandteil von Fertigungslinien zur Herstellung von kristallinen Siliziumzellen.

Bei der Kooperation handelt es sich laut Adept um einen Auftrag im Umfang von etwa 5 Mio. US-Dollar. SLS habe dabei von Adept allerdings nicht nur das Robotersystem, sondern auch Bildverarbeitung und weitere Komponenten gekauft.

Robotersystem speziell für die Solarfertigung

Mit dem Robotersystem Quattro s650 bietet Adept eigenen Angaben zufolge den weltweit einzigen Parallelroboter mit vier Armen und integrierten Antriebsverstärkern. Der Vier-Arm-Roboter bringt laut Winter in der Solarfertigungstechnik im Vergleich zu Drei-Arm-Robotern zahlreiche Vorteile: „Mit seinen vier Armen erreicht er ein besseres Kräfteverhältnis und Beschleunigungsverhalten. Zudem vermeidet der Roboter die sonst übliche und limitierende, mittige Teleskopdrehachse üblicher Deltaroboter und erreicht gleichzeitig höhere Geschwindigkeiten“, so der Vertriebsleiter.

Die Integration der Antriebsverstärker bedeutet, dass extern lediglich ein kompakter Controller von der Größe eines durchschnittlichen Videorecorders unterzubringen ist. Es gibt keine Notwendigkeit für teure Kabel zur Leistungsübertragung, wie es heißt. Die einzige und nahezu beliebig lange Verbindung zwischen Roboter und Steuerung bestehe aus einer sehr schnellen und gleichzeitig preisgünstigen Standard-Fire-Wire-Verbindung.

Außer dem Robotersystem entwickelt das Unternehmen mit Adept-Sight auch ein passendes Bildverarbeitungssystem für die Solarindustrie. Roboter und Bildverarbeitung werden von einer gemeinsamen Software aus programmiert und arbeiten laut Hersteller extrem eng und somit schnell zusammen. „Diese Integration bringt für die Anwendung selbst, vor allem aber auch für den Programmierer enorme Vorteile“, sagt Winter.

Was die zukünftige Entwicklung der Nachfrage angeht, ist man bei Adept sehr optimistisch. So schätzt der Vertriebsleiter den Bereich Photovoltaik als extrem dynamisch mit starker Tendenz nach oben ein: „Während die Solarindustrie für uns vor ungefähr 18 Monaten noch quasi bedeutungslos war, generieren wir heute in diesem Bereich bereits 15 bis 20% unseres gesamten Umsatzes“, so Winter.

Solarmarkt bietet gute Perspektiven

Ebenfalls optimistisch, was den Photovoltaikmarkt betrifft, ist man bei Teamtechnik. Mit dem Stringer TT900 bietet das Unternehmen eine Produktionsanlage für Solarzellenstrings an. Der Hersteller hat die Stringerfamilie TT900/TT1200 im Jahr 2006 auf der Photovoltaikkonferenz in Dresden vorgestellt. Seither wurden über 30 Anlagen in Produktion gebracht.

„Der Stringer TT900 unterscheidet sich durch seinen strikt modularen Aufbau von ähnlichen Produktionsanlagen für Solarzellenstrings“, sagt Axel Riethmüller, Produktbereichsleiter Solartechnologie bei Teamtechnik. Das modulare Anlagenkonzept ermöglicht die Integration verschiedener Verbindertechnologien und die Verarbeitung unterschiedlicher Zellengrößen und -typen. „Dadurch können auf der Basismaschine die verschiedensten Kundenanforderungen abgebildet werden“, erklärt Riethmüller.

Grundsätzlich kommen auf der Maschine nur berührungslose Lötverfahren zum Einsatz. Die Stringer werden wahlweise mit einem Laserlöt- oder Lichtlötverfahren ausgerüstet. Es können Back-Contact-Zellen sowie Standard-Solarzellen in den Größen 125 mm × 125 mm oder 156 mm × 156 mm verarbeitet werden.

Ein spezieller Niederhalter, in der Funktion eines Positionierwerkzeuges, gewährleiste eine präzise Lage der Verbinder auf der Solarzelle. Zudem taktet der Niederhalter als Hilfswerkzeug die gesamte Maschine und den Lötprozess. Je nach Anlagentyp werden so im Drei- oder Vier-Sekunden-Takt Solarzellenstrings produziert, wie der Hersteller angibt.

Solarzellenstrings im Drei-Sekunden-Takt

Über die Poduktfamilie TT900/TT1200 hinaus, die für gesägte Standardzellen geeignet ist, realisiert das Unternehmen Teamtechnik auch Stringer, die speziell für Zellen im Dünnschichtbereich oder bei gezogenen Solarzellen zur Anwendung kommen. Bei der Lieferung von kompletten Produktionssystemen kooperiert Teamtechnik mit anderen Spezialisten, wie beispielsweise Reis Robotics.

Die künftige Nachfrage nach dem Stringer TT9900 schätzt Riethmüller positiv ein: „Der Photovoltaikmarkt hat in den letzten Jahren einen dynamischen Wachstumsprozess durchlebt, in dem die getroffenen Wachstumsprognosen immer übertroffen wurden. Für die nächsten Jahre wird ebenso ein weiteres kräftiges Anwachsen der Modulproduktion erwartet.“

Claudia Otto | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/154501/

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