Roboter Solarmodule vollautomatisch produziert

Seine Automatisierungserfahrung im Bereich der Automobilfertigung kann Reis Robotics jetzt beim Fertigen von Solarmodulen nutzen. Eine erste vollautomatisiert ablaufende Anlage fasst alle Einzelschritte zusammen.

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

FAULHABER Antriebssysteme

MicroControl GmbH & Co. KG

KUKA Industries GmbH & Co. KG

Reis Robotics hat in den letzten Jahren Montageanlagen für die Modulproduktion konzipiert und mehrfach für die namhaftesten Solarmodulhersteller realisiert. Hier konnte Reis Robotics auf der Automationserfahrung im Bereich der Automobilindustrie und der Automobilzulieferer aufbauen. Bei diesen Anlagen wird ausgehend von der Zelle bzw. dem String die komplette Montage des Solarmoduls von Robotern und hochautomatisierten Prozesseinheiten ausgeführt. Alle Einzelschritte wie z.B. die Zusammenstellung des Layups, die Nachbearbeitung des Laminats nach dem Laminierprozess, die elektrische Kontaktierung oder die Rahmung und Abdichtung werden in nacheinander geschalteten Prozessinseln ausgeführt. Eine mitlaufende Qualitätsüberwachung kontrolliert ständig den Produktionsablauf und meldet die Daten an ein MES-System. Der Roboterhersteller und Systemintegrator Reis Robotics konnte bei der Realisierung dieser kompletten Anlagentechnik die langjährige Erfahrung, z.B. aus den Bereichen Klebeanlagen, Glashandling, Laserlöten, Folienhandling, Rahmenmontage, Messen und Prüfen usw. nutzen.

Nimmt und gibt zugleich

Die automatische Produktion von Photovoltaikmodulen beginnt mit der Entnahme der Glasscheiben für die Modulfront aus Glasgestellen. In einer Zentrierstation wird die Glasscheibe bereitgestellt, um mit einem weiteren Roboter mit einem Spezialgreifer die erste EVA-Folie hierauf abzulegen. Folie und Glasverbund werden jetzt in die Layup-Station des Stringerbereiches gefördert. Die Endprodukte des Stringers sind aneinandergereihte elektrisch verbundene Zellen, die von einem Roboter mit Stringgreifer zunächst über einer Kamerakontrolle positioniert werden. Die Positionierung der Strings in der Layup-Station setzt hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Strings zueinander. Die Orientierungsgenauigkeit des Roboters beim Ablegen der String ist daher von größter Bedeutung. Hier kommen im Bedarfsfall spezielle Kinematiken mit hochgenauen Antriebssystemen zum Einsatz oder die notwendigen Genauigkeiten werden durch zusätzliche Mess- und Antriebstechnik innerhalb des Greifsystems so gesteigert, dass eine Ablagegenauigkeit von weniger als 0,5 mm erreicht werden kann.

Automatisiert löten

Die so vorbereitete Modulmatrix wird in die nächste Station transportiert. Je nach Automatisierungsgrad können die elektrischen Querverbindungen zwischen den Strings alternativ in mehreren parallelen Arbeitsstationen manuell gelötet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diesen Arbeitsschritt in einer hochautomatisierten Lötstation auszuführen. In der an den Lötbereich angegliederten Station wird die zweite EVA- und die Deckfolie ebenfalls von einem Roboter mit einem Spezialfoliengreifer auf das Layup aufgelegt. Die Folie wird, wie bei der ersten Folie, von einem Folienschneider automatisch beigestellt und beschnitten. Das so zusammengestellte Laminat wird nun von Linearrobotern auf die Einlaufbänder der Laminatoren aufgelegt. Für das Laminieren ist es erforderlich, dass bereits beim Auflegen der Folie möglichst darauf geachtet wird, dass eine Blasenfreiheit zwischen den Folienlagen erzielt werden kann. Der Laminierprozess erfordert ein Verweilen im Laminator von ca. 15 bis 20 Min und ein nachgeschaltetes Auskühlen von ebenfalls 10 Min. Durch Einbindung von speziellen Puffern in diesem Bereich, ist der Laminierbereich gleichzeitig auch als Zwischenpuffer für die Gesamtautomatisierungsanlage zu betrachten.

Beschnittwerkzeuge lassen sich bei laufender Produktion wechseln

Der zwangsläufig vorhandene Überstand der Folien gegenüber der Glasscheibe verlangt einen weiteren Prozess, der unmittelbar nach dem Laminator durchgeführt wird. Mit einer speziellen Trimmvorrichtung werden die Folienüberstände der Glasscheibe bis auf die Glaskante abgeschnitten. Die Trimmstation ist so aufgebaut, dass die Beschnittwerkzeuge automatisch während des Produktionsprozesses gewechselt werden können. Ein Roboter übernimmt die kurzen Rahmenteile aus einer Bereitstellungsstation und fügt diese in der Eckwinkeleinpressstation mit den Eckverbindern zusammen. Diese Rahmenbauteile werden dann automatisch zusammen mit den langen Rahmenbauteilen in die Rahmungsstation eingelegt. Anschließend legt ein weiterer Roboter das Laminat, das zuvor automatisch umlaufend an den Glaskanten mit einem Klebeband bestückt wurde, ebenfalls in die Rahmungsstation ein. Ein automatischer Fügeprozess, der sicherstellt, dass die vier Rahmenteile mit ausreichenden Kräften so verpresst werden, dass hierbei das Laminat nicht beschädigt wird und alle Ecken des Moduls vollkommen geschlossen sind. Da die Rahmenprofile in den meisten Fällen sägerau, ohne Nachbearbeitung in der Anlage verbaut werden, ist es erforderlich im Anschluss an die Rahmungsstation nochmals die Ecken zu überfräsen, damit sichergestellt ist, dass keine scharfkantigen Verletzungsstellen an den Gehrungen zurückbleiben.

Nach Leistungsklassen sortieren

Das Modul, das jetzt schon nahezu fertiggestellt scheint, muss nun jedoch weiterverarbeitet werden, um die elektrischen Anschlüsse für den Einbau des Moduls ebenfalls automatisch auszuführen. Hierzu muss die Anschlussdose in einer Montagestation mit Robotern automatisch gesetzt werden. Der Wirkungsgrad der so fertiggestellten Module werden nun einer Flasherstation ermittelt. In diesem Anlagenteil kann einerseits eine Qualitätskontrolle des Moduls stattfinden, andererseits aber auch eine Qualifizierung des Moduls je nach der Höhe der Leistungsaufnahme vorgenommen werden. Die so qualifizierten Module werden dann in einer automatischen Verpackung nach Leistungsklassen sortiert und verpackt.

Mehr als 30 Roboter werkeln zusammen

Reis Robotics hat aus seiner mehr als 20jährigen Erfahrung in der Automatisierungsbranche die Kompetenz, große und komplexe Automationssysteme mit vielen hintereinandergeschalteten Einzelprozessen so aneinander zufügen und aufeinander abzustimmen, dass Gesamtanlagen mit optimalen Zykluszeiten und Verfügbarkeiten realisiert werden. Diese Gesamtanlagen können einen Gesamtumfang von mehr als 30 Robotern und einen Kostenrahmen von bis zu 10 Mio. € und mehr umfassen.

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