Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Množství vyrobených fotovoltaických modulů v posledních několika letech roste o 30 a 40 % a očekává se, že tomu tak bude i v následujících desetiletích. To však již nebude možné zvládnout ruční výrobou, a tak není divu, že se výroba automatizuje. Sestavování fotovoltaických modulů není vůbec snadné, a proto bylo pro autora článku překvapením, když divize ABB Robotics přišla se zprávou „ABB dodává roboty pro první plně automatickou výrobu slunečních modulů na světě“ [1]. Článek přináší popis
této výroby.
Automatizace výroby modulů
Ve Frankfurtu nad Odrou (Německo) byla postavena automatická továrna firmy Conergy, vybavená celkem 42 roboty firmy ABB, která každoročně vyrábí moduly o celkovém výkonu 20 MW. Conergy AG, s ústředím v Hamburku, je jedním z vedoucích dodavatelů solárních systémů – celkem jich již nainstalovala 70 000. Její strategie růstu vyžaduje nové výrobní postupy. Aby bylo možné udržet dosavadní kvalitu a zároveň snížit výrobní náklady, je třeba zavést výrobu s vysokým stupněm automatizace. Firma Conergy si nechala postavit továrnu firmou Schmid, které se podařilo použitím osvědčených robotů firmy ABB ve velmi krátké době zřídit údajně první plně automatickou výrobu solárních modulů na světě.
Postup výroby fotovoltaických modulů
Tisková informace firmy ABB popisuje jednotlivé kroky při výrobě fotovoltaických modulů, kdy roboty ABB přejímají většinu montážních prací. Speciálními přísavkami robot typu IRB 4400 uchopí skleněnou tabuli, která tvoří podklad pro montáž modulů. V taktu 20 s je sklo umyto, usušeno a opatřeno kódem Data Matrix pro automatické sledování výrobního postupu.
Na tabuli je natažena fólie ze speciálního materiálu EVA (ethyl-vinyl-acetát), na kterou jsou pokládány řetězce (strings) složené vždy z deseti fotovoltaických článků, předem připravených v montážní buňce firmy Somont. Podle velikosti modulu je pokládáno až deset řetězců vedle sebe.
Na pěti výrobních linkách po čtyřech robotech typu IRB 1600 jsou jednotlivé řetězce s největší přesností spojovány: roboty nejprve položí izolační proužek a na něj speciálním podavačem předem zformované velmi tenké pájecí pásky pro propojení vývodů řetězců. Tyto pásky musí být velmi přesně uloženy – sebemenší nepřesnost a případný dotyk mimo předem určené pájecí body způsobí krátké spojení s nenapravitelnými chybami v hotovém modulu.
Pro koordinované pohyby robotů je použito speciální řízení MultiMove firmy ABB, které dovoluje současnou práci až čtyř robotů [2]. V této robotické buňce jsou koordinovány pohyby vždy dvou robotů, které pokládají pájecí pásky a spojují je pájením.
Pájecí pásky jsou zdola osvětleny a jejich poloha je přesně rozeznána v třírozměrném prostoru pomocí kamery integrované ve speciální indukční pájecí hlavici (obr. 1). Pro přesné určení energie potřebné pro pájení a teploty pájení je pájecí hlavice řízena zvláštní řídicí jednotkou. Teplota je průběžně měřena pyrometrem. Oproti obvyklému ručnímu spojování řetězců nahrazují čtyři roboty ABB třicet až čtyřicet pracovníků ve vícesměnném provozu.
Zapojené moduly opouštějí buňku robotů posuvným zařízením v taktu 100 s a jsou odnímány dvěma pracovníky, kteří nanášejí druhou fólii EVA a zadní ochranný povlak (první ruční práce).
Vždy čtyři moduly současně procházejí dvěma laminovacími pecemi, kde jsou za podtlaku a při teplotě 150 °C za 16,5 min „spečeny“ do modulu odolného proti povětrnosti a jiným vlivům okolí. Při takovém teplotním zpracování je plastický materiál EVA roztaven a po vychladnutí zůstává průsvitný. Takto připravený solární modul je ochlazen pod tlakem na teplotu 20 °C, uchopen robotem typu IRB 6600 s velkým dosahem a přeměřen laserem.
Přebývající fólie je po obvodu modulu odříznuta robotem s ostrým nožem (obr. 2). Robot pak automaticky přezkouší ostří nože a předá modul dalšímu robotu typu IRB 6600. Ten položí modul na otočný pracovní stůl. Zde se postará jeden z pracovníků o těsnění (druhá ruční práce), předtím než další robot vloží modul do rámovacího lisu. Následující robot zalisuje rám a z jedné strany jej zašroubuje. Po otočení o 180° zašroubuje i druhou stranu a položí modul na dopravní pás.
Po manuální kontrole kvality (třetí ruční práce) zalepí robot IRB 4400 v další robotické buňce pod tlakem přívodní skříňku.
Závěrečné operace a zkoušení
Moduly jsou nyní provozuschopné, jsou vyzkoušeny a rozděleny podle výkonu. Robot typu IRB 4400 přidrží modul před zábleskovým zařízením (tzv. flasher). Světelnými záblesky 1 000 W a 200 W je zkoušena funkce modulů a jejich skutečný výkon.
Následuje automatické etiketování, připevnění ochranných rohů na rám modulu a ruční zalití přípojné skříňky umělou pryskyřicí (čtvrtá ruční práce). Po rozdělení do tří různých výkonových (a tím i cenových) skupin jsou moduly zabaleny a paletizovány.
Závěr
Firmě Conergy se spolu s partnerskými firmami Schmid a ABB Robotics podařilo ve velmi krátké době realizovat první téměř plně automatickou, a tím i velmi výkonnou výrobu solárních modulů. Značný stupeň automatizace pomáhá firmě Conergy dosahovat konkurenceschopnosti na světových trzích. Díky opakovatelné přesnosti robotů firmy ABB dokáže tato firma vyrábět kvalitní a velmi hodnotné fotovoltaické moduly. Nejde však o plně automatizovanou výrobu, neboť ve čtyřech případech je ještě použita ruční práce. Druhou ruční práci (těsnění) by bylo možné snadno automatizovat, ale podle pracovníků firmy ABB se to ještě „nevyplatí“ (lidská práce je stále ještě levnější než drahé roboty). U čtvrté ruční práce (plnění přípojné skříňky umělou pryskyřicí) je zřejmě zapotřebí pověstný jemný cit lidských prstů, který roboty doposud nemají.
Automatizace je zaváděna nejen pro ušetření pracovních sil, nýbrž hlavně pro zvýšení kvality výrobků. Dobře seřízené roboty pracují naprosto přesně, bez chyb, a to ve dne i v noci. Jen tak lze pokrýt rostoucí poptávku po kvalitních výrobcích.
Literatura:
[1] Tisková zpráva firmy ABB Automation/Robotics z veletrhu Automatica a InterSolar, Mnichov.
[2] Photovoltaik – Roboter in der Modulproduktion. In: Sborník kongresu Robotik 2008, VDI-Berichte 2012, ISBN 978-3-18-09212-2.
Ing. Jan Hájek
Obr. 1. Čtyři roboty typu IRB 1600 s vysokou kvalitou automaticky zapojují řetězce fotovoltaických článků
Obr. 2. Přesnost robotů typu IRB 6600 zaručuje přesné ořezávání modulů