Kleine Servos positionieren Panels
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Bild 1. Solarmodule bestehen aus mehreren, fest miteinander verbundenen Schichten
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Bild 2. Die Mehretagen-Laminierlinien Ypsator, die für Glas-Glas-Module oder für kristalline Zellenmodule geeignet sind, erreichen hohe Produktionskapazitäten auf kleiner Fläche
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Bild 3. Die Solarmodule werden mit elektrisch synchronisierten Servomotoren von SEW-Eurodrive durch die Anlage getaktet
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Bild 4. Jeder Servomotor wird an einem eigenen Antriebsumrichter Movidrive MDX 61B betrieben
Sonnenenergie ist eine fast unerschöpfliche Energiequelle, deren Nutzung gesellschaftlich akzeptiert ist und zur Senkung des globalen CO 2-Ausstoßes beiträgt. Daher findet man Photovoltaikanlagen mittlerweile in zahlreichen Städten und Dörfern. Die Firma Bürkle, Freudenstadt, liefert hierfür Beschichtungsanlagen und Laminiersysteme. Für die genaue Positionierung der Solarpanels verwendet das Unternehmen Servoantriebstechnik von SEW-Eurodrive .
Die Robert Bürkle GmbH fertigt Pressen- und Beschichtungsanlagen. Die Firma hat Niederlassungen in Europa, Nord- und Südamerika sowie Asien und beschäftigt weltweit rund 700 Mitarbeiter. Neben Lösungen für die Holz- und Kunststoffindustrie ist der Systemanbieter seit etwa drei Jahren auch in der Photovoltaikbranche tätig. Die Kunden sind Solarmodulhersteller in der Schweiz, Frankreich, Deutschland und Taiwan.
Geringer Platzbedarf – hohe Kapazität
Solarmodule bestehen aus mehreren, fest miteinander verbundenen Schichten. Eine typische Anordnung ist: Glas – Klebefolie – Solarzellen – Klebefolie – Abdeckfolie. Die Module werden mit Heizpressen in einem Laminierprozess unter Vakuum verkapselt und erreichen dadurch eine Haltbarkeit von etwa 20 Jahren (Bild 1). Laminieren bezeichnet das Verbinden verschiedener Schichten mittels geeigneter Einkapselmaterialien, die zumeist als Folie eingesetzt werden. Die Laminieranlagen der Firma Bürkle sind modular aufgebaut. Es gibt Ein- und Mehretagen-Laminierlinien, die sich unter anderem in der Anzahl der Module unterscheiden, die gleichzeitig verarbeitet werden können. „Wir sind die erste Firma weltweit, die mehretagige Laminatoren für große Produktionskapazitäten erfolgreich ausgeliefert hat“, erläutert Michael Pojtinger, Konstruktionsleiter der Business Unit Photovoltaik bei Bürkle. Die Mehretagen-Laminierlinien Ypsator lassen sich für Glas-Glas-Module oder für kristalline Zellenmodule einsetzen (Bild 2). Durch die gleichzeitige Verarbeitungsmöglichkeit von Modulen auf mehreren Etagen erreicht sie hohe Produktionskapazitäten auf kleiner Fläche.
Bei der Laminierung werden die Schichten in einem Vakuumprozess bei hoher Temperatur mit Druck verbunden. Bei Einsatz von Flachpressen wird der Druck mittels Hydraulik auf die Module aufgebracht und gleichmäßig auf die Fläche verteilt. Damit nicht das gesamte Eigengewicht der oberhalb angeordneten Platten auf den Modulen liegt, entlastet ein Gewichtsausgleichssystem einzelne Ebenen des Mehretagen-Laminators. So wirkt im Wesentlichen nur den Schließdruck der Hydraulik, aber nicht das Eigengewicht der Platten.
Die Heizpresse erhält ihre Prozesswärme von einem externen Erhitzer, in dem ein sogenanntes Wärmeträgeröl zum Beispiel elektrisch auf 150 °C erwärmt wird. Es zirkuliert in einem Ölkreislauf, der in den Platten mäanderförmig verlegt ist, und sorgt für eine homogene Temperaturverteilung. Das ist die Voraussetzung für eine hohe Prozessqualität. Nach der Bearbeitung werden die Module in einer Kühlpresse mithilfe eines Wasserkreislaufs abgekühlt.
Synchronisierter Materialfluss
Ein Transportband stellt die vorbereiteten Solarmodule am Eingang der Laminierlinie bereit, sodass diese vom Beschickkorb übernommen werden können. Elektrisch synchronisierte Servomotoren von SEW-Eurodrive bewegen die Module – so wie sie auf dem Beschickkorb liegen – durch die Anlage, weil man im Inneren der Laminatoren ihre Position nur schwierig erfassen kann (Bild 3). „Die Antriebe, die bei dieser Applikation benötigt wurden, mussten vor allem klein sein“, erläutert SEW-Kundenbetreuer Michael Laux vom Technischen Büro Karlsruhe. Und so fiel die Wahl auf das kleine Standardgetriebe R07, das häufig zum Antreiben kleiner Förderbänder zum Einsatz kommt. In dieser Anlage arbeitet es zusammen mit einem kleinen Servomotor CMP40M.
Eine zweistufige Laminierlinie mit beispielsweise zehn Etagen enthält insgesamt 42 Antriebe: 22 Motoren in der Laminieranlage sowie jeweils zehn für den Beschick- und den Leerkorb. Jeder Servomotor wird an einem eigenen Antriebsumrichter Movidrive MDX 61B betrieben. Sämtliche Umrichter finden in Schaltschränken von Rittal Platz. Hier verbindet der CAN-basierte SEW-Systembus S-Bus die Antriebsumrichter untereinander (Bild 4). Er transportiert die für den Synchronlauf notwendigen Signale (Position und Geschwindigkeit) und schleift die Programmierschnittstelle durch. „Wir können vom Anlagen-PC aus auf jeden Umrichter zugreifen“, erläutert M. Pojtinger.
Antriebs- und Steuerungstechnik
Ab dem Einlauf der Module in die Laminierlinie erfolgt eine Restweg-Positionierung, da sie ab jetzt immer exakt den gleichen Weg zurücklegen müssen. Deswegen schaltet der Antriebsumrichter in den Synchronlauf. Die erforderliche Technik ist bei den Umrichtern bereits serienmäßig mit an Bord. Sie enthalten die intelligente Positionier- und Ablaufsteuerung Iposplus. Hiermit kann man auch Applikationsmodule, also bereits erstellte Steuerungsprogramme, nutzen. Mit der Steuerung besteht die Möglichkeit, über Kommunikationsbefehle alle internen Umrichterparameter zu lesen und zu schreiben. Dank dieses direkten Zugriffs ist die Steuerung schnell und flexibel. So werden vielseitige, auf die individuellen Anforderungen einer Anlage abgestimmte Bewegungssteuerungen möglich.
Form follows function
Neben der technischen Funktionalität legt Bürkle auch Wert auf eine ansprechende gestalterische Lösung, daher werden die Laminierlinien in der Regel immer mit einer eigens hierfür entworfenen Designverkleidung ausgeliefert. Die Linien sind außerdem mit Arbeitsbühne erhältlich, auf der sich dann der Vakuumpumpstand, Heizaggregate und Schaltschränke für die Antriebselektronik platzsparend unterbringen lassen. Für die Anlagengestaltung erhielt Bürkle bereits zwei Designpreise. „Früher haben die Maschinen funktionieren müssen, heute müssen sie funktionieren und auch noch gut aussehen“, erläutert M. Pojtinger mit einem Schmunzeln. Er ergänzt: „Und dadurch heben wir uns vom Wettbewerb ab.“
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Autor: Gunthart Mau ist Referent Fachpresse bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG in Bruchsal.
