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Kompaktes IO-System in Stringer-Lötautomaten für Solarwafer

Bild 1. Der Stringer-Lötautomat Certus der Somont GmbH

Bild 2. Speedway-Modul im Kabelkanal des Stringer-Lötautomaten

Die Solarbranche befindet sich weiter im Aufschwung und treibt den Markt der erneuerbaren Energien voran. Einen Beitrag für eine effiziente Modulproduktion leisten die Stringer-Lötautomaten von Somont. Für einen zuverlässigen Lötvorgang an dem Solarwaver sorgt unter anderem das Speedway-IO-System von Wago.

Ein Solarmodul ist ein komplexes und sensibles Gebilde und das Aushängeschild der Solarbranche. Neben Silizium, welches 60% der Gesamtkosten eines Solarmoduls ausmacht, sind auch zahlreiche „Strings“ (Lötbänder) in diesem zu finden. Diese Strings verbinden die einzelnen Wafer (Zellen) elektrisch miteinander, damit der erzeugte Strom fließen und der Verbraucher ihn für die Einspeisung oder den Selbstgebrauch nutzen kann. Die Zahl der verbundenen Wafer ist auf zwölf bis maximal 24 begrenzt. Diese Begrenzung ist wichtig, da sonst die Zellen überhitzen und durchbrennen können (Hot-Spot-Effekt).

Bis zu 4 800 Zellen/h
Die Stringer-Lötautomaten des Typs Certus der Somont GmbH sind ein Abschnitt in der Produktionslinie für die Herstellung von Solarmodulen (Bild 1). Die Maschinen arbeiten mit hoher Präzision, wodurch sichergestellt ist, dass die empfindlichen Wafer nicht brechen. Obwohl die Lötautomaten das Material „sanft“ bewegen, muss dennoch eine ausreichende Stückzahl von Zellen hergestellt werden. Der Typ Certus kann, je nach Ausbau, bis zu 4 800 Zellen/h verarbeiten. Für ein Standardsolarmodul sind 60 Zellen notwendig und der Lötautomat stellt damit in einer Stunde bis zu 80 Module her.
Bezogen auf den durchschnittlichen Energiebedarf einer vierköpfigen Durchschnittsfamilie deckt eine Photovoltaikanlage mit 3 kW diesen Bedarf zu 80% ab. Für diese Anlage benötigt man etwa eine Fläche von 25 m². Bei einer Modulgröße von 1 m² bis 1,5 m² sind für dieses Beispiel 17 bis 25 Solarmodule auf dem Dach notwendig. Diese Angaben variieren je nach Aufstellungsort und Dachschräge des zu bebauenden Hauses.

IO-System als Teil der Steuerung
Somont nutzt für die Stringer-Lötautomaten das modulare IO-System Speedway. Auch wenn die SPS nicht von Wago stammt, können mithilfe der Wago-GSD-Dateien (Generic Station Description) über das herstellerspezifische Konfigurationstool des Steuerungsherstellers die IO-Module konfiguriert werden. Der Vorteil ergibt sich aus den großen Leitungslängen zwischen den einzelnen IO-Modulen und sorgt damit für mehr Flexibilität. Diese ist besonders für eine Maschine wie Certus notwendig, da der Platz begrenzt ist und sich die Produkte an die gegebene Struktur anpassen müssen.
Die IO-Module sind in einem engen Kanal in der Maschine montiert (Bild 2). Dies ist platzsparend und der Nutzer hat die Möglichkeit, die Module innerhalb der Linienstruktur im Kanal beliebig anzuordnen. Die weiteren Vorteile, wie die Schnelligkeit, die Diagnosefunktion und die Schutzart IP67, waren für Somont von nachrangiger Bedeutung. Entscheidend war die Flexibilität in der Anordnung und Montage der Komponenten.

„Ein Profibus-Koppler reicht uns aus und verringert so die Kosten der Gesamtanlage durch die einfache Linienstruktur und die verringerte Anzahl an Leitungen“, erklärt Marc Fey, zuständig für Electrical Construction bei Somont.
An den IO-Modulen können Pt-100-Sensoren sowie digitale Ein- und Ausgänge angeschlossen werden. Diese Sensoren sind in den Lötköpfen untergebracht und von dort aus überwachen sie die sechs Heizungen, 13 Vorheizungen und sechs Bändchenheizungen. Die korrekte Temperatur und die Zuverlässigkeit des Geräts sind entscheidend, „denn bei einem Ausfall der Maschine kann durch Produktionsausfall ein beträchtlicher Schaden entstehen und das bei einem Produktpreis eines Kopplers von 250 €“, argumentiert M. Fey. Diese Heizungen sind notwendig, damit die korrekte Temperatur erreicht wird, um die Strings aufzulöten. Die einzelnen Wafer werden auf 120 °C vorgeheizt und bei 240 °C verlötet. Die IO-Module verarbeiten neben der Temperaturmessung auch analoge Signale, wie Strom- und Spannungswerte.

Zukunft der Photovoltaik
Zurzeit hat ein Solarmodul eine Effektivität von rund 20 %. Diese kann erhöht werden, wenn statt des üblichen polykristallinen Siliziums in den Wafern monokristallines Silizium eingesetzt wird. Die Farbe verrät dabei, welches Silizium verwendet wurde: einheitlich blau für monokristallin und dunkel unregelmäßig für polykristallin. Für die Stringer-Lötautomaten von Somont macht es keinen Unterschied, welche Siliziumart verwendet wird.
Entscheidend für die Zukunft der Photovoltaik ist laut Wolfgang Risch, Verantwortlicher für die Steuerungstechnik, dass die „Grid Parity” (Netzparität) erreicht wird. Dieser Ausdruck bezeichnet den Zeitpunkt, an dem der Strom aus einer Photovoltaikanlage genau so teuer oder günstiger ist wie der normale Endverbraucherstrompreis. „Dies ist aber erst realisierbar, wenn die Produktionskosten, vor allem die der Solarmodule, weiter sinken“, erläutert W. Risch.

Fazit
Das modulare IO-System Speedway verbessert die Flexibilität und steigert die Zuverlässigkeit der Lötautomaten. Somit setzen sie auch eine Grundlage für das weitere Wachstum der Photovoltaikbranche.

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Autor: Stefanie Reichel ist Technische Redakteurin bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden.