Teure Fehler vermeiden

In der Photovoltaik (PV) sind nicht so sehr die Arbeitskosten entscheidend, sondern es geht in erster Linie um Qualität der Module. Präzise arbeitende Automatisierungstechnik ist hier gefragt. Diese Herausforderungen, die das noch relativ junge Geschäftsfeld in Sachen Automatisierungslösungen stellt, haben führende Hersteller von Industrierobotern mittlerweile angenommen. Ein Beispiel liefert die Firma Reis Robotics. „Unsere Firma ist, was die Herstellung von Industrierobotern anbelangt, zu 50 Prozent auf die Bedürfnisse der Solarindustrie ausgerichtet“, sagt Eberhard Kroth, Geschäftsführer für Technik bei Reis Robotics. Das seit 2004 auf dem PV-Geschäftsfeld tätige Unternehmen zählt deutschlandweit zu den größten Herstellern von Industrierobotern. Die Firma hat im Wesentlichen zwei Grundtypen anzubieten. Zum einen handelt es sich um Knickarmroboter, zum anderen um Linearroboter in den Leistungsklassen zwischen sechs und 600 kg. Es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Robotertypen zu kombinieren. Zudem stellt Reis, so Kroth, auch Spezialroboter her, die auf individuelle Ansprüche von Kunden der Solarindustrie ausgerichtet sind.

Ein Knickarmroboter eignet sich vor allem für den Einsatz in Bereichen, in denen komplexe Bewegungsabläufe gefragt sind. Wenn es beispielsweise bei der Modulherstellung darum geht, ein Botylband um eine Laminatplatte zu legen, ist es erforderlich, dass diese Platte im Raum in verschiedene Richtungen bewegt werden kann. In solchen Fällen ist die Arbeit eines Knickarmroboters gefragt. Linearroboter können im Bereich der Zell- oder Modulherstellung benutzt werden, um Elemente des fertigen Produktes, wie Wafer oder Strings, in eine für den jeweiligen Fertigungsschritt erforderliche Lage zu bringen oder weiterzutransportieren.

„Die Roboter, die wir für die PV-Industrie produzieren, können nicht nur zur Rahmung von Modulen, sondern auch zum Löten von Elektroanschlussboxen verwendet werden“, erläutert Kroth. Außerdem können sie dazu benutzt werden, Tape- oder Dichtmittel aufzutragen, eine Folie oder Matrix zu legen oder Querverbindungen zu löten oder zu legen. Die Vorteile, die ein Unternehmen durch einen Einsatz von Robotern im Produktionsprozess hat, liegen für Kroth auf der Hand: „ Die Produktionskosten werden deutlich geringer, da ein Roboter gestützter Produktionsprozess einen 3-Schicht-Betrieb ermöglicht. Auf Grund einer konstanten Präzisionsarbeit lässt sich im Ergebnis eine konstante Qualität der Produkte erzielen“, sagt er.

Etwas jüngeren Datums ist das Engagement der Kuka Systems GmbH auf dem Gebiet der Solarindustrie. Dabei konnte auf Automatisierungserfahrungen in der Automobilindustrie zurückgreifen werden. Mittlerweile verstehen sich die Augsburger auch im Bereich Solartechnik als Komplettanbieter, der auf Wunsch selbst schlüsselfertige Anlagen realisiert und sie auch noch selbst betreibt. Aber nicht nur Automatisierungslösungen für die Solarmodul- und Waferfertigung werden geboten, sondern auch für das Handling und die Weiterverarbeitung von Solarzellen.

Nicht wegzudenken ist, wenn es um die Produktion von Robotern für die Solarindustrie geht, auch die Reutlinger Manz AG. Das Angebot reicht von einem automatisierten Wafer-Inspektionssystem über ein vollautomatisiertes Umladesystem und eine Siebdruckanlage für Solarzellen, bis hin zu Robotern mit Delta-Kinematik, die in unterschiedlichen Automatisierungsprozessen eingesetzt werden können.

Die Friedberger ABB hat sich ebenso auf die Bedürfnisse der Solarindustrie eingestellt. Das Unternehmen produziert kleine, schnelle Roboter für die Handhabung von Wafern und Solarzellen bis hin zu größeren Lösungen für das Handling von Solarmodulen. Für Montageaufgaben in der Modulfertigung bietet ABB insbesondere drei Robotertypen an. Der IRB 4400 ist dank eines speziellen Sauggreifers dafür geeignet, Glasscheiben zum Aufbau von Modulen zu entnehmen. Ein IRB 1600 kann bei der Querverschaltung der Strings und zum Verlöten und automatischen Kontaktieren der Module verwendet werden. Mit einem IRB 6600 lassen sich überstehende Kanten eines Moduls abschneiden und er ist dafür geeignet, Modulrahmen zu pressen.

„Durch den Einsatz von Robotern im Produktionsprozess hat der Mensch jetzt die Möglichkeit, sich auf Dinge zu konzentrieren, die nur vom Menschen bearbeitet werden können“, sagt Lars Waldmann von Schott Solar. Das Unternehmen setzt vor allem in drei Bereichen lineare Robotersysteme und 6-Achs-Roboter ein. Im Dünnschichtbereich erfüllen sie Aufgaben beim Glashandling und bei der Beschickung von Waschanlagen. Des Weiteren werden Roboter im Zellbereich dazu benutzt, die Zellen auf Laufbänder zu legen und die Produktionsanlagen vom Anfang bis zum Ende des Herstellungsprozesses zu befüllen. Auch bei der Modulproduktion im multikristallinen Bereich übernehmen Roboter bei Schott einige Arbeitsschritte. Im Zellbereich diene die Automatisierung dazu, die Geschwindigkeit und Präzision zu erhöhen und im Dünnschichtbereich könne man von Robotern dadurch profitieren, dass sie ein sicheres Handling gewährleisten.

Auch der Thalheimer Solarzellenhersteller Q-Cells hat den Produktionsprozess mittlerweile weitestgehend automatisiert. „Wir setzen Knickarmroboter zum Beladen von Batch-Öfen ein. Delta-Kinematiken dienen zum Beladen von Nassbanken und für die Sortierung von Zellen nutzen wir Pick-and Place-Systeme“, berichtet Ingo Neulist, Mitarbeiter in der Abteilung Technologie bei Q-Cells. Laut Neulist müssen sie eine gute Bewegungskontrolle zulassen, damit das Handling kontrolliert gestaltet werden kann. Zudem legt die Firma auf eine hohe Verfügbarkeit und geringe Fehlerzeiten Wert. Beim Befüllen der Öfen sei eine hohe Wiederhol- und Positioniergenauigkeit gefragt. „Die Sauberkeit der Produktionsstätten hat sich deutlich erhöht“, sagt Neulist.

Bei der Dünnschichtmodul-Produktion bei Ersol dient die Robotik zur Be- und Entladung von Kassetten im Frontendbereich und zur Beschickung bei Vakuum- und Laserstrukturierungsmaschinen. Im kristallinen Bereich werden zum Beladen von Graphitbooten im Produktionsprozess ebenfalls Roboter genutzt. Der Vorteil liegt darin, dass ein Roboter mehrere Wafer gleichzeitig greifen kann und über eine hohe Wiederholungsrate der bruchanfälligen Wafer verfügt.

Anette Weingärtner Fachjournalistin in Berlin

Der Einsatz von Robotern wird immer mehr Standard

Die Produktion von Solarmodulen wurde häufig durch manuelle Fertigung und aufwendige Sondermaschinen realisiert. Das hat Nachteile, weil Mitarbeiter die hauchdünnen Zellen in der Hand leicht beschädigen oder zerbrechen. Jeder Fingerabdruck, jede nicht hundertprozentig intakte Zelle stellt ein Problem dar, denn Silizium ist ein teures Material. Deshalb setzen immer mehr Hersteller auf vollautomatisierte Anlagen. Auch in Indien und China produzieren trotz niedriger Lohnkosten immer mehr Roboter Solarzellen.