ROZWIĄZANIA WEDŁUG FIRMY KUKA

Rozwiązania dla branży PV ma w ofercie wielu dostawców automatyki, w tym np. ABB, Fanuc Robotics, Adept Technology i Kuka. Ta ostatnia propozycję dla producentów fotowoltaiki podzieliła na trzy grupy rozwiązań: stanowiska do obróbki bloków krzemu i produkcji płytek krzemowych, roboty przemysłowe z chwytakami do manipulowania ogniwami oraz zautomatyzowane stanowiska do montażu modułów PV. W pierwszej dostępne są m.in. AWSM 3800 - maszyna do cięcia krzemowych bloków na płytki oraz ASQM 2800.3 - urządzenie do produkcji kwadratowych bloków z okrągłych krzemowych prętów.

Przykładem zautomatyzowanego stanowiska jest natomiast stacja do rozładowywania szklanych płyt oraz nanoszenia powłok z kopolimeru etylenu z octanem winylu (Robo Load), którą dodatkowo można uzupełnić o urządzenia do mycia szkła. Kuka oferuje też stanowisko do trymowania gotowych modułów (Robo Trim), na którym robot podnosi moduły i przesuwa je bokiem po okrawarce usuwającej skrawki powłoki wystające poza krawędzie panelu.

Dostępne są też stanowiska do uszczelniania modułów specjalną taśmą (Robo Tape), ich obramowywania (Robo Frame) oraz linia do pakowania (Robo Stack), w której roboty zdejmują z taśmy moduły PV, wcześniej posortowane według sprawności. Parametr ten określa się na podstawie charakterystyk prądowo-napięciowych poszczególnych modułów wyznaczanych na stanowisku, na którym odtwarza się rzeczywiste warunki, wykorzystując sztuczne oświetlenie.

ŁĄCZENIE PANELI PV - PRZYKŁADY

Rys. 4. System AOI składa się z kamery, oświetlacza LED oraz osłony, która ogranicza dopływ światła z zewnątrz; diody montowane są tak, by światło odbite od płytki było absorbowane w osłonie i nie trafiało w oko kamery

Jednym z częściej automatyzowanych zadań jest też proces lutowania ogniw w moduły. Przykładowo Kuka oferuje w tym zakresie linię technologiczną do lutowania z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego ACS 600 (Advanced Cell Stringer), w skład której wchodzi m.in. robot SCARA KR4 oraz system wizyjny. Podobne rozwiązanie - linię Rapid One - dostarcza też firma Somont (fot. 1). Jej częścią jest sterowany wizyjnie robot, który układa ogniwa na przenośniku.

Następnie na zmianę są one ogrzewane i schładzane zgodnie z określonym profilem temperaturowym. W ten sposób zmniejsza się naprężenia termiczne powstające w czasie zgrzewania, które pogarszają jakość spoiwa. Równocześnie na innym stanowisku taśma lutownicza jest odwijana, podgrzewana oraz ucinana. Następnie robot układa ją na ogniwach, które są dalej transportowane do maszyny lutowniczej. Po złączeniu łańcuchy przechodzą kontrolę z wykorzystaniem systemu wizyjnego, gdzie bada się m.in. jakość wykonanych połączeń (np. pod kątem ewentualnych pęknięć spoiwa).

W ramach linii Rapid One realizowane są też kolejne etapy obróbki modułów, jak laminowanie i łączenie ze szklaną powłoką. Inne rozwiązanie u jednego ze swoich klientów, w firmie Scheuten Solar, wdrożył Fanuc Robotics. Stanowisko składało się z sześciu robotów sterowanych na podstawie informacji z dwóch kamer i systemu wizyjnego iRVision. Pięć maszyn zamontowano nad stanowiskiem, a jeden na podłodze.

Pierwszy z robotów wstępnie scalał panele specjalnymi łącznikami, a następnie drugim chwytakiem odwijał taśmę lutowniczą i układał ją w miejscu złączenia. Taśmę odcinał drugi robot, a wtedy trzeci lutował ją do paneli. Pozostałe dwa roboty wykonywały analogiczne czynności z drugiej strony modułów.

AUTOMATYCZNA INSPEKCJA WIZYJNA

Fot. 2. Chwytak Bernoulliego firmy Schunk

Przedstawione przykłady pokazują, że jednym z kluczowych elementów zrobotyzowanych stanowisk są systemy automatycznej inspekcji optycznej (Automated Optical Inspection - AOI). Kontrolują one stan powierzchni oraz geometrię krzemowych płytek, a potem ogniw na różnych etapach procesu produkcyjnego. AOI to najczęściej źródło światła, np. oświetlacz LED, i kamera obrazowa lub linijkowa. Dobór konkretnych układów zależy od aplikacji.

Przykładowo do celu inspekcji stanu powłok antyodblaskowych zaleca się korzystanie z kamery kolorowej. W białym świetle ogniwa pokryte antyrefleksyjną powłoką są niebieskie, ponieważ promieniowanie o dłuższej długości fali dzięki tej warstwie w większym stopniu przenika do ogniwa. Odcień oraz nasycenie odbitego światła są z kolei zależne od grubości powłoki. Wykorzystując niebieski kanał kamery, można wykryć jej defekty.

Innym przykładem jest detekcja tzw. mikropęknięć płytek krzemowych, które niezauważone mogą na dalszych etapach produkcji prowadzić do pęknięcia płytki. Skutkuje to nie tylko stratami materiału, ale często zatrzymaniem całej linii produkcyjnej na czas usunięcia okruchów. Jednocześnie wykrycie mikropęknięć, o rozmiarze często poniżej kilku mikrometrów, jest bardzo trudne. Aby zwiększyć skuteczność AOI, najczęściej wykorzystuje się podświetlanie podczerwienią.

Ponieważ krążki są bardzo cienkie, a dodatkowo krzem w podczerwieni jest przezroczysty, płytki podświetla się diodą LED o długości fali emitowanego światła od 850 do 950nm. Wówczas pęknięcia są widoczne jako ciemne linie na jasnym tle. Pod kątem mikropęknięć oraz innych defektów testuje się również gotowe moduły słoneczne.

Zamiast AOI czasem wdraża się jednak inne rozwiązanie, zasilając moduły prądem o gęstości kilkudziesięciu mA/cm². Wówczas ogniwa emitują światło, a uszkodzenia ich struktury sprawiają, że oświetlenie to jest nierównomierne. Można w ten sposób połączyć kontrolę jakości z badaniem sprawności modułu.