Podsumowanie

WIZYJNE STEROWANIE ROBOTEM

Rys. 5. Częścią systemu firmy Adept Technology jest sterowany wizyjnie robot z serii Quattro, który zainstalowany jest między stanowiskiem nanoszenia kontaktów i piecem; zdejmuje on z taśmy uszkodzone ogniwa

Na rysunku 3 przedstawiono schemat blokowy zaprojektowanego przez Adept Technology systemu badania jakości kontaktów elektrycznych ogniw przed ich wypaleniem w piecu. Dzięki niemu w razie wykrycia uszkodzeń lub zniekształceń elektrod pastę można zmyć, a kontakty nanieść ponownie.

W przypadku utrwalenia w piecu wybrakowane płytki trzeba niestety wyłączyć z dalszej produkcji. Częścią systemu jest układ AOI, który zrealizowano, montując nad przenośnikiem osłonę (rys. 4), pod którą zainstalowano kamerę firmy Basler piA2400-12gm z interfejsem Gigabit Ethernet oraz oświetlacze LED po obu stronach taśmy. Kamera komunikuje się ze sterownikiem Smart-Vision EX firmy Adept Technology wykorzystującym oprogramowanie AdeptSight. Zadaniem AOI jest inspekcja nadruku elektrod, kontrola geometrii płytki oraz stanu jej powierzchni.

W pierwszym etapie system sprawdza, czy elektrody zostały równo naniesione w odpowiednich miejscach. Następnie analizowany jest kształt i rozmiary płytki. Bada się też jej ścięte rogi, które obcina się, by uniknąć obłamywania ostrych końców ogniwa. Ostatni etap, w którym wykorzystuje się algorytm rozpoznawania wzorca, polega na wyszukaniu w obrazie płytki zarysowań, kropli pasy, itp. Częścią omawianego systemu jest również sterowany wizyjnie robot Adept z serii Quattro (rys. 5).

Piotr Dąbrowski

Wamtechnik

Na rynku polskim z coraz większym entuzjazmem podchodzi się do odnawialnych źródeł energii. Sporą ich część stanowią systemy fotowoltaiczne, przy czym można wyróżnić tutaj kilka najczęściej stosowanych rozwiązań. Pierwsze z nich to układy dołączone do sieci energetycznej. Wykorzystuje się w nich odpowiednie falowniki przetwarzające napięcie z modułów fotowoltaicznych na standardowe w danym regionie (w Polsce jest to 230V, 50Hz), przy czym nie korzysta się tutaj z magazynów energii, jakimi są akumulatory.

Rozwiązania takie preferowane są wszędzie tam, gdzie gromadzenie energii jest niemożliwe, niepotrzebne bądź nieopłacalne. Drugim rodzajem systemów są takie, które z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych same generują napięcie elektryczne o wartości 230V/50Hz za pomocą regulatorów ładowania oraz inwerterów, przy czym mogą one też być wspomagane poprzez podłączenie do sieci energetycznej lub generatora spalinowego. Rozwiązania tego typu wyposażone są w baterie akumulatorów, z których czerpią energię potrzebną do wytworzenia napięcia.

Ostatnim, chociaż nie mniej popularnym rodzajem systemów fotowoltaicznych, są autonomiczne, niepodłączone do sieci energetycznej układy zasilania. Dzięki zastosowaniu banku akumulatorów istnieje w ich przypadku możliwość uzyskania zapasu energii na te dni, w których moduły fotowoltaiczne wytworzą jej mniej niż jest wymagane. Dotyczyć to może zarówno systemów prądu stałego, jak i przemiennego.

W ich skład wchodzą moduły fotowoltaiczne, które poprzez regulator ładowania dostarczają energię do akumulatorów, która następnie może być wykorzystana do generowania napięcia stałego bądź, po przetworzeniu, przemiennego. Przykładową aplikacją tego typu systemów są uliczne lampy fotowoltaiczne, które są w pełni samowystarczalne, jeżeli chodzi o energię elektryczną.

Jest on instalowany nad przenośnikiem łączącym stanowisko nanoszenia kontaktów i piec. Jego zadaniem jest zdejmowanie z taśmy uszkodzonych ogniw. Kierowanie robotem polega na przesłaniu do sterownika ruchu informacji o współrzędnych środka płytki, wyznaczanych na podstawie współrzędnych jej końców oraz danych o orientacji płytki na taśmie. Określa się ją na podstawie kątów, jakie boki płytki tworzą z krawędziami obrazu. Dane te są w sterowniku wykorzystywane do transformacji współrzędnych ogniwa między układem odniesienia przenośnika i robota.

TRANSPORT OGNIW

Rys. 6. Chwytaki Bernoulliego wykorzystują zjawisko, w którym przepływ strumienia powietrza o dużej prędkości nad obiektem powoduje powstanie siły, która go unosi

Kolejnym wyzwaniem w produkcji komponentów PV jest ich transport. Problem pojawia się już na etapie cięcia bloków krzemowych, gdzie otrzymuje się stosy cienkich płytek, które najczęściej są ze sobą posklejane płynami obróbkowymi (cieczą chłodząco-smarującą). W czasie rozdzielania łatwo jest je uszkodzić lub połamać. Aby tego uniknąć, wykorzystuje się np. bezdotykową metodę separacji płytek strumieniami powietrza. Rozwiązanie tego typu jakiś czas temu na zamówienie BP Solar zaprojektowali inżynierowie z NREL (National Renewable Energy Lab).

Opracowali oni system, który nie tylko rozdzielał, ale też transportował płytki krzemowe wzdłuż liniowego toru w dwóch kierunkach. W instalacji tej wykorzystano regulację ciśnienia dwóch przeciwnie skierowanych strumieni sprężonego powietrza zmienianego w taki sposób, aby płytki przemieszczały się w kierunku poziomym. Regulacją ciśnienia w dyszach sterował komputer za pośrednictwem dwóch serwozaworów.

Na podobnej zasadzie działają tzw. chwytaki Bernoullego. Ich nazwa pochodzi od fizyka, który opisał prawo, zgodnie z którym nad obiektem, nad którym przepływa strumień powietrza o dużej prędkości, występuje lokalny spadek ciśnienia. Różnica ciśnień nad i pod obiektem powoduje powstanie siły skierowanej od strony o wyższym do strony o niższym ciśnieniu. Jeżeli przewyższy ona siłę przyciągania działającą na obiekt, to przesunie się on w kierunku strony o niższym ciśnieniu (rys. 6).

Chwytaki tego typu oferuje wielu dostawców - np. Schunk (fot. 2) oraz Bosch Rexroth, który w asortymencie ma chwytaki serii NTC (Non-contact Transport System). Chwytaki Bernoullego wykorzystano też np. w przedstawionej na fotografii 3 automatycznej linii do manipulowania ogniwami słonecznymi z robotem kartezjańskim, którą oferuje Festo.

ROBOTY

Fot. 3. Linia do manipulowania ogniwami słonecznymi z robotem kartezjańskim Festo

Oprócz peryferii o wydajności stanowiska, a tym samym całej produkcji decyduje szybkość i powtarzalność konkretnego robota. Ważny jest też wybór odpowiedniego typu tej maszyny. Przykładowo na etapie obróbki krzemowych bloków pracują najczęściej roboty kartezjańskie oraz przegubowe. Te pierwsze często wykorzystuje się później w operacjach typu "podnieś-połóż" - np. w sortowaniu i układaniu ogniw w stosy oraz przykładowo w dozowaniu uszczelniaczy na kołnierzu skrzynki przyłączowej montowanej na modułach.

Z kolei roboty przegubowe najczęściej realizują zadania odbiegające od standardowej operacji "podnieś-połóż". Angażuje się je do operacji wymagających od robota większej "zręczności" - np. przenoszenia ciężkich bloków krzemu oraz kaset z krzemowymi płytkami. Innym przykładem jest transport oraz manipulowanie szklanymi płytami dostarczanymi na stanowisko w różnych orientacjach. Czasem są one ustawiane pionowo pod ścianą, aby zwiększyć powierzchnię roboczą, a potem, w celu dalszej obróbki, należy je ułożyć poziomo.

Roboty przegubowe czasem są też używane do przycinania krawędzi oraz montażu modułów. W porównaniu do wspomnianych roboty SCARA i równoległe są szybsze oraz wydajniejsze, zwłaszcza w zadaniach typu "podnieś-połóż". Ponadto sprawdzają się tam, gdzie przestrzeń robocza jest ograniczona. Przykładowo roboty równoległe zazwyczaj montowane są nad stanowiskiem, dzięki czemu mają lepszy dostęp do obrabianych detali i nie zajmują dużo miejsca.

Z drugiej strony są w stanie operować jedynie lekkimi obiektami. Stąd roboty SCARA i równoległe w produkcji ogniw PV są wykorzystywane najczęściej w obróbce ogniw lub już pociętych płytek. Przykładem są maszyny, w których krążki krzemowe poddawane są chemicznemu czyszczeniu lub maszyny do nanoszenia powłok przeciwodblaskowych.

ROBOTY DO POMIESZCZEŃ CLEAN ROOM

W części przypadków "zwykły" robot nie wystarczy. Niektóre etapy produkcji - np. w technologii cienkowarstwowej, gdzie materiał fotoczuły jest nanoszony bezpośrednio na podłoże, wymagają zachowania dużej sterylności. Przykładem robota, który można wykorzystać w takich warunkach, jest specjalnie zmodyfikowana wersja IRB 6640 firmy ABB. Aby przystosować go do wymagań stawianych urządzeniom pracującym w urządzeniach o podwyższonej czystości, pokryto kilkoma powłokami, w tym warstwą gruntującą, białą farbą, lakierem bezbarwnym i powłoką wykończeniową.

W celu zapobieżenia późniejszemu złuszczaniu się farby wszelkie śruby oraz drzwiczki kontrolne zabezpieczono przed malowaniem osłonami z tworzyw sztucznych, które po wyschnięciu farby usunięto. Dodatkowo okablowanie umieszczono w prowadnicach, tak aby zapobiec jego ścieraniu się. Przed wysłaniem do klienta IRB 6640 jest czyszczony, a następnie pakowany w dwie powłoki z tworzywa sztucznego. Pierwsza jest zdejmowana u klienta, przed wstawieniem robota do pomieszczenia clean room, druga usuwana dopiero w pomieszczeniu sterylnym, w którym robot będzie pracował.

PODSUMOWANIE

Minione lata, w których nastąpił bardzo szybki rozwój branży fotowoltaicznej, pokazały, że dla producentów automatyki ta gałąź energetyki odnawialnej jest coraz bardziej interesująca. Dowodzą tego również statystyki - przykładowo według IMS Research światowy rynek maszyn do produkcji ogniw PV przekroczy w 2013 roku 9 mld dolarów, co oznacza wzrost o 80% w porównaniu do wartości z 2008 roku (5 mld dol.). Wzrosną też wydatki na inwestycje w automatyzację produkcji do ponad 1,2 mld dol. w 2013 z 450 mln dolarów dwa lata temu.

Monika Jaworowska