High-Speed in der Solarzellen-Produktion

Schon 1839 entdeckt, dauerte es noch über ein Jahrhundert, bis es zu einer Nutzung in der Energieversorgung kam: die Photovoltaik. In der Raumfahrt bereits seit Ende der 1950er-Jahre im Einsatz, fand die Solarzelle erst Jahre später ihren flächendeckenden Einsatz zur Gewinnung erneuerbarer Energien auch bei Industrie- und Privatinvestoren. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung und Erhöhung des Wirkungsgrades ist der Erfolg der beschichteten Glasplatten nicht mehr zu bremsen. Ganze Industriezweige haben sich um die \’Energie aus Sonnenstrahlen\‘ gebildet. Um die weltweite Nachfrage abdecken zu können, muss die Produktion von Photovoltaikzellen ständig ausgebaut werden. Dünnschicht-Photovoltaik Die Solarbranche boomt wie einst die IT-Industrie – zweistellige Wachstumsraten sind nichts Außergewöhnliches. Doch die Produktion wird ausgebremst, denn es mangelt an dem Trägermaterial Silizium. Die umweltfreundlichere Variante stellen Dünnschichtmodule auf Glasbasis dar. Das Trägermaterial Glas ist im Vergleich zu Silizium – von Seiten der Rohstoffbeschaffung betrachtet – ein wichtiger Umweltaspekt, da es billiger und vorrätig ist. In den neuen Produktionsanlagen wird Floatglas als Trägermaterial in nur drei Einzelprozessen im Nanometerbereich beschichtet. Um die Photovoltaikschichten besser beständig zu machen, wird dieses Glas laminiert. Laminieren ist in diesem Prozess an sich schon weit verbreitet; jedoch ist es eine Herausforderung, photovoltaikbeschichtetes Glas zu laminieren, da das Glas nicht durchsichtig, sondern schwarz ist. In diesem Zuge musste auch ein neuer Laminierprozess entwickelt und zertifiziert werden. Hintergrund dieser Entwicklung ist die Photovoltaikpanels wirtschaftlich zu gestalten und die Herstellungskosten pro Watt peek (Wp) bis zum Jahr 2010 deutlich zu senken, um regenerative Energieproduzenten in den kommenden Jahren konkurrenzfähig zu Atomstrom zu machen. Für diese komplexen Prozessabläufe bedarf es einer leistungsfähigen, schnellen Automatisierungstechnik, die auch wirtschaftlich rentabel sein muss; gebündelt mit einer bedienerfreundlichen, modernen Visualisierung. Optimale Voraussetzungen für die Speed7-CPUs und Touch-Panels von Vipa. Dezentrale Automatisierung Um einen reibungslosen Produktionsablauf zu gewährleisten, war bereits während der Konstruktion der Photovoltaik-Anlagen klar, dass für diese Aufgabe ein leistungsfähiges Netzwerk an Steuerungssystemen notwendig ist. Insgesamt 15 dezentrale Prozessabschnitte müssen gesteuert, zentral überwacht und auf sämtlichen Bedien- und Kontrollstationen visualisiert werden. Um diese hohen Anforderungen abdecken zu können, entschieden sich die Konstrukteure für die Speed7-CPUs von Vipa. Die Leistungsfähigkeit dieses SPS-Systems mit dem schnellen Prozessor für die Programmierung mit Step7 (Hard-SPS) überzeugte nach ausgiebigen Tests die Konstrukteure. Die komplette Anlage wird an ihren insgesamt 15 dezentralen Prozessabschnitten mit der CPU 315SN/NET gesteuert. Über die integ­rierten Ethernet CP343 Lean Prozessoren kommunizieren die CPUs untereinander sowie mit den redundanten Mastersteuerungen des CPU-Typs 317SN/NET. Ihr integrierter CP343 verarbeitet bis zu 64 parametrierbare Verbindungen und arbeitet ebenfalls mit der Speed7-Prozessortechnologie. Der große integrierte Arbeits- und Ladespeicher bietet ausreichend Speicherplatz für Programm und Daten. Bei Bedarf kann dieser nachträglich via MemoryConfigurationCards (MCC) auf bis zu 8MByte erweitert werden – ohne ein Austauschen der CPUs: E/A-Baugruppen & Visualisierung Auch der Peripheriebereich wurde komplett mit Vipa-Modulen realisiert. Die digitalen und analogen E/A-Baugruppen aus dem baugleichen System 300V ermöglichen eine benutzerfreundliche Anbindung von Sensoren und Aktoren. Zusätzlich können viele Sonderbaugruppen der S7-300 von Siemens – z.B. Funktionsmodule oder Kommunikationsprozessoren – im Mischbetrieb an den CPUs betrieben werden. Dadurch wird das Speed7-System zur umfangreichen Allround-Steuerung. Jede Anlage ist mit über 20 Bedien- und Beobachtungspulten ausgerüstet. Pro Pult sorgt ein 10,4\“-Touch-Panel von Vipa für ausreichend Überblick und Kontrolle. Durch die Ethernet-Vernetzung kann von jedem Arbeitsplatz aus der komplette Produktionsablauf überwacht und gesteuert werden. Die Visualisierung übernimmt dabei die Scada/HMI-Software Movicon, die auf Vipa Touch Panels standardmäßig installiert ist. Die ergonomische Entwicklungsoberfläche für Scada- und HMI-Anwendungen erstellt Projekte ohne Variablenbegrenzung. Ein auf Movicon spezialisiertes Team im Vipa-Support gewährt während der Projektierung und Inbetriebnahme schnelle Beratung und Unterstützung. Alle Vipa-Systeme sind mit Step7 von Siemens bzw. dem Vipa-eigenen Programmiertool WinPLC7 programmierbar. Die Systeme 300S und 300V haben die Bauform der S7-300 von Siemens, dadurch ist der Mischbetrieb z.B. mit Vipa-CPUs und Siemens-Baugruppen möglich. Die Systeme 100V, 200V, 300S und 300V sind zentrale und dezentrale Steuerungslösungen. Für den zentralen Einsatz steht eine Vielzahl von CPUs zur Verfügung. Das Portfolio der Vipa GmbH wird mit den Touch Panels für die Industrie- und Gebäudeautomation abgerundet.