Sauber und zuverlässig

Spezial Solarttechnik

PC-Systeme – PC-basierte Automatisierungslösungen mit integrierter HMI-Funktionalität sowie Stromversorgungen mit Netzausfallüberbrückung erfüllen die hohen Anforderungen der Photovoltaik-Industrie nach Ausfallsicherheit. von Karsten Kronsbein, Marketing Manager Sitop, Siemens

24. Mai 2012

Anlagen für die Photovoltaikproduktion sind komplex und auf hohe Systemverfügbarkeit sowie den Einsatz langlebiger und wartungsfreier Komponenten angewiesen. Es gilt, Ausfälle auf jeden Fall zu vermeiden.

»Für Photovoltaik-Produzenten stehen bei der Auswahl einer neuen Anlage Merkmale wie hohe Sicherheit, minimierte Betriebskosten, langlebige Komponenten sowie hoher Bedienkomfort obenan. Diese Forderungen zu erfüllen, hängt nicht zuletzt von der Auswahl der passenden elektrotechnischen Ausrüstung ab«, sagt Kai Plachner, Manager Electrical Engineering bei Singulus Stangl Solar aus Fürstenfeldbruck. Das Unternehmen entwickelt und produziert Spezialmaschinen für nasschemische Prozesse in den Bereichen Photovoltaik (PV) und Halbleiter und ist spezialisiert auf Lösungen für die Silizium- und Dünnschicht-Solartechnik.

Saubere Boote

Ein wesentlicher Prozessschritt in der Solarzellenherstellung ist die Dotierung der Wafer in einem Diffusionsofen. Zum Transport durch den Diffusionsofen werden die Siliziumscheiben in spezielle, hitzebeständige Transportkörbe eingeordnet, die so genannten Boote. Während der Dotierung bildet sich darauf als unerwünschtes Nebenprodukt eine Phosphorglasschicht.

Es gilt, diese Schicht regelmäßig durch einen flusssäurehaltigen Ätzprozess zu entfernen. Dazu werden die Boote aus dem Prozessablauf ausgeschleust und zur weiteren Behandlung einer Reinigungsanlage zugeführt.

Eine solche Reinigung übernimmt ein Boot-Reiniger. Für den Reinigungsprozess wird der Waferträger in seine Einzelteile zerlegt und in einen Reinigungskorb eingeschichtet. Nach dem sicheren Verschließen der Anlage startet der Reinigungsprozess, und das Boot wird vollautomatisch geätzt. Je länger ein Waferträger im produktiven Einsatz war, desto dicker ist die zu entfernende Schicht und umso länger dauert das Ätzen. Ein nachfolgender Spülprozess mit Frischwasser beseitigt die chemischen Rückstände an den Teilen. Nach dem erneuten Zusammenbau ist der Transportkorb wieder einsatzbereit.

Bei der Automatisierungs- und Niederspannungsschalttechnik dieser Anlagen setzt Singulus Stangl Solar bereits seit Jahren auf bewährte Technik von Siemens. Deshalb stand für Plachner fest, auch den neu entwickelten Boot-Reiniger mit Siemens-Komponenten auszurüsten. Die Wahl der Schalt- und Steuerungstechnik fiel auf den Industrie-PC Microbox PC Simatic IPC427C und einen 24-Zoll-Bildschirm, der auf einem verfahrbaren Bedienpult auf der Frontseite der Maschine installiert ist. Der leistungsstarke Industrie-PC (IPC) steuert und überwacht sämtliche Prozesse der Reinigungsabläufe.

Die Microbox von Siemens ist als Embedded-IPC mit der Software PLC WinAC RTX und der Visualisierungssoftware WinCC ausgestattet, Merkmale sind ein wartungsfreier Dauerbetrieb sowie hohe Leistung und Robustheit. Gesteuert wird der Boot-Reiniger vom Software-Controller Simatic WinAC RTX, der für den Einsatz auf Embedded-PC-Plattformen optimal abgestimmt ist. In Verbindung mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung Sitop werden die Daten dauerhaft gehalten. Der Controller steuert die dezentrale Peripherie dabei sowohl über Profibus als auch über Profinet.

»Damit ein kurzzeitiger Spannungseinbruch keine Funktionsstörungen an der Anlage hervorruft, haben wir die 24-Volt-Versorgung durch das Netzteil Sitop PSU100M mit 20 Ampere abgesichert«, unterstreicht Kai Plachner. Das kompakte, einphasige Siemens-Gerät hat einen Eingangsspannungsbereich von 85 bis 275 VAC. Es ermöglicht die zuverlässige 24-Volt-Versorgung selbst bei größeren Spannungsschwankungen und ist für kurzzeitige Leistungsspitzen mit 1,5-fachem Nennstrom mit einer Dauer von bis zu fünf Sekunden ausgelegt. Über die potenzialfreien Meldekontakte kann der Werker den Betriebsstatus jederzeit auswerten.

Ergänzt wird das Netzgerät mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) Sitop UPS 500S, die in den Schaltschrank eingebaut und zur 24-Volt-Pufferung eingeplant ist. Die Sitop-Software, die eng mit dem Visualisierungstool WinCC verknüpft ist, kontrolliert den Batteriezustand und meldet jeden Spannungsausfall. Auch Shut-down-Szenarien lassen sich mit der Software konfigurieren.

»Wir haben den Graphitboot-Reiniger mit der Sitop-Lösung ausgerüstet, da sie Spannungseinbrüche nahtlos ausgleicht«, erläutert Plachner. »Bei einem Spannungsausfall stoppt die Microbox sämtliche Prozesse, fährt die Anlage geregelt herunter und informiert den Werker. Mit der Sitop-USV verbleibt uns ein Zeitfenster von rund 60 Sekunden, um Controller-Protokolle abzuspeichern, die CSV-Skripte zu beenden und die Prozesse zu stoppen. Einstellungen und Prozessdaten gehen nicht verloren.« Sobald die Anlage wieder Versorgungsspannung hat, wird sie manuell entleert und der Zustand der Boote genauestens überprüft. Der Boot-Reiniger wird in vier Versionen angeboten. Jede ist mit der gleichen Microbox-basierten Steuerungsapplikation bestückt. Der Anwender muss die Einstellungen seiner Maschine nur noch entsprechend aktivieren.

Aus all diesen Gründen fällt das Resümee des Produktmanagers positiv aus: »Unsere Anforderungen wie hohe Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit wurden optimal erfüllt«. Dass sämtliche Anlagen dank des hohen Bedienkomforts des gesamten Siemens-Systems einheitlich zu parametrieren und bedienen sind, ist für ihn ein weiterer Pluspunkt.

Erschienen in Ausgabe: 04/2012