El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com Informe técnico "El constructor" Enero de 2011 Manipulación con vacío de obleas – Dinámica y eficiencia en uno La creciente presión de la competencia en la industria fotovoltaica obliga a los fabricantes a racionalizar aún más sus procesos. Un aumento de la eficiencia combinado con una reducción de los costes son los instrumentos que deben asegurar la competitividad. El uso de una tecnología de producción innovadora juega aquí un papel clave - p. ej., en la manipulación automática de obleas y células solares con vacío Con sus muy elevadas tasas de crecimiento, la industria fotovoltaica ha adquirido en los últimos diez años una gran importancia en todo el mundo. En Alemania, las subvenciones a largo plazo para la fotovoltaica establecidas por la Ley de energías renovables (EEG) han supuesto año tras año elevados crecimientos de dos cifras porcentuales para los productores. Pese a ello, los productores se están viendo sometidos a una inmensa presión de costes provocada por la competencia internacional y por los excesos de capacidad en el ámbito de la producción de células y módulos solares, por el aumento de los precios de las materias primas y por la acelerada reducción de la remuneración por alimentación a la red. Hoy en día, la producción de obleas, células y módulos solares está ya caracterizada por un elevado grado de automatización y eficiencia. El punto de partida hacia la racionalización es la optimización de los parámetros de procesos, p. ej., el aumento del rendimiento y la minimización de los costes de servicio. Esto adquiere un significado especial en la manipulación de obleas y células solares, ya que todos los pasos de los procesos, como p. ej., las operaciones de carga y descarga de cajas y desde la cinta de transporte se complementan de forma perfecta. Criterios decisivos a la hora de elegir la tecnología de manipulación son por tanto su influencia en la estabilidad de procesos en servicio de 24 horas y un elevado rendimiento acompañado por una reducción simultánea de los deterioros. Si además se reducen aún más los costes de energía y, de este modo, los costes de servicio, el fabricante adquiere ventajas decisivas respecto a la competencia. No todas las ventosas de vacío son iguales En las operaciones de desapilado, almacenamiento transitorio, fijación, posicionamiento y apilado de las delgadas obleas y células solares de silicio, el uso de la más moderna tecnología de manipulación automatizada se ha convertido en un estándar. El estado actual de la técnica es el uso de ventosas de vacío o de ventosas convencionales que funcionan según el principio de Bernoulli. Ambos tipos de ventosa tienen sus ventajas, pero también sus inconvenientes: las ventosas de vacío de construcción convencional son Página 1/6 El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com económicas y fáciles de utilizar, pero provocan al mismo tiempo impurezas químicas en las delicadas superficies de contacto y fuertes cargas mecánicas durante el movimiento. Las ventosas que funcionan según el principio de Bernoulli provocan menores cargas químicas y mecánicas, pero son mucho menos precisas a la hora de posicionar y no admiten elevadas aceleraciones transversales o altas velocidades de ciclo. Único en su clase es el concepto de ventosa del especialista en técnica de vacío J. Schmalz GmbH, con el que las obleas o las células se toman en toda su superficie con una absoluta ausencia de huellas y con el que se pueden manipular sin deslizamiento y posicionar de forma exacta con tiempos de ciclo inferiores a 1 segundo a altas aceleraciones transversales: La nueva ventosa para obleas SWGm de Schmalz, de construcción nuevamente desarrollada, es adecuada para todas las tareas de manipulación e inspección en la fabricación parcial y totalmente automatizada de obleas y células solares, especialmente para la recogida de obleas y células de pilas y cintas, para su almacenamiento transitorio y bifurcación, así como para la fijación y el posicionamiento exacto a la hora de realizar inspecciones visuales. Menos fracturas, ciclos más rápidos, reducción de costes de servicio Gracias a la gran superficie de aspiración activa de la ventosa SWGm de óptimas dimensiones y reparto de cada uno de los puntos de aspiración, se reduce enormemente el efecto de las fuerzas estáticas y dinámicas sobre las obleas. La presión sobre las superficies ejercida por la ventosa SWGm es hasta 100 veces menor que la ejercida por las ventosas de elastómero o por las ventosas que funcionan según el principio de Bernoulli. De este modo se evita la aparición de fuerzas de cizalla sobre las obleas de silicio, de tan sólo 50 - 200 micrómetros de espesor, fuerzas que provocan daños microestructurales en los bordes o anomalías en el cristal. En los pasos posteriores del proceso, estos daños microestructurales pueden provocar la fractura de las obleas o disminuir el grado de efectividad de las células solares. Además, la gran superficie de contacto de la ventosa SWGm permite la absorción de fuerzas transversales muy altas y posibilita la máxima dinámica de procesos. En los procesos rápidos de Pick&Place - p. ej., al desapilar las obleas de la cinta de transporte y al clasificarla seguidamente en función de su clase de potencia y su coloración en hasta 72 pilas, - se pueden realizar aceleraciones de hasta 10 g y ciclos de menos de 1 segundo. En comparación con las ventosas Bernoulli, es posible entonces un aumento del 50 100 % de la cantidad de células producidas por hora. Se puede conseguir aún más eficiencia de procesos con los sensores de integración opcional, que permiten la integración de tareas de control y comprobación en los pasos de manipulación: los controles de las piezas, como el control de ocupación, medición de distancias, detección de fracturas y la detección de ocupación doble son posibles „on the fly“, es decir, sin necesidad de integrar pasos adicionales en el proceso con la correspondiente pérdida de tiempo. La importante reducción de las tasas de fracturas con una dinámica de manipulación máxima habla por sí sola y demuestra que tan sólo con un tecnología de ventosas de vacío perfeccionada se pueden lograr grandes avances en la productividad. Página 2/6 El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com La relación optimizada entre fuerzas de sujeción y fuerzas transversales en función del consumo de aire comprimido se traduce en una mayor eficiencia energética en el proceso de producción: para ello, la magnitud lógica para determinar la eficiencia en el consumo de energía no la constituye el consumo absoluto de aire comprimido en, p. ej., Nl/min, sino el consumo de aire comprimido necesario para conseguir la seguridad y exactitud de procesos necesaria. La magnitud decisiva es la fuerza de sujeción y la fuerza transversal máxima proporcional a la primera para garantizar una aceleración sin deslizamiento de la oblea. La relación entre la magnitud de entrada (consumo de aire) y la magnitud de salida (seguridad de procesos o exactitud de posicionamiento) se ajusta mucho mejor a la definición de eficiencia que el consumo absoluto de aire. Mediciones comparativas demuestran que con una fuerza de sujeción necesaria de, p. ej., 5 Newtons, el consumo de aire de la SWGm queda entre la mitad y un cuarto del consumido por las ventosas Bernoulli que se pueden adquirir en el mercado. Si basamos la comparación de costes de energía en un importe de 0,05 € por m³ de aire comprimido, es posible un ahorro de costes de más de 1.000 € al año por ventosa funcionando en servicio de tres turnos. Una línea completamente automatizada de producción de células con una salida anual de 50 MWp funciona 7 días a la semana en turnos de 24 horas. Si se utilizan 50 ventosas para superficies SWGm en una línea de producción de células solares de este tipo, se puede conseguir un ahorro de hasta 50.000 € al año sólo en aire comprimido, si lo comparamos con ventosas Bernoulli. Este cálculo todavía no tiene en cuenta que para utilizar ventosas Bernoulli en la manipulación de obleas se debe desengrasar o limpiar el aire comprimido, ya que el uso de tales ventosas provoca siempre el flujo de aire sobre la superficie de la oblea pues, de otro modo, se produciría una contaminación de la superficie y una reducción del grado de rendimiento de la oblea. Resumen Más rendimiento de la instalación, menos costes. Con la ventosa para obleas SWGm, Schmalz vuelve a marcar la pauta en cuanto a manipulación por vacío eficiente: En comparación con los principios de ventosas convencionales, la SWGm consigue ciclos notablemente más cortos y reduce la tasa de fracturas evitando deterioros en la sensible superficie de la ventosa – y ello con unos costes de servicio mínimos mediante una clara reducción del consumo de aire comprimido. (7.530 Zeichen inkl. Leerzeichen) Texto encajado: Con una superficie de aspiración de 5 o 6" de PEEK, la ventosa SWGm sujeta células de los tamaños convencionales en toda la superficie y sin dejar huellas. Disponibles con un peso propio de a partir de 210 g y una altura de construcción de 40 mm, la SWGm presenta una estructura extremadamente compacta. Página 3/6 El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com La ventosa SWGm consume sólo 60 l de aire por minuto a una presión de servicio de 1 bar – suficiente para un servicio seguro – lo que la hace muy energéticamente eficiente. Con ciclos de duración inferior a 1 s, la ventosa SWGm puede manipular dinámicamente obleas y células solares. Página 4/6 El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com Imágenes: Imagen 1: Elevada fuerza de sujeción con un mínimo de estrés sobre la célula: importante reducción de la tasa de fracturas mediante una minimización del efecto puntual de la fuerza. Imagen 2: Más rendimiento mediante la máxima velocidad de procesos: ciclos de menos de 1 segundo a aceleraciones superiores a los 10 g. Imagen 3: La más alta dinámica a los mínimos costes de servicio: excelente relación entre fuerzas de sujeción y fuerzas transversales en función del consumo de aire comprimido. Imagen 4 (imagen de apertura): Tasas de producción de 3.600 obleas / h en las líneas de producción automatizada de células FV exigen la absorción de fuerzas extremas de sujeción y transversales sin que se vea afectada la exactitud de posicionamiento y sin que las obleas sufran deterioros. Imagen 5: "La manipulación innovadora de células favorece notablemente la eficiencia de recursos en la producción fotovoltaica mediante una reducción de las tasas de fractura y un aumento del rendimiento". Dr. rer. nat. Mathias Kunz, Branchenmanager Solar, J. Schmalz GmbH Imágenes: J. Schmalz GmbH Página 5/6 El mundo de la tecnología del vacío www.schmalz.com Sobre nuestra empresa La empresa J. Schmalz GmbH de Glatten (Schwarzwald), Alemania, es uno de los proveedores líder en todo el mundo de tecnología de vacío. Su programa incluye productos y servicios de alta calidad para la técnica de la automatización, manipulación y fijación. Empresa con tradición fundada en 1910, ofrece a sus clientes de diversos sectores soluciones de vacío innovadoras y eficientes. La empresa tiene su sede central en Glatten, Alemania y cuenta con 16 filiales en el extranjero, dando trabajo a unos 600 empleados. Redacción y texto Edgar Grundler, Periodista especializado Contacto para consultas J. Schmalz GmbH Katrin Greiner Marketing Kommunikation Aacher Str. 29, D-72293 Glatten, Alemania Teléfono +49 (0)7443 2403-506 Telefax +49 (0)7443 2403-9506 [email protected] www.schmalz.com Encontrará más informaciones de prensa en nuestra página web. http://de.schmalz.com/aktuelles/presse/ Reproducción gratuita - Se ruega ejemplar justificativo Página 6/6