El mundo de la tecnología del vacío Informe técnico "El constructor"

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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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Katrin Greiner
Marketing Kommunikation
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