Handling Per Roboter: Kreislaufwirtschaft in der Solarindustrie

Solarmodule liefern jahrzehntelang Strom – und landen danach meist im Sondermüll. Das Magdeburger Cleantech-Unternehmen Solar Materials will dies ändern und setzt dabei auf Industrierobotik von ABB. Fünf 6-Achs-Roboter „IRB 6700“ automatisieren heute die ersten Schritte eines Recyclingverfahrens, mit dem sich bis zu 98 % der Rohstoffe zurückgewinnen lassen.

Ausgediente Solarmodule stecken voller wertvoller Rohstoffe: Glas, Silizium, Silber, Kupfer, Kunststoffe. In der Praxis bleibt das Recycling jedoch oft hinter seinem Potenzial zurück – aus Kostengründen. Lediglich dem hochwertigen Solarglas wird regelmäßig ein zweites Leben zuteil, als Schaumglas oder Füllstoff in Baumaterialien. Mit einer Verwertungsquote von 98 % des Solarmodulgewichts hat es sich Solar Materials zum Ziel gesetzt, die Kreislaufwirtschaft in der Solarbranche wirtschaftlicher zu gestalten. 

"Damit Nachhaltigkeitsinitiativen in gelebte Praxis übergehen, müssen sie sich wirtschaftlich abbilden lassen. Dazu muss das PV-Recyclingverfahren in Taktzeit, Materialfluss und Fehlerfreiheit durchoptimiert sein", betont Jan Bargel, Mitbegründer und CTO des Unternehmens. Möglich wird dies auch durch die Präzision und Effizienz, die Automatisierung mit sich bringt. Dazu wählte Solar Materials ABB Robotics als Automatisierungspartner.

Ergonomisch und wirtschaftlich handhaben

"Wenn unser Partner die Panels zur Aufbereitung anliefert, standen diese zum Teil jahrzehntelang auf einer Freifläche", berichtet Bargel. Teilweise sind die Panels dann auch mit Schlamm oder anderen Fremdkörpern behaftet. Durch die U-Form der Rahmen sammelt sich zudem leicht Regenwasser in den Modulen. Ein ursprünglich 20 kg schweres Panel bringt dann schnell das Doppelte auf die Waage – eine große Zusatzbelastung für Mitarbeiter, die es tragen müssen. Dieses manuelle Handling ist nicht nur unergonomisch und birgt Sicherheitsrisiken, es ist auch fehleranfällig.

Neben der körperlichen Entlastung der Mitarbeiter ist Kosteneffizienz ein zentraler Erfolgsfaktor des Recyclingkonzepts von Solar Materials. Denn der Materialwert eines recycelten Solarmoduls ist begrenzt. Hohe Stückzahlen und ein reibungsloser Prozess sind somit Voraussetzungen für ein wirtschaftliches Recycling.

Schnell wurde klar: Die geforderte Ergonomie, Präzision und Taktung des Verfahrens lassen sich nur mit Automatisierung bewältigen. Bei der Suche nach dem passenden Partner fiel die Wahl auf ABB Robotics. Der von Solar Materials beauftragte Systemintegrator, der die einfache Programmierbarkeit der ABB-Roboter und gute Integrationsfähigkeit schätzt, realisierte eine erste Pilotanlage mit einem gebrauchten Industrieroboter des Herstellers. Die positiven Erfahrungen mit Zuverlässigkeit und Bedienbarkeit führten dazu, dass Solar Materials auch in der neuen Linie auf ABB-Technik setzt. Ein zusätzlicher Pluspunkt: Die Kolleginnen und Kollegen kannten die Systeme bereits. So gestaltete sich die Bedienung noch intuitiver.

Roboter sichern gleichbleibende Präzision

Für die nötige Präzision und Ergonomie sorgen heute in der Aufbereitung der Solarpanels fünf ABB-Roboter vom Typ IRB 6700 mit IP67-Schutzklasse, "Safemove"-Funktionalität und "Omnicore"-Steuerung. Drei Roboter in einer umzäunten Zelle übernehmen das Handling im vorderen Anlagenbereich. Zwei weitere laufen auf einer Verfahrachse und versorgen die nächsten Bearbeitungsstationen. Die Industrieroboter greifen die Solarmodule von der Palette und schwenken sie kontrolliert aus, um sie vollständig von Wasser zu befreien. Außerdem entfernen sie Kabel und Verteilerdosen und transportieren die Module zur nächsten Bearbeitungsstation. "Ein Portalsystem hätte für uns nicht funktioniert", unterstreicht Bargel. "Wir brauchen volle Freiheitsgrade, weil bei uns kein Modul dem anderen gleicht."

Rund 120.000 unterschiedliche Solarmodultypen gibt es am Markt, so Bargel. Angesichts dieser Variantenvielfalt spielen die ABB-Roboter ihre Vorzüge aus: Sie sind in der Lage, Solarmodule mit verschiedensten Abmessungen individuell zu erfassen und anzupassen – ohne aufwendiges Nachteachen. Dafür wird jedes einzelne Modul über ein integriertes Machine-Vision-System erfasst; die Roboterpfade werden dynamisch angepasst. Die Fertigungshalle von Solar Materials misst 25 × 120 m, trotzdem wird die Fläche schnell knapp. Dank ihrer Freiheitsgrade können die ABB-Roboterarme auch "um die Ecke" agieren, ohne zusätzliches Fördertechnikgeflecht – daher ließ sich die gesamte Anlage kompakt dimensionieren.

Solarmodule aufbereiten im Minutentakt

Ein halbes Jahr nach Beginn des Automatisierungsprojekts verarbeitet die automatisierte Linie von Solar Materials rund 1.200 Module pro Tag. Das Ziel liegt bei täglich 2.000 bis 2.500 Modulen, bei einer geplanten Taktzeit von einer Minute pro Einheit. Eine zweite Linie ist bereits in Planung, um die aktuelle Recyclingkapazität von 7.000 t Material pro Jahr auf 21.000 t zu erhöhen. 

"Für uns ist klar: Wenn wir die Kreislaufwirtschaft in der Solarbranche industrialisieren wollen, brauchen wir Systeme, die mit der Komplexität des Inputs umgehen können – und das dauerhaft, wartungsarm und robust. Genau das leisten die ABB-Roboter in unserem automatisierten Prozess", resümiert Bargel.