Для воплощения перспективной концепции использования солнечной энергии в районах с высокой плотностью населения посредством складных панелей, требовалось внедрение передовой роботизированной системы автоматизации и технологий управления от ведущей компании ABB.
Задача
Dhp Technology нуждалась в решении для автоматизации, позволяющем осуществлять точное позиционирование компонентов при сборке уникальных складных солнечных панелей, не имеющих аналогов на территории Швейцарии.
Робот IRB 6700-150 производства ABB обеспечивает автоматизацию процесса соединения двух пластин солнечной панели с высокой точностью и производительностью. Система управления и технология подачи материалов, разработанные компанией B&R, являющейся частью ABB, гарантируют стабильность работы автоматизированного комплекса.
Применение
Обеспечение точной ориентации компонентов солнечных панелей посредством роботизированной системы автоматизации.
Солнечная энергия приобретает все большее значение в процессе перехода к экологически чистым источникам энергии. В Швейцарии ее потенциал значительно выше, чем у ветряной энергетики. Однако возникает вопрос: где разместить достаточное количество фотоэлектроустановок в стране с высокой плотностью населения, чтобы солнечная энергия смогла догнать лидеров энергетического сектора? На данный момент она обеспечивает лишь 3% от общего объема производимой электроэнергии, что указывает на перспективу активного внедрения передовых технологий.
Именно такую реализацию осуществляет компания Dhp Technology, расположенная в кантоне Гризон (Швейцария).
Хотя вопросы размещения солнечных энергетических систем на крышах и фасадах достаточно изучены, применение подобного подхода в Швейцарии затруднено из-за ограниченности открытых пространств. В связи с этим компания Dhp приняла решение использовать существующие территории промышленных предприятий для создания площадок по производству солнечной энергии, не нарушая при этом их текущую деятельность.
Одним из возможных мест для размещения таких установок являются резервуары очистных сооружений. По всей территории Швейцарии установлено более 800 резервуаров, которые сами по себе являются значительными потребителями электроэнергии. Размещение солнечных панелей над ними могло бы стать эффективным способом снижения нагрузки на энергосистему. Тем не менее, создание стационарной солнечной энергетической системы над этими резервуарами невозможно из-за необходимости обеспечения свободного доступа для крановой техники.
«Именно на этом этапе в дело вступает наша запатентованная разработка – складная крыша с интегрированными солнечными панелями из легких конструкций с использованием системы тросов», – поясняет Джан Андри Дием (Gian Andri Diem), сооснователь и управляющий партнер dhp.
Элементы складной солнечной крыши, получившей название Horizon («Горизонт»), хранятся в устойчивом к воздействию ветра контейнере и раскладываются обратно одним нажатием кнопки. Они также автоматически складываются при приближении шторма, града или обильных снегопадов. Для снижения веса панелей при их изготовлении применяются инновационные фотоэлектрические элементы без использования стекла.
Первопрототип данной системы был установлен компанией Dhp Technology в начале 2017 года для обслуживающей организации IBC Energie Wasser Chur над резервуарами очистных сооружений на их основном производственном комплексе, расположенном в кантоне Граубюнден. При полном раскрытии солнечная энергетическая система занимает территорию, эквивалентную площади футбольного поля. Ежегодно она генерирует 550 000 кВт·ч электроэнергии, что сопоставимо с годовым энергопотреблением примерно ста двадцати домохозяйств. При этом около двадцати процентов вырабатываемой энергии используется самой очистной станцией. Благодаря успешной реализации пилотного проекта система получила множество наград и вскоре поступили новые заказы.
Следующий шаг
«Стало очевидно, что нам необходимо организовать серийное производство в непосредственной близости от нашего предприятия, чтобы наши специалисты могли продолжать совершенствовать систему», – говорит Андреас Хюгли (Andreas Hügli), основатель и управляющий партнер Dhp Technology. Компания Dhp нашла подходящее производственное помещение в Цицерсе, недалеко от Ландкварда, и заключила соглашение о сотрудничестве с компанией Aerne Engineering для проектирования и запуска этого производства.
Сердцем производственного процесса является полностью автоматизированное изготовление отдельных элементов для складных солнечных крыш, где фотоэлектрические модули фиксируются на каркасе посредством специального клея. Для выполнения этой операции используется робот IRB 6700-150 от компании ABB. Этот манипулятор обладает радиусом действия в 3,2 метра, способен поднимать грузы весом до 150 кг и отличается высокой точностью при выполнении операций. По мнению Свена Фюрера (Swen Fürer), директора по продажам в Aerne Engineering, робот IRB 6700-150 является оптимальным решением для подобной задачи.
Автоматизация процесса
Робот аккуратно захватывает фотоэлектрическую панель с помощью вакуумных присосок и позиционирует ее с исключительной точностью на клеевую поверхность. Применение плазменного пучка существенно повышает прочность склеивания. После этого он плотно прижимает готовую панель к раме из хромированной стали, которая также предварительно обрабатывается плазмой и имеет слой клея на контактной поверхности. В заключение робот помещает склеенный элемент в автоматизированный многоуровневый стеллаж для отверждения в течение 8 часов. Весь цикл склейки компонентов занимает приблизительно 160 секунд.
Для подготовки рамы, солнечной панели и управления гибкой производственной ячейкой Aerne Engineering использует технологии управления и конвейерные системы, включая программируемые контроллеры, приводы и регуляторы от компании B&R, являющейся дочерним предприятием ABB.
С целью минимизации объема монтажных работ непосредственно на объекте, рабочие собирают модули в единую конструкцию. Кроме того, заранее выполняется ручная сборка компонентов системы приводов и кабелей.
«Наш коллектив получил запрос на реализацию проекта, характеризующегося обширным перечнем требований, причем заказчик проявил готовность к открытому обсуждению деталей с целью выявления потенциальных рисков и поэтапной отработки решения посредством проб и ошибок при внедрении этой новой, непростой системы», – подчеркивает Силас Бюхлер (Silas Bühler), старший менеджер проектов в Aerne Engineering. Впервые на площадке Aerne Engineering были разработаны и протестированы особенно сложные технологические процессы, такие как предварительная обработка с использованием плазмы. Возможность применения роботизированного решения была заранее проанализирована с помощью передового программного обеспечения RobotStudio компании ABB.
В сентябре 2019 года компания Dhp начала серийное производство в Цицерсе. «Роботизированная система ABB демонстрирует работу, полностью соответствующую нашим ожиданиям, и аналогичная ситуация наблюдается при интеграции систем управления от B&R», – делится Фабиан Фогельбахер (Fabian Vogelbacher), директор по производству компании Dhp.
Недавно компания заключила контракт на монтаж складных крыш с солнечными панелями над парковкой для энергетической компании St. Gallisch Appenzellischen Kraftwerke AG. Весной 2020 года солнечные панели были установлены на парковке канатной дороги Якобсбад – Кронберг. Этот проект стал очередным этапом в инновационном и экологически ответственном использовании существующей инфраструктуры для продвижения чистой солнечной энергии, предназначенной для энергетической системы Швейцарии.
