Kreislaufwirtschaft Solarmodule effizient und nachhaltig wiederverwerten

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Fünf Sechsachs-Roboter von ABB vom Typ IRB 6700 automatisieren bei Solar Materials die ersten Schritte des Recycling-Verfahrens, mit dem sich bis zu 98 Prozent der Rohstoffe zurückgewinnen lassen.

Solarmodule liefern jahrzehntelang Strom – und landen danach meist im Sondermüll. Das Magdeburger Cleantech-Unternehmen Solar Materials will das ändern und setzt dabei auf Industrierobotik von ABB. Denn ausgediente Solarmodule stecken voller wertvoller Rohstoffe: Glas, Silizium, Silber, Kupfer sowie 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 als Füllstoff in Baumaterialien.

Mit einer Verwertungsquote von 98 Prozent des gesamten Solarmodulgewichts hat sich das Magdeburger Cleantech-Unternehmen zum Ziel gesetzt, die Kreislaufwirtschaft in der Solarbranche wirtschaftlicher zu gestalten. „Damit Nachhaltigkeitsinitiativen in die gelebte Praxis übergehen, müssen sie sich wirtschaftlich abbilden lassen. Dazu muss das PV-Recyclingverfahren in Taktzeit, Materialfluss und Fehlerfreiheit durchoptimiert sein“, erklärt Jan Bargel, Mitbegründer und CTO von Solar Materials. Möglich wird dies durch die Präzision und Effizienz, die Automatisierung mit sich bringt. Dazu wählte das Unternehmen ABB Robotics als Automatisierungspartner.

Heikle Fracht ergonomisch und wirtschaftlich handhaben mit Robotik

„Wenn unser Partner die Panels zur Aufbereitung anliefert, sind diese zum Teil jahrzehntelang auf einer Freifläche gestanden“, berichtet Jan Bargel. Teilweise sind die Panels also mit Schlamm oder anderen Fremdkörpern behaftet. „Das Ausgefallenste, das wir an einem Modul mal gefunden haben, war ein Bienennest – zum Glück nicht mehr bewohnt“, schmunzelt Bargel. Durch die U-Form der Rahmen sammelt sich zudem leicht Regenwasser in den Modulen. Ein ursprünglich 20 Kilogramm schweres Panel bringt dann schnell das Doppelte auf die Waage – eine große Zusatzbelastung für die Mitarbeitenden, die es tragen. Dieses manuelle Handling ist nicht nur unergonomisch und birgt Sicherheitsrisiken, sondern ist auch fehleranfällig.

Autonome Mobile Roboter

Neue AMR-Plattform transportiert Waren bis zu 250 Kilogramm

Neben der körperlichen Entlastung der Mitarbeitenden ist Kosteneffizienz ein zentraler Erfolgsfaktor des Recycling-Konzepts der Solar-Experten. Denn: Der Materialwert eines recycelten Solarmoduls ist begrenzt. Hohe Stückzahlen und ein reibungsloser Prozess sind somit Voraussetzung für ein wirtschaftliches Recycling.

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

120.000 Varianten – gleichbleibende Präzision dank Robotik

Für die nötige Präzision und Ergonomie sorgen heute in der Aufbereitung der Solarpanels insgesamt fünf ABB-Roboter des Typs IRB 6700 mit IP67-Schutzklasse, SafeMove-Funktionalität und OmniCore-Steuerung. Drei Roboter in einer sicher umzäunten Roboterzelle 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 dann zur nächsten Bearbeitungsstation. Entscheidend für Bargel: „Ein Portalsystem hätte für uns nicht funktioniert. Wir brauchen volle Freiheitsgrade, weil bei uns kein Modul dem anderen gleicht.“

Tatsächlich gebe es am Markt rund 120.000 unterschiedliche Solarmodultypen, 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 – ganz ohne aufwändiges Nach-Teachen. Dafür wird jedes einzelne Modul über ein integriertes Machine-Vision-System erfasst; die Roboterpfade werden dynamisch angepasst.

Die Halle in Magdeburg misst 25 × 120 Meter, trotzdem wird die Fläche schnell knapp. Dank ihrer vielen Freiheitsgrade können die Roboterarme auch „um die Ecke“, ohne zusätzliches Fördertechnikgeflecht – dadurch ließ sich die gesamte Anlage kompakt dimensionieren.

Solarmodule aufbereiten im Minutentakt

Ein halbes Jahr nach Beginn des Automatisierungsprojekts verarbeitet die automatisierte Linie beim Anwender rund 1200 Module am Tag. Und das ist erst der Anfang. Das Ziel liegt bei 2000 bis 2500 Modulen täglich, bei einer geplanten Taktzeit von einer Minute pro Einheit. Eine zweite Linie ist bereits in Planung, um die aktuelle Recycling-Kapazität von 7000 Tonnen Material pro Jahr auf 21.000 Tonnen 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 Jan Bargel.