Many clients: CTS has sold over 40 climatic chambers in the PV sector in the last 2 years. Spanish module manufacturer Siliken SA was one of their customers.

Walk-in climate rooms

Germany-based CTS Clima Temperatur Systeme GmbH is one of many companies that offer custom-designed climatic chambers and racks, enabling a maximum number of modules to be tested at once. »In the last two years we have sold over 40 systems to the PV industry,« says CTS’ sales manager Nathalie Maute. Solon AG in Germany uses CTS’ chambers, as does Siliken SA in Spain. Other solar clients include the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), the University of Cottbus and Cetecom SA.
The southern German company has provided data for two of its models. Its CW -60/3 offers around 3.3 m3 of testing space for all thermal tests according to the IEC 61215 and 61646, and can bear PV modules that weigh up to 350 kg. The total system measures 4,050 × 1,550 × 2,400 mm and weighs 4,000 kg. With average cooling-down and heating-up rates both at 2 °C/min, the CW -60/3 is priced between €80,000 and €140,000 ($106,200 and $185,900). Its other model, the CW +10/8, is a pared-down version offering a testing space of 8 m3, more than double that of the CW -60/3. The low cooling-down and heating-up rates of 0.3 °C/min are still suitable for the damp-heat test of 200 kg modules according to international standards for PV modules. The CW +10/8 is offered at a lower price between €60,000 and €95,000 ($79,700 and $126,100). Both systems come with a warranty time of 2 years and a relatively lengthy delivery time of up to 24 weeks.

Module aging – corrosion and weak points

For PV modules, not only is the initial output power important, long life stability and durability are also essential. According to the international IEC 61215 standard for crystalline silicon cell-based modules and the IEC 61646 for all thin-film module types, as well as the American UL1703 standard, a series of aging tests have to be passed. A module passes if it doesn’t display major visual alterations and its performance doesn’t decrease more than 5 percent after each of these tests. The three tests use extreme climate conditions to provide accelerated aging – damp heat,	thermal cycling and humidity freeze – and take place in a climatic chamber. During the damp-heat test, a module is stored for at least 1,000 hours at 85 °C and 85-percent humidity. In the thermal cycling test, the module temperature changes between -40 °C and 85 °C for 50 or 200 cycles, while modules have to withstand cycles of -40 °C and 85 °C and a humidity of 85 percent in the humidity-freeze test. Some module manufacturers try even longer times and more cycles to make sure that their product will withstand 20 to 25 years of operation.	Delamination of the PV module and the contact strips, as well as corrosion of junction boxes and cables, are common failures during the tests. All these failures will finally lead to a total malfunction of the module. Also, corrosion of the PV active layers, such as absorbers or transparent conductive oxide layers (TCO) negatively impact module power. While these IEC/UL tests are criticized for their inability to simulate real-world conditions (see interview, p. 148), most in the industry agree that they provide both module manufacturers and customers with basic quality information on the products.

Text Olga Papathanasiou

Climatic Chambers

Dezember 2008

Die Wunschliste ist lang
Regierungspräsident Strampfer kann aber nicht alle Wünsche erfüllen

Bürgermeister Jürgen Weber (rechts) und Regierungspräsident Hermann Strampfer (Mitte) beim Blick in eine der großen Sonderanfertigungen von CTS, mit der allerlei Umwelteinflüsse und dergleichen simuliert werden können.
Foto: E. Wais

In den Familien dürften die Wunschlisten längst geschrieben sein. Die Stadt Hechingen konnte gestern ihre Förderwunschliste an Regierungspräsident Hermann Strampfer selbst überreichen.

EBERHARD WAIS

Hechingen Hermann Strampfer, Regierungspräsident in Tübingen, mag sich mitunter vorkommen wie der Weihnachtsmann, wenn ihm bei seinen mittlerweile über 100 Vor-Ort-Besuchen in den Städten und Gemeinden des Regierungsbezirks lange Wunschlisten für Fördermittel und Bauvorhaben überreicht werden.

Aber so direkt wollte Hechingens Bürgermeister Jürgen Weber beim Besuch des beamteten staatlichen "Weihnachtsmannes" nicht vorgehen. Also präsentierte er zunächst anhand der Leitlinien zur Stadtentwicklung bis ins Jahr 2015 Ziele und Konzepte der Stadt. Zwölf Entwicklungslinien der wichtigsten kommunalen und gesellschaftlichen Bereiche sind da zusammengefasst und sie charakterisieren die Stadt unterm Zoller recht treffend, auch wenn manche Ziele heuer etwas entfernter scheinen als bei ihrer Formulierung - etwa die Erhebung zur Großen Kreisstadt.

Aber andere, für die Tagesarbeit wichtigere Aufgaben bleiben: die wirtschaftliche Bestandspflege und die Gewerbeflächen (Nasswasen), das touristische Umfeld (Campingplatz) und der Verkehr in Richtung Stuttgart (B 27), die unbestrittene hohe Lebens- und Wohnqualität, der Ausbau der Kinder- und Jugendangebote (und deren Finanzierung) und der schulischen Einrichtungen (Hechingen als starker Schulstandort mit Hallendefizit). Auch der Bereich Soziales und medizinische Versorgung in einer Stadt, die sich gerade das Thema "Gesundheit" auf die Fahnen geschrieben hat, brennt auf den Nägeln (Notfallversorgung), "im Zweifel werden wir uns dafür verkämpfen".

Natürlich ist im Jahr 2008 das Unwetterthema zentral. Die Stadt hatte hierzu eine ganze Reihe von Maßnahmen und Förderanträgen vorbereitet, für die Bürgermeister Weber einen positiven Entscheid erhofft: "Die Menschen brauchen ein Signal, dass es weitergeht". Als da sind die Wuhrbrücke in Schlatt, für die man bei Kosten von einer Millionen Euro 70 Prozent Zuschüsse erhofft. Oder die allgemeinen Hochwasserschutzmaßnahmen, die man gerne zu 50 Prozent gefördert sähe. Auch im Weiherstadion ist der Schaden groß, der Hartplatz muss beispielsweise ersetzt werden und das kostet 250 000 Euro. Oder in der Kläranlage, wo man sich für die nach Abzug der Versicherungsleistungen verbleibenden 250 000 Euro Schaden 60 000 bis 80 000 Euro Zuschuss erhofft. Für die Dreifeldhalle am Gymnasium hat die Stadt einen Zuschussantrag von 730 000 Euro gestellt und hofft auf Gelder aus der Sportförderung. Nicht zuletzt sind zwei Mensen, eine am Schlossberg, die andere am Gymnasium zu bauen, was mit einer ordentlichen Förderung natürlich leichter geht.

Aber wie das so ist mit dem vorweihnachtlichen Wunschzettel, man schreibt immer mehr drauf, als es dann wirklich gibt. So wird auch die Stadt Hechingen wohl mit dem einen oder anderen "Ausfall" ihrer Wunschförderliste rechnen müssen. Das machte Regierungspräsident Strampfer gleich gegenüber der Stadtverwaltung und den Hechinger Gemeinderäten, die sich an diesem Vormittag Zeit für den Besuch genommen hatten, deutlich: Natürlich werde die Region um Hechingen nach dem Unwetter vorrangig behandelt, aber die Fördertöpfe seien deshalb trotzdem begrenzt, zusätzliches Geld müsse woanders eingespart werden. Immerhin habe das Weiherstadion Aussichten auf eine Förderung aus dem Ausgleichsstock. Bei der Dreifeldhalle seien die Chancen ebenfalls da, aber die Sportfördermittel seien mit zwei Millionen Euro bei 90 Anträgen doch sehr gering. Während die Ortskernsanierung in Schlatt mit erhöhter Förderung rechnen könne und die Wuhrbrücke sogar Priorität habe, sähen die Fördermöglichkeiten bei der Kläranlage eher mau aus. Hier gilt die so genannte Schwellenwertberechnung. Solange beispielsweise die Abwassergebühr unter 5,90 Euro liegt, gibt es keine Förderung. Immerhin sei der Schutzdamm wohl förderfähig. Letztlich setzt Regierungspräsident Hermann Strampfer auch noch auf das Milliarden-Konjunktur-Programm des Landes, um das sich das Regierungspräsidium besonders bemühen möchte. Was davon freilich bis nach Hechingen kommt....

...Selbsthilfe könnte da noch der erfolgversprechendere Weg sein. Beispielsweise bei der Schaffung und Sicherung von Arbeitsplätzen. Ein gutes Beispiel hierfür besichtigten Hermann Strampfer, Bürgermeister Weber und die Gemeinderäte anschließend, als sie die Firma CTS - Clima, Temperatur, Systeme, besuchten. Die Firmenchefs Peter Jehs und Helmut Maute stellten ihr Unternehmen vor, das in rund zwölf Jahren von null auf über 100 (Mitarbeiter) emporschnellte und heute 20 Millionen Euro Umsatz macht. Erst jüngst wurde wieder eine neue Produktionshalle in Betrieb genommen. Sicherlich beeinflusse die gegenwärtige Finanz- und Wirtschaftskrise auch ihr Unternehmen, aber man habe sich auf hoch technische Sonderanfertigungen spezialisiert und komme in dieser "Nische" sehr gut zurecht. Vor allem die Sparte der Umweltsimulationen prosperiert (wobei man etwa die Umwelteinflüsse Grönlands oder des Death Valley in einer Klimaanlage simuliert und dadurch große Kosten spart). Produziert wird, nicht zuletzt wegen der hohen Qualitätsanforderungen, ausschließlich in Deutschland, vertrieben werden die Anlagen und Sonderanfertigungen aber über ein weltweites Netzwerk. Gerade in der breiten Kundenstruktur sieht das Unternehmen auch eine stabile Existenzgarantie.

Aber nicht nur derart innovative "Lichtblicke" im derzeit eher düsteren wirtschaftlichen Umfeld interessierten den Regierungspräsidenten, sondern auch die reale Situation vor Ort. So besichtigte er beispielsweise den Schlatter Ortskern und die Wuhrbrücke.

Erscheinungsdatum: Samstag 13.12.2008
Quelle: http://www.suedwest-aktiv.de/

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März 2006

Messen, Steuern, Regeln und Automatisieren

  
Grupp, Siegfried;
Meier-Rampf, Markus

Wanderer zwischen den Welten
Halbleiterschütze ermöglichen die exakte Temperaturreglung in Klimakammern

Siegfried Grupp, Markus Meier-Rampf

Bei klimatischen Bedingungen, unter denen jeder normale Mensch Schockzustände bekommt, beginnt für Spezialisten im Bereich Umweltsimulation der ganz normale Alltag. Mit ihren Prüfkammern bilden sie Situationen und Einflüsse ab, die gegensätzlicher nicht sein könnten. Damit lassen sich Bauteile unterschiedlichster Art in kurzer Zeit auf ihre Qualität prüfen. Für genau reproduzierbare Temperaturverhältnisse sorgen Halbleiterschütze, die auch im Dauerbetrieb kurze Schaltzyklen erlauben.


"Die Physik ist unsere Grenze", betont Dipl.-Ing. Helmut Maute, Geschäftsführer der CTS Umweltsimulation GmbH im schwäbischen Hechingen. Und in der Tat bedeuten die meisten Aufträge für ihn und seine Mannschaft eine Gratwanderung zwischen dem technisch Machbaren und dem schier Unmöglichen. Denn sie sind Spezialisten im Bereich der Umweltsimulation. Das bedeutet, dass sie in entsprechend aufgebauten Kammern die widrigsten Umwelteinflüsse wie Hitze, Kälte, Klima, Vibration, Licht, Schadgas oder Salznebel nachstellen. "Entscheidend ist, dass wir sehr viel Know-how im Bereich Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Elektronik besitzen", erklärt Maute. Das führt dazu, dass stets moderne Technik eingesetzt wird, um die angesprochenen Grenzen des Machbaren immer weiter fassen zu können. Ein Beispiel sind die Halbleiterschütze Sirius SC von Siemens. "Damit haben wir nur die besten Erfahrungen gemacht; Heizungsausfälle reduzieren sich dadurch nahezu auf Null", bestätigt Dipl.-Ing. Udo Meerbott, Leiter der Auftrags- und Materiallogistik.

Das Besondere an diesen Niederspan-nungs-Schaltgeräten ist, dass sie geräuschlos und praktisch verschleißfrei schalten. Gerade wenn es darauf ankommt, Temperaturen exakt zu Regeln, sind sie für das Schalten der Heizelemente geeignet. "Wir verfolgen bei der Planung von Anlagen die Philosophie der Gleichteile", betont Meerbott. Das Unternehmen baut deshalb in alle seine "Kammern" den Sirius-SC-Typ 3RF23 mit 20 A Bemessungsstrom ein und nutzt das abgestufte Typenspektrum mit einem Schaltvermögen von bis zu 90 A gar nicht aus. "Diese belasten wir standardmäßig mit 9 oder 13 A", ergänzt Meerbott.

Schockprüfung bis zu 300 °C Temperaturunterschied

Jährlich verlassen rund 400 solcher Klimakammern das Werk in Hechingen. Häufig lautet die Aufgabenstellung, eine Prüfkammer für besonders krasse Temperaturunterschiede zu bauen. Das heißt z. B., in der oberen Hälfte sollen +200 °C herrschen und in der unteren vielleicht -80 °C. Die Schockprüfung für entsprechende Bauteile besteht darin, sie zyklisch zwischen diesen beiden Extremen hin und her zu fahren.

Sowohl verfahrenstechnisch als auch maschinenbauseitig sind hierfür höchste Ansprüche zu erfüllen. Die Temperaturgenauigkeit für den beheizten Bereich liegt z. B. je nach Anforderung in der Größenordnung von 0,1 bis 1 °K. "Das können wir nur mit Halbleiterschützen erreichen", weiß Maute. Bei ohmschen Lasten, wie sie in dieser Anwendung auftreten, lassen sich die Sirius SC komfortabel über die Nullpunktschaltung betätigen. Das hat den Vorteil, dass die Schütze in diesem Punkt wenig thermisch belastet werden, was sich automatisch positiv auf deren Lebensdauer auswirkt.

Je nach Bedarf wird über Einschaltdauer und -häufigkeit der notwendige Strom feinfühlig dosiert. Bei CTS bewegt sich das Impuls-Pausen-Verhältnis bei 0,5. Das bedeutet konkret, pro Sekunde werden die Halbleiterrelais einmal ein- und ausgeschaltet. Das zeigt sofort einen weiteren Vorteil, nämlich das lautlose und verschleißfreie Schalten dieser Schaltgeräte.

Seit mittlerweile drei Jahren verwenden die Hechinger diese Halbleiterschütze. Nach ihrer Erfahrung ist es von großem Vorteil, dass diese und die dazu passenden Kühlkörper exakt aufeinander abgestimmt sind. "Die so aufgebauten Halbleiterschütze brauchen wir nur noch auf die Hutschiene zu schnappen und zu verdrahten", berichtet Manfred Schuler, zuständig für Entwicklung und Konstruktion. Durch den isolierten Montagefuß funktioniert das problemlos und selbst auf Trägerplatten lassen sich die Schütze mit Hilfe von Befestigungsschrauben montieren.

Wichtig beim Aufbau einer Temperaturregelung ist natürlich die Verarbeitung der Sensorrückmeldung. Deshalb bietet Siemens passende Funktionsmodule an. Ein Konverter wandelt dabei ein analoges Signal in ein pulsweitenmoduliertes Digitalsignal um. Die betreffenden Halbleiterschütze und -relais können damit leicht in eine Leistungsregelung eingebunden werden. Bei CTS geht man einen anderen Weg, wie Schuler bestätigt: "Wir führen die Signale unserer PT100-Temperatursensoren direkt auf unsere Steuerung und schließen damit den Regelkreis mit den Sirius-SC."

Funktionsmodule für unterschiedlichste Anwendungen

Fällt im Betrieb ein Heizelement aus, können die vorgegebenen Temperaturprofile evtl. nicht mehr eingehalten werden und der Anwender muss reagieren. Die Anwender der Klimakammern sehen das meist pragmatisch. "Eine Ausfallerkennung", so Maute, "ist für unseren Bedarf nicht notwendig." Sollten wirklich mal ein oder mehrere Heizelemente ihren Dienst verweigern, so erkennt das der Betreiber schnell am Temperaturabfall in der Kammer. Danach kann er entscheiden, ob er die Tests kurzzeitig unterbricht oder entsprechend länger fährt. Dagegen hat in einer Produktion die Reaktionszeit bei einem Temperaturabfall oft einen erheblichen Einfluss auf den Prozess, z. B. beim Verkleben von mehreren Komponenten. Für solche Anwendungsfälle bietet Siemens im Sirius-Programm das Modul "Lastüberwachung", das im angeschlossenen Lastkreis einen Heizkreisausfall blitzschnell erkennt und signalisiert. Bis zu sechs Elemente kann dieses Modul in der Standardausführung beobachten - in der erweiterten sind es sogar zwölf.

Ein typischer Auftrag für CTS ist z. B. eine Schocktestkammer mit 130 l Inhalt, aufgeteilt in eine obere heiße und eine untere kalte Zone. Ein Aufzugsystem, das über eine Kugelrollspindel angetrieben wird, bewegt die Prüflinge auf und ab. Für die Aufheizung auf über 200 °C sorgen drei Sirius-SC-Halbleiterschütze mit je 25 A Bemessungsstrom. Von oben erfolgt der Netzanschluss, nach unten geht es zu den Verbrauchern. Bei den reinen Halbleiterrelais gibt es jedoch auch die Möglichkeit, die gesamte Verkabelung von oben zu führen. Dies gilt für die 45 mm breite Bauform 3RF20.

Das richtige "Schuhwerk" entscheidet

Die Entwicklung und der Bau von Kammern zur Umweltsimulation erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Produkthaftungsgesetze und die steigenden Qualitätsansprüche von Endkunden sorgen weltweit für viel Bewegung in diesem Nischenmarkt. Das gibt Unternehmen mit dem entsprechenden Wissen die Chance, ihre Leistungsfähigkeit zu beweisen und dabei die Grenzen des Machbaren sukzessive zu ihren Gunsten zu verschieben. "Die Voraussetzung dafür ist", betont Maute abschließend, "in allen Bereichen stets modernste Technik zu nutzen und auf zuverlässige Komponenten bauen zu können." Schließlich ist das richtige "Schuhwerk" für Wanderer zwischen den Welten Erfolgs entscheidend.


Ausführliche Informationen erhalten Sie über die Kennziffer.

SIEMENS A&D 901
Autoren: Siegfried Grupp ist Vertriebsbeauftragter und Markus Meier-Rampf ist Marketing-Promotor bei der Siemens AG Automation and Drives in Stuttgart

MSR-Magazin, Heft 03/2006, S. 38
Vereinigte Fachverlage GmbH
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