In dem Forschungsprojekt „Selbstlernende Photovoltaik-Fabrik“, kurz Selfab, arbeiten fünf Forschungsinstitute aus Baden-Württemberg zusammen mit der Industrie seit knapp zwei Jahren an intelligenten Produktionsanlagen für die Solarfabrik der Zukunft. Ziel des Vorhabens sei es, Grundlagen einer selbstlernenden Fabrik für den Anlagen- und Maschinenbau zu entwickeln, heißt es in einer Erklärung. Die Erschließung ungenutzter Potenziale durch die KI könnte auch die Ansiedlung von Photovoltaik-Fabriken in Deutschland und Europa wieder attraktiv machen. Die bisherigen Erfolge lassen erwarten, dass die Ziele bis zum Projektende im Juli 2021 erreicht werden können.
Algorithmen für die Solarproduktion nutzen
Beteiligt an Selfab ist das Fraunhofer ISE sowie das ZSW. Das Vorhaben wird von einem offenen Industriebeirat begleitet. Das Ministerium für Wirtschaft und Arbeit in Baden-Württemberg fördert das Projekt im Rahmen der Digitalisierungsstrategie des Landes mit rund zwei Millionen Euro. Die Herstellung von Hightech-Solarzellen und -modulen erfordert viele komplexe Prozessschritte und Materialien.
Entsprechend hoch ist deshalb auch das Datenaufkommen bei der Produktion. Eine vollumfängliche Aufarbeitung und Nutzung dieser Daten hat ein enormes Potenzial für die Weiterentwicklung und Optimierung der Fertigung. Hierfür sind Verfahren und Methoden notwendig, die diese Menge an hochdimensionalen Daten aus dem Internet der Dinge in Echtzeit verwerten können.
Herstellung von Silizium- und CIGS-Dünnschichtsolarzellen verbessern
Bislang werden die Möglichkeiten zur übergreifenden Datenverarbeitung und Selbstoptimierung von vernetzten Anlagen mit Algorithmen noch kaum genutzt. Maschinenbauunternehmen in Baden-Württemberg, die auf die Herstellung von Produktionsanlagen für Silizium- und CIGS-Dünnschichtsolarzellen und -module spezialisiert sind und sich weltweit hohe Marktanteile erarbeitet haben, können sich hier Wettbewerbsvorteile verschaffen.
„Die Kooperation von Produktionsautomation und Photovoltaikforschung auf dem Gebiet der Silizium- und CIGS-Dünnschichtsolarzellen schafft Synergien bei der Entwicklung von Grundlagen für eine selbstlernende Solarfabrik, die die Anwendungsbreite der Projektergebnisse erhöhen und auf verschiedenste Solartechnologien angewandt werden können“, sagt Martin Kasperczyk, Projektkoordinator am Fraunhofer IPA.
Die Solarfabrik im Zeitalter der Digitalisierung
Um der Solarfabrik der Zukunft näher zu kommen, haben die Partner des Forschungsvorhabens ein digitales Grundgerüst einer Produktionslinie für Solarzellen und -module erstellt. Für den digitalen Zwilling digitalisierten sie alle relevanten Fertigungsabläufe und Werkstücke einer Photovoltaik-Fabrik mit generischen Modellen. Das erhöht später die Anwendungsbreite und die mögliche Zahl der nutzenden Unternehmen. Die digitalen Abbilder, Verwaltungsschale genannt, stellen über gängige Kommunikationsschnittstellen Daten und ihre Bedeutung bereit. Außerdem entwickelten die Partner dafür geeignete Verfahren des maschinellen Lernens.
Mit KI fortlaufend und in Echtzeit analysierbar
Der Nutzen des Vorgehens: Anlagen- und Fabrikdaten sind mit künstlicher Intelligenz fortlaufend und in Echtzeit analysierbar. Mit Hilfe der umfassenden Informationen können Herstellungsprozesse und Produkte tatsächlich optimiert werden. Das zeigen die ersten Erfahrungen aus den Datenanalysen und deren Korrelation etwa mit dem Solarzellwirkungsgrad. Gerade in forschungs- und entwicklungsintensiven Bereichen ist das lohnend, da technologische Fortschritte schneller und effizienter in die Fertigung übertragen werden können.
Der Maschinen- und Anlagenbau für Solarzellen und -module, unter anderem im Raum Baden-Württemberg, soll mit den im Projekt gewonnenen Erkenntnissen befähigt werden, sein Equipment in künftige intelligente 4.0-Fabriken zu integrieren oder solche Fabriken schlüsselfertig anzubieten. Die Erkenntnisse aus dem Vorhaben sind nach Einschätzung der Projektpartner auch über die Grenzen der Photovoltaik hinaus in anderen Industriezweigen einsetzbar. Unternehmen sind daran bereits stark interessiert. (nhp)
Weitere aktuelle News:
Neue Strategie für Solarproduktion in Deutschland gefordert
