Virtuelles Technikum für effiziente Solarzellen

InES-Projektleiter Martin Kasperczyk übergibt Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg im Beisein der Projektpartner den Abschlussbericht. (© Foto Fraunhofer IPA, Rainer Bez) / InES project Leader Maertin Kasperczyk transfers the final report to Günther Leßnerkraus, head of state ministry of economic affairs, employment and residential building together with the other project partners. (© Photo Fraunhofer IPA, Rainer Bez)

Für den Reinraum des Fraunhofer ISE hat das InES-Konsortium die Fernüberwachung der Zellen im Diffusionsrohr umgesetzt. (© Foto Fraunhofer ISE) / For the cleanroom of Fraunhofer ISE, the consortium implemented a remote monitoring for cells in difusion tube. (© Photo Fraunhofer ISE)

Anlagen virtuell zu vernetzen und damit die Solarzellenproduktion in Baden- Württemberg effizienter zu gestalten – das war das Ziel des Forschungsprojekts »InES«. Mit einer vom Fraunhofer IPA entwickelten Cloud-Infrastruktur und einer mobilen Applikation sowie einer Webapplikation ist es dem Konsortium jetzt möglich, Maschinen an verschiedenen Standorten gemeinschaftlich zu nutzen. Auch die Fernüberwachung von Prozessen oder die automatisierte Übermittlung von Versuchsdaten wurden umgesetzt.

Für ihr Vorhaben haben die Projektpartner, darunter die Fraunhofer-Institute IPA und ISE, das Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart (ipv) und das International Solar Energy Research Center (ISC), das »Solarzellen-Technikum 4.0« gegründet. Aufgabe des Fraunhofer IPA war es, eine IT-Infrastruktur zu etablieren. Dafür haben die Experten auf die Plattform Virtual Fort Knox (VFK) zurückgegriffen und über eine spezifizierte IT-Schnittstelle sämtliche Anlagen des Technikums an die Cloud angebunden. Die Daten aus den Experimenten werden jetzt automatisiert an das VFK übermittelt und können direkt weiterverarbeitet werden.

Experimente über Apps planen und durchführen

Kernstück des Technikums ist eine eine vom IPA entwickelte mobile App, mit der Anwender auf die einzelnen Maschinen- und Anlagen zugreifen. »Hier können sie Maschinendaten spiegeln und die Bebuchung einsehen. Experimente lassen sich so besser planen und auswerten«, betont IPA-Projektleiter Martin Kasperczyk. Weiterhin lässt sich mit dem Technikum die Herstellung der Solarzellen nachhaltig verbessern. Mit der Anbindung an die Cloud haben Hersteller neuerdings die Möglichkeit, die Maschinendaten im Nachgang zu analysieren und Schwachstellen zu identifizieren. »Damit lassen sich Experimente effizienter durchführen und Anlagen und Parameter nachhaltig optimieren«, ist der Experte überzeugt.

Kritische Prozesse vom Schreibtisch überwachen

Im Technikum wurden auch Lösungen für die spezifischen Aufgabenstellungen der Projektpartner umgesetzt. Für das ipv hat das Expertenteam beispielsweise die automatiserte Übermittlung von Versuchsdaten an das IT-System realisiert. Ergebnisse und Parameter wurden händisch in ein IT-System eingegeben. Mit der Cloud-Anbindung erfolgen Dokumentation und Übermittlung jetzt automatisiert. Der Mitarbeiter kann effizienter Arbeiten und Eingabefehler werden vermieden. Für das ISE hat das Konsortium eine Fernüberwachung der Zellen im Diffusionsrohr umgesetzt. Dieser Prozess gilt bei der Zellherstellung als besonders kritisch und muss kontinuierlich überprüft werden. Dafür muss der Mitarbeiter den Vorgang starten und den Prozess persönlich im Reinraum überprüfen. Das sei zeitaufwendig, weil er viel laufen und sich ständig umziehen muss, weiß Kasperczyk. Mit der Anbindung an die Cloud ist es hingegen möglich, sich direkt vom Schreibtisch aus auf die Anlage einzuloggen und die Werte zu prüfen.

Aus Technikum soll selbstlernende Fabrik werden

Das Solarzellen-Technikum 4.0 bleibt nach Projektende bestehen. Die Ergebnisse lassen sich auf andere Branchen ausweiten und können in anderen Laboren und Kleinproduktionen eingesetzt werden, um deren Effizienz zu erhöhen, hebt Kasperczyk hervor. Im nächsten Schritt planen die Partner, auf Basis des Technikums eine selbstlernende Fabrik aufzubauen. Das entsprechende Projekt »TechFab« ist schon in der Antragsphase. Das Projekt »InES« (Industrie 4.0 im Einsatz für zukünftige Solarzellenentwicklung und -fertigung) wurde vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau mit 2,4 Millionen Euro gefördert. Im Juli 2017 haben die Partner den Abschlussbericht übergeben.

Projekt-Steckbrief  

Titel: »InES« (Industrie 4.0 im Einsatz für zukünftige Solarzellenentwicklung und -fertigung)
Partner: Fraunhofer-Institute für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und für Solare Energiesysteme ISE, das Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart (ipv) und das International Solar Energy Research Center (ISC) Fördermittelgeber: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
Laufzeit: 25. August 2015 bis 30. April 2017
Fördersumme: ca. 2,4 Millionen Euro