Mess- und Klassifizierungsplattform »MK4« bietet Prozess- und Datenanalytik für Hochleistungs-Photovoltaik-Produktion

Eine automatisierte und messdatenbasierte Prozesssteuerung als neuer Weg zu einer Photovoltaik-Industrie 4.0: Mit einer industrienahen Plattform, die die Möglichkeit des Zusammenspiels von statistischer Qualitätskontrolle sowie neuen Ansätze zu daten-basierten Prozessanalysen bietet, will das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP technologische Entwicklungen in der internationalen Photovoltaik für wettbewerbsfähige Produktionsprozesse aus Deutschland vorantreiben.

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Mithilfe der Mess- und Klassifizierungsplattform »MK4« können aktuelle Photovoltaik-Forschungs- und Entwicklungsthemen bearbeitet werden.

Mit einer jährlichen Produktion von mehr als 100 GWp, was mehr als 25 Billionen Solarzellen entspricht, hat sich die Photovoltaik-Industrie zu einer Hochdurchsatz-Technologie mit einem hohen Automatisierungsgrad entwickelt. Solch hochmoderne Technologien und die Trends in der Photovoltaikbranche stellen jedoch besondere Herausforderungen entlang der gesamten Fertigungskette. Taktraten von unter einer Sekunde bei der Herstellung von hocheffizienten und energieertragsstabilen Solarzellen erfordern neue technologische Lösungen sowohl bei der Inline-Messtechnik als auch bei der automatisierten Auswertung der dabei entstehenden riesigen Datenmengen. So wächst der Bedarf einer messtechnischen Überwachung von Schlüsselparametern im Produktionsprozess, um Schwachstellen und Qualitätsabweichungen frühestmöglich identifizieren zu können. Inline-Messsysteme und statistische Analysen von Messparametern und Prozessdaten bieten Herstellern, Zulieferern und Maschinenbauern bereits heute Möglichkeiten zur Verbesserung der Produktqualität. Was jedoch aktuell fehlt, ist die konsequente Implementierung einer automatisierten, digital vernetzten und messdatenbasierten Prozessführung und -überwachung innerhalb der Fertigungskette.

An diesem Punkt setzt das Fraunhofer CSP zusammen mit den Projektpartnern WAVELABS Solar Metrology Systems GmbH, HEGLA boraident GmbH & Co. KG, ASYS Automatisierungssysteme GmbH und CE Cell Engineering Gmbh mit dem Auf- und Ausbau der »MK4«-Plattform an. Im Rahmen eines zwei Jahre andauernden Projekts wurde die Photovoltaik-4.0-taugliche Mess- und Klassifizierungsplattform für die Bearbeitung von aktuellen Forschungs- und Entwicklungsthemen in den Bereichen korrelative Datenanalyse, Machine Learning und adaptive Regelungsprozesse entwickelt, um Verfahrens- und Methodenentwicklung unter produktionsnahen Bedingungen zu erreichen.

Drei weitere, aktuell laufende Forschungsprojekte, die in Zusammenhang mit dem Plattform-Projekt bearbeitet werden, legen den Fokus auf einen schnelleren Transfer von neuen Methoden der Prozesskontrolle vom Labor in die Fertigung. Dies beinhaltet die Integration von flexiblen Datenschnittstellen und Serverstrukturen für die Entwicklung einer Industrie 4.0 sowie Datenanalyse und Steuerungsalgorithmen. »Wir bringen insbesondere unsere exzellenten Kompetenzen in den Bereichen Metrologie, korrelative Datenauswertung zur adaptive Prozesssteuerung mittels Machine Learning sowie Evaluierung neuer Inline-Messtechnikapplikationen unter industriellen Bedingungen in die gemeinsamen Projekte mit unseren Industriekunden ein«, sagt Dr. Marko Turek, Teamleiter in der Gruppe »Diagnostik und Metrologie« am Fraunhofer CSP.

»Die Mess- und Klassifizierungsplattform »MK4« ist als industrienahe Plattform offen für Kooperationen und gemeinsame Forschungsprojekte. Ich denke hier speziell an die Zusammenarbeit mit Messtechnikherstellern und Softwareanbietern sowie Betreibern von Fertigungsstätten. Auch für die Integration neuer Anwendungen für bestehende Inline-Tools wie zum Beispiel neue Messrezepte oder korrelative Analysen bietet die Plattform attraktive Möglichkeiten«, ergänzt Turek.