Verbundforschung für First-Class-Lösungen zur Fabrik- und Fertigungsautomation in der PV- und Solarindustrie

S-PAC Bündnispartner

Im Rahmen der vom BMBF geförderten-Innovationsoffensive Unternehmen Region für die Neuen Länder haben sich zehn mitteldeutsche Firmen und Forschungseinrichtungen zu einem Wachstumskern, dem
„Sächsischen Photovoltaik-Automatisierungscluster S-PAC“ zusammengeschlossen.

Die Unternehmen und Forschungseinrichtungen besitzen weitreichende Erfahrungen in der Photovoltaik und eine in jahrelanger partnerschaftlicher Zusammenarbeit erworbene international bewährte Automatisierungskompetenz auf dem Exzellenzniveau Automotive.

Mit dem Bündnis wurden die Einzelkompetenzen der Partner zu einem durchgängigen Leistungsspektrum entlang der PV-Wertschöpfungskette zusammengeführt. Dieses reicht von der Planung und Projektierung über Maschinen- und Anlagenbau, Prozess- und Anlagenautomatisierung bis zu Service und Instandhaltung.

Die Bündnispartner arbeiten als Forschungscluster von Wirtschaftsunternehmen und Forschungseinrichtungen in Verbundprojekten eng zusammen an der komplexen durchgängigen Automatisierung der PV-Wertschöpfungskette. Das Leistungsportfolio des Bündnisses beinhaltet Lösungen für die aktuellen und orientiert mit seinen Forschungsinhalten auf künftige Prozesse und Produkte.

Verbundprojekt 1

Verbundprojekt VP1 – Übergreifende System für PV-Fabriken und Schnittstellengestaltung


Partner:

- AIS Automation GmbH

- AEP Energie Consult GmbH

- Roth&Rau Ortner GmbH

- TU Chemnitz (Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb)

 

Projektinhalt:

Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist es

- die übergreifenden Systeme der Fabrik (Planung/Projektierung, Produktionssteuerung,
  Service und Instandhaltung)
  sowie die notwendigen Schnittstellen zwischen den Produktionsanlagen und Facilities zu entwickeln
- ein ganzheitliches Konzept für die koordinierte Entwicklung, Modellierung und Simulation der
  Produktionsanlagen und -steuerungssysteme unter konsequenter Berücksichtigung der TCO 
  (Total cost of Ownership) zu erarbeiten
- wesentliche mechanische und datentechnische Standards zu definieren und ein einheitliche
  Schnittstellenkonzept umzusetzen.

 

Teilprojekte:

    • TP 1.1
      - Offenes, konfigurierbares Produktionssteuerungssystem
      - Umsetzung von Verfahren zur Informationsgewinnung und Datenkomprimierung
      - Einfache Anbindung an Kundensysteme
      - Integration eines Experimentenmanagements
    • TP 1.2
      - Konzepte und Werkzeuge der Fabrikplanung
      - Entwicklung eines Standard-Planungstools für PV-Fabriken
      - Entwicklung eines modularen Facility-Konzepts sowie von Konzepten zur
        Flächenoptimierung,zum Energiemanagement und zum Recycling
    • TP 1.3
      - Analyse bestehender Schnittstellen, Verfahren und Standards und Entwicklung von Standards
        für die Bereitstellung servicerelevanter Daten
      - Anforderungsspezifikationen und Entwicklungsbegleitung für einen Wartungsmanager zur 
        Planung und Durchführung korrigierender und vorbeugender Wartungen
      - Entwicklungsbegleitung und Test der Produktionssteuerung sowie der
        Maschinenschnittstellen
    • TP 1.4
      - Modellierung und Simulation
      - Entwicklung einer langfristig nutzbaren Modell- und Simulationsumgebung
      - Fabrikemulation für MES-Performancetests
      - Erarbeitung eines Vorgehensmodells für die verteilte Planung von PV-Fabriken


Vorteile:

  • Reaktionsschnelles und Kostenoptimiertes Planen durch Erarbeitung einer standardisierten Vorgehensweise
  • Integration standardisierter Planungstools sowie einer ganzheitlichen Simulations- und Modellierungsumgebung
  • Aufwandsarme Zusammenarbeit im Bündnis sowie schnelle Anpassung an Kundenwünsche durch definierte Schnittstellenstandards
  • Schaffung eines übergreifenden Service- und Instandhaltungskonzepts, das nicht nur einzelne Anlagen sondern alle Ausrüstungsgegenstände der Produktionslinie integriert

Verbundprojekt 2

Verbundprojekt VP2 – Flexible automatisierte Handlings- und Transfersysteme für die Dünnwaferfertigung

Die Projektpartner:

- SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz
- XENON Automatisierungstechnik GmbH, Dresden
- Fraunhofer‐Center für Silizium‐Photovoltaik (CSP), Halle
- Institut für innovative Technologien e.V. (ITW), Chemnitz

 

Der Projektinhalt:

Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung leistungsfähiger Prozessanlagen und Automatisierungstechnik zur Handhabung und Bearbeitung dünner Si-Wafer mit Dicken unter 160 µm.

- Entwicklung neuer innovativer Greiftechniken und geeigneter Einheiten für Hochgeschwindigkeitshandhabung
  mit kinematisch optimierten Baugruppen und Elementen
- Entwicklung verbesserter Handhabungstechnologien und thermischer Verfahren zur Festigkeitssteigerung von
  Wafern (Verringerung der Bruchrate)
- Untersuchung des Festigkeitsverhaltens von Wafern bei statischer und dynamischer Beanspruchung mittels
  experimenteller Untersuchungen in   Verbindung mit numerischen Modellen
- Entwicklung einer technologischen Komplettlösung zur Waferlogistik mit modularem Materialflusskonzept

 

Die Teilprojekte:

  • TP 2.1:
    XENON - Automatisierungsmodule zum Handhaben, Transportieren und Puffern von dünnen Wafern
  • TP 2.2:
    SITEC - Laseranlagen zum Markieren und zur Erhöhung der Biegefestigkeit in der Waferfertigung
  • TP 2.3:
    CSP - Beschreibung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens dünner Wafer
  • TP 2.4:
    ITW - Entwicklung von Methoden zur Erhöhung der Bruchfestigkeit von Wafern und zur Detektierung festigkeitsrelevanter Materialdefekte

 

 

Vorteile:

  • Effizienterer Einsatz von Solar-Silizium durch
  • Verringerung des Kerfloss
  • Verringerung der Waferbruchrate
  • Verringerung der Taktzeiten
  • Möglichkeit der Optimierung von Anlagen bereits in der Konstruktionsphase
  • Flexible Möglichkeit der Integration unterschiedlicher Mess- und Prüfverfahren,
    skalierbare Produktionsleistung sowie aufwandsarme Rekonfigurierbarkeit

 

Verbundprojekt 3

Verbundprojekt 3 – Automatisierte modulare Kompaktanlage zum Laserabtragen an 
                                 siliziumbasierten Solarzellen

 

Partner: 

- SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz (Projektkoordinator)

- AEP Energie-Consult GmbH, Gera

- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden

- ITW Institut für innovative Technologien e.V., Chemnitz

 

Projektinhalt:

Das Gesamtziel des Verbundprojektes besteht in der Entwicklung einer Inline-Versuchsanlage für zellbasierte Solarmodule.

Im Detail sollen Verfahren und Einrichtungen für flexible und modulare Automatisierungslösungen zum

     - Laserabtragen

     - Passivieren und

     - Metallisieren

unter Berücksichtigung der Entwicklungstrends für siliziumbasierte Solarzellen der neuen Generation mit

     - geringeren Zell- bzw. Waferdicken (<130 μm)

     - rückseitiges Kontaktieren am Beispiel MWT sowie

     - unterschiedlichen Baugrößen.

entwickelt werden. Ziel ist die Generierung von schnellen Fertigungstechnologien zur Herstellung von Durchbrüchen zum Durchkontaktieren, zum Randisolieren sowie zum Markieren auf der Grundlage des MWT-Verfahrens.

 

Teilprojekte:

  • TP 3.1
    SITEC - Technologie- und Anlagenentwicklung zum Laserabtragen

              - Anlagenentwicklung in modularer Kompaktbauweise für MWT-Zellen
              - Entwicklung und Integration Verfahrenstechnik
              - schnelles Herstellen von Durchbrüchen zum Durchkontaktieren
              - einheitliche Schnittstellen
              - Markieren (mit Rückkopplung aus VP 2)
              - Technologieentwicklung Metallisieren (in Zusammenarbeit mit IWS)

  • TP 3.2
    AEP - Entwicklung Abluft- und Reinigungstechnik

       - übergreifende modulare Zuluft- und Absaugtechnik
  • TP 3.3
    IWS - Atmosphärische Passivierungstechnologie/ Metallisieren

              - Technologieentwicklung Atmosphärische Passivierung
              - Technologieentwicklung Metallisieren (in Zusammenarbeit mit SITEC)

  • TP 3.4
    ITW - Entwicklung prozessintegrierter Laser-, Mess- und Prüfverfahren

       - Kantenisolation auf der Grundlage wasserstrahlgeführtes Laserstrahlabtragen
       - Prozessspezifische Inline-Messtechnik sowie Ein- und Ausgangsprüfung


Vorteile:

  • Verkürzung der Maschinendurchlaufzeit um 20%, Verkürzung von Transport- und Hilfszeiten
  • Verringerung der Bruchrate
  • Kosteneinsparung um 30 % bezogen auf die Gesamttechnologie
  • Erhöhung des Wirkungsgrades um 1 %

 

Verbundprojekt 4

Verbundprojekt 4 - Entwicklung neuer Automatisierungs- und Montagetechnologien für die Zellfertigung und Modulmontage der neuesten und zukünftigen Produktgeneration mit 100 MWp-Fabrik-Modulen

Partner:

- USK Karl Utz Sondermaschinen GmbH, Limbach-Oberfrohna

- Fraunhofer Center für Slizium Photovoltaik (CSP), Halle

Projektinhalt:

Das Gesamtziel des Verbundprojektes besteht in der:

- Entwicklung neuer Technologien zum Handling von Zellen auf Schwerkraftbasis, d.h. vorzugsweise
  ohne Einwirkung von Greifkräften (Schwerkrafthandling)
- Entwicklung neuer Automatisierungskonzepte und -Technologien für die Single-Tool-, Cluster und Linien-
  automation zur Herstellung der neuesten und zukünftigen Solarzellen
- Entwicklung der Technologiekompetenz zur Montage der neuesten und zukünftigen Zellgeneration
- Entwicklung neuer Fabrik- und Automatisierungs-Konzepte mit modularer ressourcenschonender Kompakt-
  anlagentechnik für die neue Dimension der Modulproduktion mit 100MWp-Fabrikmodulen

Weiterhin wird im Verbundprojekt 4 der Beitrag für die Automatisierung der Zellfertigung und Modulherstellung zu den im Verbundprojekt 1 konzentrierten bündnisübergreifenden Zielstellungen erbracht, d.h.

- Standardisierung der Schnittstellen zur Erreichung
     - durchgängiger Planungsmethoden und Werkzeuge
     - einer mechanischen/elektrischen Anlagen-Konsistenz und -Kompatibilität
     - einer einheitlichen MES-Kompatibilität
- einer einheitlichen Service und Maintenance-Plattform

- Entwicklung eines über die Herstellungsstufen konsistenten Konzeptes zur durchgängigen
  Erfassung der Produkt-, Prozess- und Maschinendaten in einem einheitlichen MES-System
- Schaffung einer einheitlichen Planungsmethodik zur Verringerung von Planungszeit und Planungskosten
  bei gleichzeitiger Erhöhung der Planungssicherheit

Teilprojekte:

  • TP 4.1
    USK - Entwicklung neuer Automatisierungskonzepte und -Technologien für die Zellfertigung sowie Automatisierungs- und Montagetechnologien für die Modulmontage der neuesten und zukünftigen Produktgeneration mit 100 MWp-Fabrik-Modulen

    - Technologien zum Handling von Zellen auf Schwerkraftbasis, d.h. ohne Einwirkung
      von Greifkräften
    - Automatisierungskonzepte und -Technologien für die Single-Tool-, Cluster und
      Linienautomation zur Herstellung der neuesten und zukünftigen Solarzellen
    - Technologiekompetenz zur Montage der neuesten und zukünftigen Zell- und Modulgeneration
    - Fabrik- und Automatisierungs-Konzepte mit modularer ressourcenschonender Kompaktanlagen-
      technik für 100MWp-Fabrikmodule
  • TP 4.2
    CSP - Werkstoffphysikalische und technologische Bewertung der Fertigungskonzepte für 100MWp-Fabrik-Module und für Konzepte zur Montage von rückseitenkontaktierten Zellen

Vorteile:

  • Montage- und Handhabungstechnik für 100 MWp Fabrikmodule mit entsprechenden Stückzahleffekten
  • Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit durch intelligenten Materialfluss
  • Prozesssicherheit durch optimierte Fertigungskonzepte und Montagetechnik

 

Verbundprojekt 5

Verbundprojekt  VP5 - Prozesstechnik zur Modulherstellung von Dünnschichtzellen

 

Partner:

- SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz

- XENON Automatisierungstechnik GmbH, Dresden

- Fraunhofer‐Center für Silizium‐Photovoltaik (CSP), Halle

- Institut für innovative Technologien e.V. (ITW), Chemnitz

 

Projektinhalt:

Entwicklung innovativer Lösungen für automatisierte Hochleistungs-Prozessmodule zur Laserbearbeitung, Montage, Prozessüberwachung und Qualitätssicherung von Dünnschicht- solarmodulen (Frontend bis Backend Line)

 

Teilprojekte:

  • TP5.1    
    XENON - Hochleistungsprozessmodule für automatisierte, verkettete Fertigungsabschnitte zur Modulkontaktierung
  • TP5.2    
    SITEC - Modulare Laser- und Anlagentechnik zum Inline-Laserscribing
  • TP5.3    
    CSP - Werkstoffphysikalische und technologische Bewertung der Konzepte zur Kontaktierung und zum Laserscribing
  • TP5.4    
    ITW - Entwicklung von Lösungen zu prozessintegrierten Verfahren der Inline-
    Prüfung in der Herstellung

 

Vorteile:

Kundenspezifische Fertigung leistungsfähiger Dünnschichtsolarmodule mit

  • Steigerung von Wirkungsgrad und Qualität
  • Erhöhung der Moduldauer auf über 30 Jahre
  • Reduzierung der Verschaltungsverluste um 30% durch neuartige Kontaktierungstechnologien
  • Verkürzung der Gesamtfertigung