مستقبل تصنيع الألواح الشمسية
تعد مصانع الجيل التالي بمستقبل أكثر إشراقًا لتصنيع الطاقة الشمسية ويعد التحول الرقمي للتصنيع الشمسي القابل للتطوير والفعال من حيث التكلفة هو المفتاح لتمكين النمو المتوقع في بدائل الطاقة النظيفة.
لا تزال أزمات تغير المناخ والطاقة تهيمن على عناوين الأخبار وتمارس الضغط لإنتاج بدائل للطاقة النظيفة للوقود الأحفوري. مع تطورات السياسة في الولايات المتحدة ، مثل تمرير قانون خفض التضخم ، يبدو أن الاستثمارات في التصنيع المحلي ستنمو بوتيرة غير مسبوقة حيث يعمل المصنعون على تلبية اللحظة بقدرة موسعة.
من وجهة نظر الإنتاج ، يكمن مفتاح تمكين هذا النمو بكفاءة واستدامة في التحولات الرقمية لتصنيع مكونات الطاقة الشمسية القابلة للتطوير والفعالية من حيث التكلفة. دعونا نفحص مبادرة الأتمتة الفائقة والتوأم الرقمي التي اتخذناها في First Solar (Nasdaq: FSLR) ، للحصول على فصل دراسي رئيسي في كيفية تحسين الصناعة للإنتاج ، وخفض التكلفة لكل واط ، وتقصير وقت استرداد الطاقة.
مصنع المستقبل
تكافح جميع الشركات المصنعة مع التحديات الحديثة التي تشمل تباطؤ الإنتاج المرتبط بالوباء ونقص المواهب وارتفاع تكاليف التوريد والاضطراب العام في سلسلة التوريد. بالنسبة لمصنعي تكنولوجيا الطاقة الشمسية مثل First Solar ، فقد دفع العامان الماضيان إلى الابتعاد عن النهج القديم للتصنيع القائم على المحور ونحو الموقع الاستراتيجي لقدرة التصنيع الجديدة بالقرب من الطلب.
في مثل هذا المحور ، يتم تمكين القدرة التنافسية من خلال الكفاءات المعززة ، والتي بدورها تتطلب التحول الرقمي والأتمتة لتحديث بيئة تصنيع الطاقة الشمسية. كان هذا هو هدف First Solar ، الشركة الوحيدة التي يقع مقرها في الولايات المتحدة من بين أكبر عشر شركات مصنعة للطاقة الشمسية في العالم والشركة العالمية الرائدة في مجال التكنولوجيا المتقدمة للأغشية الكهروضوئية (PV). من خلال عملية التصنيع المتكاملة رأسياً والتي تعد من بين أكثر العمليات تقدماً وكفاءة في صناعة الطاقة الشمسية ، تعد First Solar مناسبة بشكل فريد لتبني التحول الرقمي بشكل أكبر لإنشاء “مصنع المستقبل”.
تم إنشاء مصنع المستقبل على أساس تحطيم مستودعات المعلومات وتبسيط تدفق البيانات – من أرضية المتجر إلى الطابق العلوي – لتعزيز الرؤية ودعم اتخاذ القرار الذكي في جميع عمليات التصنيع والعمليات. تنشئ المنظمات التي تنجح في ذلك ما يُعرف باسم الخيط الرقمي ، وهو تدفق سلس للبيانات يتم تشغيله عبر المؤسسة بأكملها.
الخيط الرقمي ، بدوره ، يبعث الحياة في التوائم الرقمية. هذه النسخ المتماثلة الافتراضية للعمليات المادية مفصلة بدقة ودقيقة في الانعكاس والتنبؤ بالتأثيرات على أي تغييرات متوقعة في سير العمل والآلات وعناصر التحكم والأنظمة. يمكن أن تدعم قدرات التوأم الرقمي الناضجة التكليف الافتراضي ومحاكاة رموز PLC ، والتعليمات الغامرة وتصورات التدريب لمشغلي المعدات ، ونماذج التصميم المتقدمة ، والقدرات الأخرى التي تعمل على تحسين الإنتاج.
يتم تضخيم هذه المزايا في إنتاج الطاقة الشمسية. ويرجع ذلك إلى أن تصنيع الألواح هو حجم متوسط إلى مرتفع ، مع العمليات وتدفقات العمل التي سعت شركة First Solar إلى تحسينها من خلال أوقات الدورات الأسرع ، وزيادة الإنتاجية المتتالية وأوقات اللباقة الرائدة في الصناعة. يعد تدفق الإنتاج في جميع أنحاء المصنع أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق ذروة الإنتاجية ، ورأت First Solar فرصة للاستفادة من الاختبار الافتراضي لتصميم التخطيط واستراتيجيات التحكم لزيادة إنتاجية الإنتاج إلى أقصى حد.
بمساعدة Kalypso ، وضعت First Solar إستراتيجية للاستفادة من التوأم الرقمي وأنظمة التصنيع الذكية ذات الصلة من أجل عملية أكثر اتصالاً وكثافة للبيانات من شأنها أن توفر رؤية وتحكمًا غير مسبوقين حول تدفق الإنتاج للعمليات الحالية والمستقبلية. تشمل الإمكانات المضافة تحليلًا متقدمًا لبيانات الإنتاج للتنبؤ بالمشكلات ومنعها ؛ حل تلقائي مغلق للحلقة الشاذة في الإنتاج ؛ وتصورات محسّنة مثل أدوات الواقع الافتراضي الغامرة (VR) لتبسيط التعاون وترتيب المشكلات.
فوائد حقيقية
مكّنت جهود التحول الرقمي ، بما في ذلك فوائد التوائم الرقمية ، جهود First Solar من توسيع نطاق تصنيع الوحدات الكهروضوئية المنتجة بطريقة مسؤولة والتي تدعم انتقال أمريكا إلى مستقبل خالٍ من الكربون. يساعد هذا First Solar على تحسين الإنتاجية مع تحقيق انخفاض كبير في التكاليف والنفايات وأوقات استرداد الطاقة.
لفهم تطبيقات وفوائد التكنولوجيا بشكل كامل ، عمل فريق Kalypso مع First Solar لتطوير ونشر طيار رقمي مزدوج إلى جزء من عنق الزجاجة في مصنع قائم تم إعادة تجهيزه. تم استخدام التوأم الرقمي لمحاكاة التغذية / التغذية ومناولة المواد في المنطقة بما في ذلك تحديد RO الأمثل
استخدام الألواح الشمسية ووضع عازل لزيادة إنتاجية الإنتاج. ساعد هذا النموذج أيضًا في اختبار سيناريوهات متعددة وتوقع بشكل استباقي الاختناقات في المنطقة. تم كل هذا تقريبًا باستخدام التوأم الرقمي الذي قام بتكرار سيناريوهات خط الإنتاج.
استنادًا إلى نتائج المرحلة التجريبية ، يتم تطوير توأم رقمي لتحسين العمليات عبر أحدث مصنع للتصنيع لشركة First Solar في ولاية أوهايو ، والذي من المتوقع أن يبدأ تشغيله عبر الإنترنت في النصف الأول من عام 2023. تساعد النمذجة الافتراضية في إعلام تخطيط الإنتاج والعمليات لجميع العشرين مناطق التصنيع التي يتكون منها المصنع – تحسين كل شيء بدءًا من مهام سير العمل ووضع المعدات إلى نقل المواد ودورات الصيانة والمزيد. طوال الوقت ، تستخدم First Solar تقنيات “نسخ ذكية” لتوسيع نطاق المصنع لضمان تصنيع وحدات الطاقة الشمسية بنفس العملية والمعدات في كل مصنع ، مما يؤدي إلى نفس النتائج بغض النظر عن مكان صنع وحدة معينة.
الابتكار في لحظة حرجة
صناعة الطاقة الشمسية في نقطة انعطاف حيث يتنقل القطاع في التقاء الظروف الخارجية. يؤدي الجمع بين الطلب المدفوع باقتصاديات الطاقة الشمسية والسياسة طويلة الأجل وإلحاح تغير المناخ إلى دفع النشاط عبر الصناعة وسلاسل القيمة الخاصة بها. ومع ذلك ، من الضروري أن يكون هذا النمو مستدامًا وفعالًا وقادرًا ليس فقط على تلبية اللحظة الحالية ، ولكن أيضًا لتلبية احتياجات الغد بجودة عالية وتنافسية في التصنيع وسلاسل التوريد.
لحسن الحظ ، فإن التوائم الرقمية والمبادرات الرقمية الأخرى للعمليات الذكية موجودة هنا للمساعدة في حل هذه التحديات المحورية المتعلقة بالكفاءة والحجم – تعزيز معالجة الشركة المصنعة للطاقة الشمسية لكل شيء بدءًا من التصنيع المسؤول وأداء المنتج ، وصولاً إلى إدارة نهاية العمر و إعادة التدوير.
كما أظهرت First Solar من خلال جهودها الرائدة الخاصة ، فإن القدرات الرقمية المزدوجة تترجم إلى انخفاض التكاليف ، وتقليل النفايات ، وتحسين الإنتاجية بشكل كبير – وكل ذلك يساعد صناعة الطاقة الشمسية على الارتقاء إلى مستوى المناسبة.
