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2011 - 20202

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    ItemOpen Access
    Verfahren zum emulationsgestützten MES-Engineering für die Photovoltaikindustrie
    (2011) Meier, Matthias; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)
    Die Umwandlung von nahezu unbegrenzt verfügbarer Sonnenenergie in elektrische Energie gilt als ein vielversprechender Ansatz, um den wachsenden Energiebedarf weltweit, unabhängig von konventionellen Energieträgern, auch in Zukunft zu sichern. Zwischenzeitlich sieht sich die Photovoltaikindustrie (PV-Industrie) allerdings größeren wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen gegenübergestellt. Dazu gehören ein wachsender Kostendruck und die Notwendigkeit zur Verbesserung der Produkte bzw. der Produktqualität. Den Herausforderungen sucht die PV-Industrie auf mehreren Ebenen zu begegnen. Eine dieser Ebenen ist die der Produktionssysteme, die entlang der Lieferkette der Branche zum Einsatz kommen. Bereits ab einer frühen Phase des Anlaufs bietet der zielgerichtete Einsatz produktionsnaher IT-Lösungen Ansatzpunkte zur Unterstützung dieser Optimierungsbemühungen. Manufacturing Execution Systems (MESs) stellen eine wichtige Klasse produktionsnaher IT-Systeme dar, die vorhandenes Optimierungspotential nutzbar machen. Dabei müssen die Risiken, die mit der Einführung und dem Einsatz solcher IT-Lösungen einhergehen, beherrscht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens, das im Kontext der PV-Industrie einen Beitrag dazu leistet, angemessene MES-Lösungen frühzeitiger im Fabriklebenszyklus verfügbar und die mit dem MES-Engineering verbundenen Risiken besser beherrschbar zu machen. Es soll damit der PV-Industrie den Zugang zu und die Akzeptanz von MES-Lösungen erleichtern, die die Verfolgung der Optimierungsziele der Branche unterstützen. Im Anschluss an die Definition zentraler Begrifflichkeiten und die Betrachtung des Produktionsumfelds bzw. der Produktions-IT-Landschaft der PV-Industrie werden die Aufgabenstellungen des MES-Engineering-Prozesses im Kontext des Fabriklebenszyklus der PV-Industrie analysiert. Aus der Analyse wird das Konzept des emulationsgestützten MES-Engineering entwickelt, das sich mehrfach die virtuelle Inbetriebnahme der MES-Lösung zunutze macht und den Prozess der Modellierung der virtuellen Produktionsumgebung konsequent in den MES-Engineering-Prozess integriert. Dazu wird einerseits eine hoch skalierbare Emulationsplattform entwickelt und prototypisch implementiert, in der virtuelle Fabriken modelliert und ausgeführt werden können, die Produktionsanlagen aus Sicht des MES mit ihrer realen IT-Schnittstelle abbilden. Andererseits werden Mechanismen zur nahtlosen Integration des Werkzeugs der Emulationsplattform in die Prozesse des MES-Engineering geliefert und exemplarisch für ein iteratives, inkrementelles Vorgehen beschrieben. Der Einsatz des Verfahrens und der Werkzeuge wird im Kontext zweier realer MES-Engineering Projekte evaluiert. In beiden Fällen wurden die mit dem Einsatz des emulationsgestützten MES-Engineering verfolgen Optimierungsziele erreicht.
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    ItemOpen Access
    Investigation of the long‐term stability of solid oxide electrolysis stacks under pressurized conditions in exothermic steam and co‐electrolysis mode
    (2020) Riedel, Marc; Heddrich, Marc P.; Friedrich, K. Andreas
    In this study three identically constructed ten‐layer stacks with electrolyte supported cells were tested in exothermic steam and co‐electrolysis mode at elevated pressures of 1.4 and 8 bar. Investigations during constant‐current operation at a current density of -0.5 A cm-2 and a reactant conversion of 70% over 1,000-2,000 h were carried out. The inlet gas composition for steam electrolysis was 90/10 (H2O/H2) and 63.7/31.3/3.3/1.7 (H2O/CO2/H2/CO) for co‐electrolysis operation. All stacks showed highly similar resistances at the beginning of the tests indicating a high level of accuracy and repeatability during manufacturing. The stack operated in steam electrolysis mode at 1.4 bar showed comparably low degradation of 8 mV kh-1 cell-1, whereas the stack operated at 8 bar showed an approximately four times higher degradation. The third stack was operated in co‐electrolysis mode at 1.4 and 8 bar and showed noticeably higher degradation rates than during steam electrolysis mode. The predominant increase of the ohmic resistance during operation was identified to be mainly responsible for the observed degradation of all three stacks, whereas the increase of the polarization resistances played a subordinate role. Within the post‐test analysis, noticeably high nickel depletion was observed for the stack operated at the highest pressure in steam electrolysis mode. Furthermore, partial delamination of electrodes was observed. The degradation is discussed with relation to phenomena and experimental parameters during operation.