Der totale Durchblick

Wenn die Kassiererin am neuen Kleidungsstück nicht alle Sicherheitsetiketten entfernt hat, wird am Ausgang Alarm ausgelöst. Immer öfter sind RFID-Chips dafür verantwortlich, dass der Alarm in Geschäften ausgelöst wird. Die Abkürzung steht für Radio-Frequency Identification, zu Deutsch: die Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Bereits vor mehr als 60 Jahren setzte das Militär diese Technologie zur Freund-Feind-Erkennung ein. Ende des Zweiten Weltkrieges brachte es in Flugzeugen und Panzern Transponder und Leseeinheiten an, um zu erkennen, ob eine Stellung oder ein heranfliegendes Flugzeug anzugreifen war oder eben nicht.

Ein RFID-Transponder besteht aus einem Mikrochip, einer Antenne, einemTräger – und bei aktiven Transpondern einer Batteriequelle. Es ist heute möglich, passive RFID-Transponder ohne Batterie herzustellen, die kleiner sind als ein Stecknadelkopf. Ein Lesegerät sendet einen Funk-Impuls, woraufhin der Chip per Induktion eine eindeutige Seriennummer zurücksendet. Die umgangssprachlich als „Funketiketten“ bezeichneten Chips befinden sich mittlerweile in unzähligen Anwendungen, da sie neben dem Diebstahlschutz auch eine komfortable Datenspeicherung erlauben.

In der Solarbranche nutzen bisher nur wenige Akteure RFID. Einer davon ist das US-amerikanische Unternehmen Solyndra, Hersteller von röhrenförmigen CIGS-Modulen, das die RFID-Technologie zur Materialflusssteuerung nutzt.Jeder der Träger, mit denen die Glasröhren, die als Trägermaterialien für die spätere CIGS-Beschichtung dienen, befördert werden, ist mit einem passiven RFID-Chip markiert. „Durch die RFID-Etiketten können wir die Bewegung einer Charge in der ganzen Fabrik nachvollziehen und die spezifischen Eigenschaften jeder einzelnen Charge dokumentieren“, sagt Jay Janorkar, leitender technischer Angestellter bei Solyndra.

Auch die Träger und Stapelboxen, die bei Solarworld Solarzellen und Wafer durch die Produktionshalle geleiten, sind mit RFID ausgerüstet. „RFID ist für uns ein entscheidender Meilenstein in Richtung einer vollautomatisierten Materiallogistik“, sagt Gunter Erfurt von Solarworld. „Die RFID-Chipsermöglichen eine eindeutige Identifikation, die automatisierbar ist. Es ist eine drahtlose, berührungsfreie Technik, die, wenn Sie das System gut konzipieren, absolut zuverlässig funktioniert. Damit kann man nach vorne planen und nach hinten rückverfolgen. Mit einem Blick in die Datenbank weiß man sofort, wann ein Wafer produziert wurde und welche Prozessschritte er durchlaufen hat. Genauso kann man in der Datenbank erkennen, wie der Fertigungsplan für eine spezielle Materialgruppe aussieht. Wir haben also jederzeit den Durchblick, wo das Material gerade steckt“, sagt Erfurt. Nicht zuletzt sei das auch für Produktneuentwicklungen ein wesentlicher Vorteil. „Wir können nahezu in Echtzeit Qualität kontrollieren. Wenn wir Zellen in ein neues Modul stecken, dann müssen wir genau wissen, wo diese herkommen und durch welche Prozesse das Material gelaufen ist.“ Der administrative Aufwand werde ebenfalls enorm reduziert. „Wenn Sie mit Barcodes arbeiten, kleben Sie ja in der Regel einen Papiersticker drauf – dieser verschleißt und muss regelmäßig ersetzt werden, außerdem ist das optische Ausleseverfahren nicht so zuverlässig wie die RFID-Technik. Aber es gibt ja durchaus noch Unternehmen, ganz zu Beginn war das auch bei Solarworld nicht anders, dawird noch mit losen Begleitscheinen gearbeitet, wo jemand mit Kugelschreiber einträgt, was für Material in einem Produktionslos steckt.“ Das Endprodukt – die Solarworld-Module – werden nicht mit RFID gekennzeichnet. „Das ist sicher eine Möglichkeit, die man weiter verfolgen kann. Das geht dann von der reinen Logistik weg hin zu der Überlegung, was man mit einem RFID-Chip noch anstellen kann“, sagt Erfurt.

Integration auf Modulebene

Genau diese Überlegungen hat das österreichische Unternehmen KPV Solar angestellt. „Bisher waren nur aufgeklebte Kunststofflabels auf der Modulrückseite angebracht. Wenn die Module verbaut sind, sind diese Etiketten nicht mehr ohne Weiteres auslesbar, was aber in der Praxis immer mal wieder notwendig wird. Da RFID diese Anforderungen erfüllt, darüber hinaus aber noch mehr leisten kann, haben wir uns für diese Technologie entschieden“, sagt Robin Hirschl, geschäftsführender Teilhaber bei KPV Solar.

Dazu hat KPV Solar den vollautomatischen Produktionsprozess um eine Applikationsmaschine erweitert, die den knapp zwei Zentimeter großen Funkchip auf der Ebene der Zellen einsetzt.Anschließend wird er zwischen zwei EVA-Folien auf Zellebene in Höhe der verdeckten Querverbinder einlaminiert. Verwendet wird ein passiver Chip, das heißt er benötigt keine Batterie. Sendet ein handelsübliches RFID-Lesegerät einen Funk-Impuls, sendet der Chip seine eindeutige Seriennummer und die auf ihm gespeicherten Daten zurück.

Mit den Daten auf dem Chip kann KPV Solar Abweichungen im Produktionsprozess nachvollziehen und schnellstmöglich identifizieren. „Bei jedem Produktionsschritt werden alle relevanten Daten auf dem Chip vermerkt. Sollte ein Fehler in einem der Prozessparameter passieren, können wir dies anhand der Daten genau rekonstruieren und sofort eingreifen. Dies führt zu einer weiteren Optimierung der internen Qualitätskontrolle über den gesamten hochautomatischen Prozess“, sagt Hirschl.

Gleichzeitig profitiert KPV Solar von der Vereinfachung des Logistikablaufs: Wareneingang und Warenausgang können durch Scanner in Lagern automatisch seriennummerngetreu erfasst und elektronisch übermittelt sowie gebucht werden. „Das reduziert den Papieraufwand erheblich“, sagt Hirschl.

Vereinfachte Anlagenauslegung

Die RFID-Transponder haben in diesem Fall aber noch einen weiteren Vorteil. Die auf dem Chip gespeicherten wichtigen Modulkenndaten sind – bis auf firmensensible Details des Produktionsprozesses – für den Anwender auszulesen. „So können wir mit RFID auch die Anlagenauslegung optimieren“, sagt Hirschl. Denn die Informationen können hilfreich sein, um den Leistungsverlust in Reihe geschalteter Photovoltaikmodule zu reduzieren. Das leistungsschwächste Modul begrenzt in einer Reihenschaltung den Strom aller angeschlossenen Module. Gibt es starke Streuungen hinsichtlich der Leistung, können besonders leistungsstarke Module ihre Überlegenheit nicht umsetzen. Daher ist es wichtig, sie mit geringer Leistungsstreuung in einem Strang zu verbauen. Bisher mussten zur Sortierung mühsam per Hand alle Flash-Reporte durchgesehen werden. „Nun können wir die Sortierung mit Hilfe der auf den RFID-Chips gespeicherten Leistungskenndaten elektronisch vornehmen, was den Vorgang erheblich erleichtert und zeitlich verkürzt“, ergänzt Hirschl.„Das kann im Wettbewerb ein entscheidender Vorteil sein, denn so etwas macht sich sofort im Ertrag einer Anlage bemerkbar“, sagt Analyst Henning Wicht von IHS iSuppli.

Plagiats- und Diebstahlschutz

„Insbesondere die Prozesse Warensteuerung und Inventur werden durch den Einsatz der RFID-Technologie unterstützt“, sagt Helmut Gilbert, Geschäftsführer der GCS Consulting, der vor allem Unternehmen der Textilindustrie berät. Dort werde RFID auch zunehmend für den Plagiatsschutz genutzt, so Gilbert weiter. „Die eindeutigen Seriennummern erschweren es, sowohl Fälschungen als auch Produkte aus Originalproduktionsstätten ohne Zustimmung des Markeninhabers in den Umlauf zu bringen. Auch die Kontrolle unterschiedlicher Vertriebskanäle im Rahmen von Multichannel Marketing, um beispielsweise unerlaubte Reimporte identifizieren zukönnen, wird erleichtert,“ sagt Gilbert. Die eindeutige Identifikation gestohlener Produkt war auch für KPV Solar ein Argument für den Einsatz von RFID. „Werden Module entwendet, kann eine sichere Zuordnung und Identifizierung gewährleistet werden, die durch die bekannten aufgeklebten Labels nicht erreicht wird“, sagt Hirschl. Schließlich kann der RFID-Chip nicht einfach abgekratzt werden. Per Scan lässt sich einfach nachprüfen, ob das Modul an einem anderen Ort als gestohlen gemeldet wurde. Zugleich hofft das Unternehmen auf eine präventiv abschreckende Wirkung des „RFID protected“-Logo, das KPV Solar gut sichtbar nahe dem Modulrahmen platziert.

RFID-Etiketten am Zaun

Um RFID zum Diebstahlschutz von Solarmodulen zu nutzen, muss der Chip nicht zwingend ins Solarmodul integriert werden. Die Novatec Sicherheit & Logistik GmbH bringt die Transponder am Zaun rund um einen Solarpark an. „Der große Vorteil ist, dass die Chips anders als herkömmliche elektronische Sicherheitssysteme nicht verkabelt werden müssen“, sagt Michael Grau von Novatec. In Abständen von drei Metern werden sie am Zaun angebracht, eine zentrale Steuereinheit sendet auf einer bestimmten Frequenz, worauf Transponder in der Nähe, die sich von dieser Frequenz angesprochen fühlen, mit ihrer Seriennummer antworten. Dieser Vorgang wiederholt sich alle drei Sekunden. Die Chips am Zaun sind mit Bewegungsmeldern ausgestattet und registrieren jegliche Erschütterung. Sie können natürliche Stöße, verursacht durch Wind, Regen, Hagel oder Verkehr, von denen, die ein Mensch auslöst, wenn er über den Zaun klettert, unterscheiden.

„Einer der Parks, die wir ausgerüstet haben, hatte vorher ein elektronisches System, das im Jahr rund 160 Fehlalarme ausgelöst hat. Wir konnten das auf nahezu null reduzieren“, sagt Michel Grau. Auf Sabotage reagiere das System ebenfalls: „Wird ein Sensor abgedeckt oder entfernt, wird das beim nächsten Prüflauf entdeckt und mit genauer Positionsangabe gemeldet“, sagt Grau. Ist das System mit Schwenkkameras verbunden, richten die RFID-Etiketten bei einem Ereignis die entsprechende Kamera auf die gemeldete Position aus. „Bei einem Alarm kann der Wachhabende dann feststellen: Ist ein Wildschwein gegen den Zaun gerannt oder versucht ein Dieb, über die Absperrung zu klettern?“

Testlauf in Tschechien

Rund 20.000 Euro müssten für einen 400 Meter langen Zaun veranschlagt werden, der genaue Preis hänge auch von der verwendeten Kameratechnik ab. Bisher wurden sechs Parks in Tschechien ausgestattet. Dort fertigt die Mutterfirma von Novatec die Transponder, auf die das Unternehmen acht Jahre Garantie gibt. Die Verhandlungen mit dem Besitzer eines Multimegawattparks in Deutschland laufen, so Grau. Neben der Markierung des Zauns hat das Unternehmen auch ein System speziell für Photovoltaikmodule entwickelt. Dabei werden die Chips mit einem Spanndraht über das Solarmodul geführt. Sobald der Draht vibriert oder durchtrennt wird, wird Alarm ausgelöst. Spätestens wenn die Versicherungsrichtlinien fürSolarparks in Deutschland schärfer werden, werde das System große Beachtung finden, ist Grau sich sicher.

„Die Kosten für den RFID-Einsatz bei der Materiaflusssteuerung sind in Relation zur Gesamtinvestition für eine Fabrik gering. Die Systeme sind nur in der Planung aufwendig. Das muss alles sehrgut durchdacht sein. Eine Produktion auf RFID umzurüsten, stelle ich mir durchaus anspruchsvoll vor“, sagt Erfurt von Solarworld. „Es ist niemals einfach, eine neue Technologie wie RFID in einen Produktionsprozess zu integrieren“, bestätigt auch Janorkar von Solyndra. Dabei gibt es zum einen technische Herausforderungen. Weil Solyndra die RFID-Chips zunächst von unterschiedlichen Herstellern bezog, musste erst einmal herausgefunden werden, wie die Automatisierungssoftware auf die unterschiedlichen Verhaltensweisen der Chips angepasst werden konnte. „Der Scanner hatte zunächst Schwierigkeiten, die Chips zu lesen. Der Hauptgrund dafür waren Störungen durch die metallischen Verbindungen auf der Glasröhre“, sagt Janorkar. Zum anderen ist der Einsatz einer neuen Technologie natürlich auch eine Preisfrage. „Was es genau gekostet hat, ist schwer zu beziffern, aber in Software und Hardware haben wir zusammen sicher mehr als 70.000 US-Dollar investiert.“

Langer Entwicklungsprozess

Bei KPV Solar dauerte der Entwicklungsprozess rund anderthalb Jahre, auch hier musste das Unternehmen einige Hindernisse überwinden. „Schwierig war vor allem, einen Chip zu finden, der dem ganzen Produktionsprozess standhält. Der ein oder andere hat sich einfach im Laminator aufgelöst“, sagt Hirschl. Rund 100.000 Euro wurden in das neue Verfahren investiert. „Eine verhältnismäßiggeringe Summe, wenn man bedenkt, welche Vorteile uns durch die Investition entstehen.“ Die Kosten pro Modul beziffert Hirschl mit einem Euro beziehungsweise mit weniger als 0,5 Cent pro Watt. Für den Endkunden würden aber keine zusätzlichen Kosten entstehen. Dass bisher nur wenige Akteure der Solarindustrie die Technologie nutzen, erklärt sich Robin Hirschl von KPV Solar so: „Viele Modulhersteller entwickeln nur Eigenschaften der Module, die von Normen oder Kunden explizit gefordert werden.“ RFID könnte wegen der deutlich vereinfachten Dokumentation der Produktionsprozesse und Vorteilen bei der Logistik im Zuge der fortschreitenden Automatisierung der Branche bald mehr zum Thema werden. Auf Modulebene ist die Technologie aufgrund des harten Preiskampfs wohl derzeit am ehesten etwas für Premiumanbieter. Ein Entwicklungsschub könnte jedoch aus Indien kommen. Das Ministerium für neue und erneuerbare Energien plant die Einführung einer Verpflichtung, dass jedes Solarmodul einen RFID-Chip tragen muss, damit sein Werdegang besser nachverfolgt werden kann. Indische Hersteller, wie etwa Waaree aus Mumbai, suchen nun nach dem besten Weg, die Vorgaben des Ministeriums zu erfüllen, heißt es in der Online-Ausgabe des RFID Journals.

Ohne solche politischen Vorgaben ist eine Investitionsentscheidung in eine neue Technologie ungleich schwerer. Darin sind sich die Befragten einig. Zusatznutzen wie die Vermeidung von Diebstählen sind schwer messbar. „Wir könnten Systemlösungen anbieten“, sagt Grau von Novatec, „aber bei Kosten von einem Euro oder mehr pro Modul interessiert sich momentan kaum einer dafür.“Selbst wenn sich ein Nutzen kalkulieren ließe, ist er nicht immer einfach zu vermitteln. „Mehrere Versuchsreihen in der Textilindustrie haben ergeben, dass sich durch eine RFID-gestützte Optimierung der Lieferkette der Umsatz zwischen vier und neun Prozent steigern lässt“, sagt Gilbert. Dennoch werde RFID in der Bekleidungsindustrie wesentlich stärker genutzt als im Handel. Der Grund liegt auf der Hand: Solange nicht der Großteil der Produzenten mit RFID versehene Kleidungsstücke anbietet, macht es für den Inhaber eines Bekleidungsgeschäfts wenig Sinn, sein Geschäft mit den entsprechenden Sensoren auszurüsten.

Dies lässt sich auf die Solarbranche übertragen. Robin Hirschl sagt dazu: „Unsere Kunden sind typischerweise Großhändler, die oftmals bereits RFID zur Warenlogistik nutzen, etwa bei Steckern und Schaltern.“ Die Begeisterung für die neue Technik bei den deutschen Großhändlern von KPV Solar hält sich dennoch in Grenzen. „Wir sind bisher auch so klargekommen“, heißt es bei Kortenbrede in Münster. Bei Westfa ist auf Nachfrage die RFID-Technologie noch gar kein Begriff.

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Veranstaltungshinweis

Auf dem Jahreskongress „RFID im Blick“, der am 13. September in Hamburg stattfindet, wird in diesem Jahr das Thema Energietechnologie einer der Schwerpunkte sein. Die Teilnahmegebühr beträgt 390 Euro. Für Anmeldungen oder weitere Informationen zum Kongressprogramm senden Sie eine E-Mail an

info@rfid-im-blick.de

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