Vědci v Německu vyvinuli digitální dvojče pro fotovoltaické materiály. To údajně může pomoci zvýšit frekvenci nových a důležitých objevů v solárním průmyslu a výzkumu. Uspořádání digitálního dvojčete kombinuje strojové učení a fyzické modely používané ve strojírenství.
Vědci z Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg v Německu vytvořili digitální dvojče pro fotovoltaické materiály ve snaze urychlit inovace v průmyslu výroby fotovoltaiky.
Digitální dvojčata se používají v inženýrské vědě k definování digitálních protějšků existujících fyzických aktiv. Koncepčně se liší od víceúrovňových simulací a běžně se používají k posouzení současného a budoucího stavu fyzických aktiv prostřednictvím senzorů a fyzických modelů v reálném čase.
„Pokoušíme se propojit rozsáhlé experimentování a teorii,“ řekl odpovídající autor výzkumu Ian Marius Peters. „Konkrétní digitální dvojče, které si představujeme, přesahuje pouhou reprezentaci experimentální infrastruktury, kterou máme, stává se samo její součástí. Výzvou, kterou chceme řešit, je navrhnout zcela nové materiály pro fotovoltaické aplikace, od molekulárního designu až po integrované solární články. Abychom toho dosáhli, musíme rychle třídit mnoho různých molekul, podmínek zpracování, vrstvení a provozních podmínek.“
Inženýrská věda a rozsáhlé experimentování
Podle Peterse je klíčem kombinace experimentování s vysokou propustností (HT) a teoretického modelování. „Matematicky se to stává optimalizací několika propojených procesů s různými časovými a délkovými měřítky,“ pokračoval. „Digitální dvojče je nyní kombinací různých modelů a optimalizačních rutin, jako je Bayesovská optimalizace a Gaussovská procesní regrese. Ty se napájí experimentálními daty v různých fázích, aby se umožnila tato optimalizace.“
Tento nástroj se koncipuje tak, aby umožnil výzkumníkům a výrobcům tok informací napříč všemi fázemi. „Například, pokud chceme mít materiál, který je vnitřně recyklovatelný určitým procesem, vložíme tyto informace do digitálního dvojčete. Což nám umožní zahájit proces návrhu molekul s okrajovými podmínkami danými potřebou usnadnit tyto recyklace,“ dodal Peters.
Ve studii „Digitální dvojče k překonání dlouhodobých výzev ve fotovoltaice,“ publikované v Joule, Peters a jeho kolegové vysvětlili, že inovace se ve fotovoltaickém výzkumu často nacházejí prostřednictvím „serendipity.“ A zároveň uvedli, že rušivé objevy budou v budoucnu méně časté. Očekává se, že navrhované digitální dvojče pomůže zvýšit počet objevů snížením mezery mezi výpočty a experimenty podle prvních principů. A to proto, protože umožňuje „informované“ rozhodování bez přímých informací o daném aktivu.
Digitální dvojče a jeho cíl
Nejdůležitějšími rysy navrhovaného digitálního dvojčete jsou odmítnutí redundance, kvantifikace nejistoty a predikce v reálném čase. Opírá se o platformy zrychlení materiálů (MAP), které rozdělují experimentální prostor na molekuly, filmy a zařízení a také je využívají.
„Cílem digitálního dvojčete se jeví dosáhnout inverzní molekulární a procesní konstrukční kapacity pro objevování principů designu a nových materiálů s nevídanými vlastnostmi, které odpovídají aktuálně protichůdným požadavkům,“ vysvětlila výzkumná skupina. ,,Digitální dvojče nám umožní využívat HT, schopné a rychlé proxy experimenty s využitím kaskádových náhradních řešení k předpovídání vlastností napříč měřítky a extrahování optimalizovaných řešení.“
Při pohledu do budoucna vědci uvedli, že sloučení napříč laboratořemi a stupnicemi se má stát zásadní pro zlepšení ověřování dat a parametrizace modelování na prvním principu. Kromě toho chtějí zavést optimalizované procesy pro návrh materiálů. „Zlepšením schopnosti digitálního dvojčete optimalizovat za nejistých podmínek můžeme zajistit, že dokáže využít znalosti a zároveň poskytovat účinná a spolehlivá řešení pro navrhování vysoce kvalitních materiálů,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
