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Photovoltaic panels of solar power station in the landscape at sunset. View from above.

선도적인 태양에너지 기업의 에너지 효율성 향상과 연 10만 달러 이상의 연수익 증대에 기여한 Minitab

이 Minitab® 고객은 세계 최대의 태양에너지 및 재생에너지 기업입니다. 고객은 20년 이상 선도적인 태양광 PV 모듈 제조사 겸 태양에너지 솔루션 제공업체의 자리를 지켜왔습니다. 고객은 에너지 대량 구매자에게 경쟁력 있는 청정 전기를 제공하기 위해 최선을 다하고 있으며, 지속 가능성을 향한 자사의 노력과 대응에 자부심을 갖고 있습니다. 

과제

미확인 요소로 인해 제조 공정에 비일관성 발생

중국 상하이에 있는 이 태양에너지 회사의 연구개발 관리자에게는 한 가지 고민이 있었습니다. 그의 팀이 제조 공정을 통해 생산된 질소규화 필름의 두께가 허용 불가능한 수준으로 차이가 난다는 사실을 발견한 것이었습니다. 팀은 태양광 전지의 표면 에너지 효율 수준을 개선하고 회사의 내부 기준을 충족할 수 있도록 필름의 두께를 제어해야 했습니다. 최적의 필름 두께는 77~87mm입니다.

위 그림에 나타난 것처럼 팀은 초기 공정부터 필름 두께가 관리도의 상한선을 초과하며 공정에 문제가 있다는 사실을 발견했습니다. 대다수의 데이터는 평균을 상회하며, 공정 능력은 상대적으로 낮았습니다. 그 결과, 현재 공정의 불량률은 매우 높았습니다.

Solar panels and sunlight reflextions on the roof against blue sky background. Concept clean power energy.

해결책

프로젝트 팀은 필름 두께 차이가 이렇게 큰 이유를 분석하고 가능한 요인을 선별해야 했습니다.

생산 라인에서 근본 원인 찾기 

팀은 필름 두께의 차이가 측정 시스템의 오류로 인해 발생했는지 아니면 공정 오류로 인해 발생했는지 파악하고자 했습니다. 팀은 업계에서 널리 사용되는 테스트 장비인 Topcon 제품 테스트 플랫폼을 사용하여 필름 두께와 굴절률을 측정했습니다. 

다음으로 팀은 Minitab의 Gage R&R 측정 시스템 분석을 사용하여 이러한 차이가 측정 시스템으로 인해 발생했는지 확인했습니다. 측정의 분석값인 Gage R&R은 9.16으로 10% 미만이었으며, 이는 Topcon 측정 시스템이 요구 사항을 충족하므로 문제의 원인이 아니라는 것을 나타냅니다. 

MINITAB 브레인스토밍 도구로 가능성의 범위 좁히기 

팀은 계속해서 이러한 문제에 영향을 주는 요인을 찾기 위해 특성요인도라고도 하는 Minitab Engage의 Fishbone 다이어그램을 사용하여 브레인스토밍을 실시했습니다. 팀은 Fishbone 다이어그램과 리더의 이전 경험에 기반하여 장비 고장이나 공정 문제가 질소규화 필름 두께에 영향을 주는 두 가지 이유를 다음과 같이 파악했습니다.

  • 코팅 장비에서 액체 흐름을 조절하는 밸브인 버터플라이 밸브를 세척하는 빈도
  • 용광로의 온도 및 용광로 내 실리콘 위치 

우선 팀은 코팅 장비의 버터플라이 밸브 세척이 문제인지 조사했습니다. 팀은 Minitab에서 2-표본 t-검정을 만들어 버터플라이 밸브 세척의 빈도가 필름 두께의 상당한 차이를 초래하는지 확인했습니다.

Estimation for Difference

분석 결과, 팀은 p값이 0.05 미만임을 확인했습니다. 즉, 버터플라이 밸브 세척 전후의 필름 두께 차이는 상당하므로 버터플라이 밸브 세척도 필름 두께에 큰 영향을 주는 것이죠. 유레카!

프로젝트 팀은 필름 두께에 차이가 발생하는 두 번째 원인을 테스트하기 위해 Minitab의 회귀 모형을 사용했으며, 그 결과 온도와 용광로 내 실리콘의 위치가 중요한 요인임을 확인했습니다.

결과

팀은 Minitab의 능력 분석과 관리도를 사용하여 최적의 두께를 지닌 질소규화 필름을 생산하는 데 필요한 조건을 다음과 같이 파악했습니다. 

  • 버터플라이 밸브는 하루 2회 세척해야 합니다. 
  • 적합한 용광로 온도를 파악했습니다. 공정 출력 결과, 용광로 내 위치 3곳의 최적 온도는 입구의 경우 500°C/932°F, 중간의 경우 480°C/896°F, 그리고 하단의 경우 472°C/881°F였습니다.

결과

팀은 통계 분석을 사용하여 신속하게 최적의 공정 매개변수 설정을 찾았습니다. Minitab 회귀 모형에서 공정 매개변수를 조정하자 질소규화 필름 두께에 대해 안정적인 출력을 얻을 수 있었습니다. 팀은 조정한 매개변수 설정을 사용하여 검증 분석을 실시한 결과, 공정 출력 상 용광로 내 위치 3곳의 최적 온도는 각각 500°C, 480°C 및 472°C로 나타났습니다. 또한 Cpk값은 1.67을 넘었고 공정 능력 지수도 높아서 사전 정의한 목표를 크게 상회했습니다.

팀은 Minitab의 강력한 통계 분석을 활용하여 매우 정밀하고 정확한 측정을 수행할 수 있었습니다. 팀 관리자는 "이전에는 지속적으로 블라인드 테스트를 실시했지만, 이제 드디어 가설을 정량적으로 테스트할 수 있게 되었습니다. Minitab이 큰 도움이 되었어요."라며, "Minitab Statistical Software는 발견, 가설 검정, 확인 및 문제 해결의 여러 단계를 거친 끝에 문제 해결 시간을 단축했을 뿐 아니라 팀원이 더 자신 있게 결정을 내릴 수 있게 해주었습니다."라고 덧붙였습니다. 

팀은 문제를 이해하고 질소규화 필름의 두께를 제어할 수 있게 되었으며, 이를 통해 태양광 패널의 에너지 효율을 81%에서 88%로 7% 향상했습니다. 이를 현재의 생산 추정치인 일 6,048 단일 튜브 능력에 대입해보면, 이번 측정을 통해 회사의 수익이 연 65만 위안(10만 1,400달러) 증가한 것입니다.

고객사

세계적인 태양열 기술 및 재생에너지 공급업체

조직 프로필

  • 2001년 설립
  • 2006년 나스닥(NASDAQ) 상장
  • 본사 소재지: 캐나다 온타리오

과제

세계 최대의 태양광 기술 및 재생에너지 회사가 생산된 질화규소 필름 일부가 회사의 내부 기준에 미달한다는 사실을 발견한 후 태양광 전지 표면의 에너지 효율 수준을 높이기 위해 질화규소 필름의 두께를 제어하고자 했습니다.

사용 제품

Minitab® Statistical Software

Minitab Engage

솔루션

이 회사는 Minitab® Statistical Software와 Minitab Engage™에 포함된 강력한 차트 작성 및 분석 도구를 사용하여 필름 두께 차이의 원인을 파악하고 해결했습니다.

결과

  • 패널의 에너지 효율이 81%에서 88%로 7% 향상
  • 생산 증가, 회사의 수익이 연 65만 위안(10만 1,400달러) 증가
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