Solaranlagen umweltfreundlich produzieren
Effizienz. Mehrere Forschungsprojekte befassen sich mit der Frage, wie bei der Herstellung von Photovoltaik-Anlagen Kosten, Energie und CO2-Emissionen verringert werden können
Die Solaranlage erntet das Sonnenlicht und produziert damit elektrischen Strom. In ihrer Nutzung setzt sie weder CO2 noch andere Schadstoffe in die Atmosphäre frei. Photovoltaik (PV) zählt daher zu den wichtigsten Technologien zur sauberen Energiegewinnung. Viele Gegner kritisieren aber, dass bei der aufwendigen Produktion von Solarmodulen nicht nur CO2 ausgestoßen wird, sondern auch ein höherer Energieaufwand entsteht, als die Anlage später liefern kann.
Studien zeugen jedoch von einer hohen Effizienz. Bei 20 Jahren Laufzeit erzeugt eine Anlage das Zehnfache an Energie, die für die Herstellung benötigt wurde.
Materialverschleiß
Dennoch gibt es Luft nach oben. Denn die Herstellung von PV-Anlagen ist hochkomplex und daher anfällig für das Auftreten von Fehlern in den einzelnen Produktionsschritten. Dadurch steigen Kosten und Energie. Künstliche Intelligenz (KI) könnte in Zukunft eine Null-Fehler-Fertigung ermöglichen und den allgemeinen Produktionsprozess von PV-Anlagen optimieren. Dieses Bestreben verfolgt ein Forschungsteam des AIT Austrian Institute of Technology gemeinsam mit elf europäischen Partnern im Rahmen des EU-Projekts Platform-Zero. Zum Einsatz kommen neue Prüfverfahren, um Defekte in der Herstellung frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden.
„Die langfristige Zielsetzung ist, den Materialverschleiß zu minimieren und die Produktionskosten zu senken“, sagt Govinda Lilley vom
Center for Vision, Automation & Control vom AIT dem KURIER. Je nach Produktionsverfahren und Produktionsschritt kommen unterschiedliche Sensoren zur Anwendung.
Für die visuelle Überprüfung wird die am AIT entwickelte Inline-ComputationalImaging-Technologie genutzt. Sie kombiniert sehr schnelle 2-D- und 3-D-Bildaufnahmemethoden mit intelligenten Algorithmen. Alle Sensordaten werden dann zusammengeführt, um mithilfe einer künstlichen Intelligenz Abweichungen zu erkennen, bevor defekte Solarzellen am Ende der Produktionslinie vom Band rollen und entsorgt werden müssen.
Perowskit statt Silizium
Die KI-Techniken werden im Vorfeld auf der optimal laufenden Produktionslinie trainiert, um dann im Betrieb Abweichungen vom Optimum zu erkennen und der Anlagensteuerung zu melden. Werden die Abweichungen korrigiert, können Fehlproduktionen vermieden werden. Die reduzierten Fertigungsfehler implizieren laut Régis Decorme von R2M Solution,
technischer Partner in dem Konsortium, auch eine effizientere Nutzung der kritischen Rohstoffe, die für PVAnlagen genutzt werden. Der Bedarf der Produktionslinien an diesen Materialien könne so um zehn Prozent gesenkt und die Kosteneffizienz im gesamten PV-Herstellungsprozess optimiert werden.
Als Materialien werden für das Projekt das Mineral Perowskit oder CIGS – ein Material aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen – bevorzugt. Beide Werkstoffe bieten einen höheren Wirkungsgrad als etwa polykristallines Silizium, das standardmäßig bei Solarmodulen zum Einsatz kommt.
Die Materialien sind auch günstiger und haben einen kleineren CO2-Fußabdruck. Generell soll Platform-Zero einen neuen grünen Weg zur Herstellung von PV-Geräten aufzeigen.
Auch soll das Projekt laut dem Team dazu beitragen, die Photovoltaik-Industrie der EU durch eine erwartete Produktivitätssteigerung von zehn Prozent in eine führende Position auf globaler Ebene zu bringen. Die Abhängigkeit Europas von fossilen Brennstoffen und kritischen Rohstoffen könne dadurch verringert werden. Gestartet wurde Platform-Zero im Jänner 2023. Das Projekt ist auf vier Jahre ausgelegt.
Künftige Solarzellen könnten mit weniger Rohstoffen auskommen