Weniger Energie bei exakt berechneter Prozessdauer

Schon die Produktion kleinster Bauteile ist oft zeit- und energieintensiv. Algorithmen können helfen, die Prozesse deutlich zu verkürzen

Die Kostenund Energieeinsparung bei der Herstellung von Photovoltaik-Anlagen beginnt schon bei der Optimierung der Produktionsprozesse kleinster Bauteile – ein Ziel des Forschungsprojekts ThermoTec des AIT Austrian Institute of Technology und seines Partnerunternehmens Plansee SE. Im Fokus stehen Hochleistungswerkstoffe wie Wolfram oder Molybdän. Diese Metalle spielen in der Herstellung von PV-Anlagen als Beschichtungsmaterialien eine leistungsentscheidende Rolle.

Sie weisen eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einen hohen Schmelzpunkt auf. Damit sie aber ihre volle Leistungsfähigkeit erreichen, müssen sie einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die in einem elektrischen Hochtemperatur-Ofen stattfindet.

1.600 Grad Celsius

„Ein wichtiger Prozessschritt bei der Herstellung von Produkten aus Molybdän und Wolfram ist der Glühprozess bei Temperaturen bis zu 1.600 Grad Celsius“, sagt der AIT-Forscher Martin Niederer dem KURIER. Dies ist ein zeitund energieintensiver Prozess – dessen Optimierung ist daher von besonderem Wert. Normalerweise wird die dem jeweiligen Material entsprechende gewünschte Temperatur für eine gewisse Zeit auf diesem Niveau gehalten. So können die Komponenten eine vorgegebene Temperatur für eine bestimmte Mindestglühzeit erreichen. Im Anschluss werden sie wieder abgekühlt. Die exakte Einhaltung dieser Mindestglühzeit ist wichtig, je nach Beladung des Ofens und der thermischen Trägheit der Materialien aber schwer abschätzbar. In der Praxis wählt man daher sicherheitshalber eine längere Dauer für den Glühprozess, wobei allerdings Zeit

Das entsprechende Metall kommt durch eine kleine Öffnung in den glühenden Hochtemperatur-Ofen

und Energie verschwendet werden. Ist die Dauer aber zu kurz, wirkt sich das negativ auf die Materialeigenschaften aus.

„Das Ziel des gemeinsamen Projektes war es, die Dauer und den Energieverbrauch des Prozessschritts bei gleichbleibender Produktqualität zu reduzieren“, so Niederer. Durch Messungen, Analysen und Modellierungen wurde ein Algorithmus entwickelt, der die gewünschte Mindestglühzeit für jede Ladung im Ofen zuverlässig bestimmen kann.

Weniger CO

Tests haben gezeigt, dass die Gesamtdauer des Prozesses um zwölf Prozent gesunken ist. Der eingesparte Energiebedarf und die Reduktion der CO2-Emissionen entsprechen hingegen dem Verbrauch von 15 Einfamilienhäusern im Jahr.

Weitere Branchen

Generell kommt die Optimierung des Prozesses aber nicht nur der Photovoltaik zugute. Weitere Profiteure sind laut Niederer unter anderem die Elektronikindustrie und die Medizintechnik.

„Die Idee hinter der entwickelten Lösung, die zu der Verbesserung des Prozesses führte, kann in vielen weiteren Prozessschritten in der metallverarbeitenden Industrie angewandt werden“, sagt der Forscher.