Effektiv og miljøvennlig solkraftproduksjon i Årdal

Verdens mest miljøvennlige produksjon av solceller skal NorSun i Årdal skal få verdens høyeste produktivitet. prosessen optimaliseres med maskinlæring og robotkontroll av kvartsdiglene.

Årdal innerst i Sognefjorden har alltid vært i forkant av den industrielle og teknologiske utviklingen. Bygda er også i verdenstoppen når det gjelder å produsere monokrystallinsk silisium, materialet som er selve grunnlaget for solcellens evne til å produsere strøm.

– Det er et supermateriale som brukes i det meste av elektronikk – og som er den viktigste ingrediensen i høyeffektive solceller, sier SINTEF-forsker John Atle Bones, som er en stor solcelle-entusiast.

Mer miljøvennlig produksjon av monokrystallinsk silisium skal man lete lenge etter. De bratte fjellene leverer fornybar og utømmelig vannkraft til fabrikken i Årdal. Kraften brukes til å drifte de spesielle ovnene som kalles krystalltrekkere.

– Det er inne i ovnene som holder en temperatur på over 1400°C at det spesielle krystallet dannes, sier Bones.

Fascinerende fremstillingsprosess

I produksjonen forvandles en frøkrystall på størrelse med en blyant til en stor monokrystall av silisium på over to meter, en såkalt ingot. Dette skjer ved hjelp av Czochralski-prosessen, en fremstillingsmetode som foregår inne i smelteovnene over flere døgn. Her trekkes krystall-frøet sakte oppover av en metalltråd, mens det roterer i en digel av smeltet silisium. På denne måten vokser krystallet, omtrent en millimeter i timen, og blir til én eneste stor krystall – en monokrystall.

Atomene står på rekke og rad i hele den store krystallen – nesten uten avvik.  Det er ingen små forskyvninger i krystallen som gir uperfekte linjer i materialet, såkalte dislokasjoner, som hindrer elektronenes flyt i solcellen.

– Prosessen er uhyre kompleks fordi den består av så mange ulike komponenter: Nøyaktig styring av temperaturer, trykk, gass, ovnenes alder og tilstand, silisiumets kvalitet, egenskapene til smeltedigelen og hvordan de ulike delprosessene styres. For å nevne noe, forklarer forsker Bones.

Perfeksjonerer utvelgelsen av råvarer

Å perfeksjonere produksjonen av såkalt monokrystallinsk silisium har opptatt forskningsmiljøet i Sintef i mange år. Nå har de rettet blikket – eller rettere sagt sensorene – mot den viktige kvartsdigelen. Kvartsdigelen spiller en av hovedrollene i framstillingen av monokrystallinsk silisium til solceller. Holder ikke kvaliteten mål blir sluttproduktet ubrukelig. Digelen består av ulike kvartslag som alle har ulik funksjon under produksjonen, hvor den fungerer som en beholder for den smeltede silisiumen i ovnene som framstiller monokrystallinsk silisium.

– Derfor er det viktig at kvartsdiglene som brukes har topp kvalitet. I dag blir kvalitetskontrollen av diglene gjort med det menneskelige øyet. Men det har sine begrensninger, sier Bones.

Skal NorSun klare å produsere flere wafere må de utnytte produksjonsmulighetene maksimalt uten at det går på kvaliteten løs. For å løse den oppgaven får de forskerhjelp fra SINTEF. Bildet viser krystalltrekkerne som er sentrale i produksjonen. (Foto: NorSun)

For å holde norske solceller på verdenstoppen når det gjelder kvalitet, trengs sensorer som kan se det usynlige. SINTEF-forskere og et knippe studenter ved NTNU er i ferd med å utvikle en robot som skal se hva det menneskelige øyet ikke klarer.

– Roboten baserer seg på flere optiske sensorer, robotens ”øyne”. Noe av det vi måler er krumningen og tykkelsen på kvarts-digelen som har form som en bolle. Da må roboten stille inn ”øynene sine” med rett vinkel for alle punktene den skal måle på. Dette er mulig ved å bruke flere avstandssensorer bidrar til at roboten kontinuerlig korrigerer banen den beveger seg i, forklarer Bones.

Solcellestrøm er den raskest voksende energiformen i verden, og bidrar stadig mer til fornybar energi i mange land. Investeringskostnadene for solstrøm har falt kraftig og virkningsgraden av solcellene økt. Som en følge av dette jobber flere aktører med å lage såkalte bygningsintegrerte solceller: solceller som er innebygget i enten materialer for tak, fasader, eller i vinduer.

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.

Rull til toppen