ABB Ability™ System 800xA ebnet den Weg für den komplizierten Herstellungsprozess für hochreines Silizium bei Elkem Solar

Das norwegische Unternehmen Elkem Solar ist Vorreiter bei der Entwicklung von Technologien, mit deren Hilfe die Kraft der Sonne genutzt werden kann

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Geringere Produktionskosten, gleichbleibende Produktqualität und geringerer Energieverbrauch – so stellt sich Elkem die künftige Solarindustrie vor. ABB teilt diese Vision. Und gemeinsam wollen die beiden Unternehmen dieses Bild Wirklichkeit werden lassen.

Die hohen Anforderungen der Energieerzeugung erfüllen

In seinem 600 Mio. USD teuren Werk hat das norwegische Unternehmen Elkem Solar die Industrialisierung der Produktion von Solarsilizium in Angriff genommen, das in Solarzellen zum Einsatz kommt, die über 30 Jahre lang erneuerbare Energie erzeugen können. ABB lieferte für die Gesamtanlage elektrische Hoch-/Niederspannungslösungen, einschließlich der Leitsystemlösung System 800xA.

Solaranlagen mit Silizium wandeln auf der ganzen Welt zunehmend Sonnenstrahlen in Energie um. Tatsächlich würden 0,3 % der Solarenergie, die durch die Sonneneinstrahlung in der Sahara und in den Wüsten des Nahen Ostens gewonnen werden, ausreichen, um den Energiebedarf Europas, Nordafrikas und des Nahen Ostens zu decken.

Der wichtigste Bestandteil von Solarzellen ist hochreines Silizium. Elkem Solar ist seit 1970 der weltweit führende Hersteller von Silizium. Mit seiner neuen Anlage in Kristiansand hat das norwegische Unternehmen erneut seine metallurgischen Fachkenntnisse unter Beweis gestellt.


Die Fakten

Branche Herstellung chemischer Erzeugnisse
Kunde Elkem Solar
Land Norwegen
Lösungen

Die Herstellung von hochreinem Silizium erfordert eine präzise Steuerung

Hochreines Silizium wird für die Produktion von Photovoltaik- und Solarzellen benötigt. Auf dem Solarmarkt war jedoch nur ein begrenztes Angebot an Silizium dieser Art zu verzeichnen. Als Reaktion auf diesen Bedarf baute Elkem Solar ein neues Werk in Kristiansand, um pro Jahr 6.000 Tonnen hochreines Silizium für Solarzellen herstellen zu können. Die Anlage wurde im Juli 2009 in Betrieb genommen.

In diesem neuen Werk ist der Energieverbrauch um 75 % niedriger als in einem vergleichbaren Werk mit herkömmlicher Technologie. Dies wird erreicht durch die Nutzung der komprimierten Automatisierungs- und Energielösung von ABB, die in die einheitliche Plattform System 800xA integriert ist.

In der neuen Anlage wird ein neuartiges und energiesparendes metallurgisches Verfahren angewandt, um Solarsilizium mit der Bezeichnung Elkem Solar Silicon® herzustellen, ein zukunftsorientiertes Produkt, das dazu beitragen soll, den weltweiten CO2-Austoß zu verringern.

Die neue Produktionslinie umfasst 5 unabhängige Prozessschritte für die Reinigung von Silizium. System 800xA bietet eine präzise Prozesssteuerung von zwei der Prozesse und gewährleistet gleichzeitig einen sicheren und zuverlässigen Betrieb sowie eine optimierte Produktion und Energieeffizienz.


System 800xA bietet eine präzise Prozesssteuerung und gewährleistet gleichzeitig einen sicheren und zuverlässigen Betrieb sowie eine optimierte Produktion und Energieeffizienz.

Energieeffizienz dank Leitsystemlösung System 800xA

Durch die Integration von Energie- und Prozesssystemen in die einheitliche Plattform System 800xA optimiert ABB die Konzeption und die Leistung der elektrischen Systeme und Automatisierungssysteme von Elkem sowie die Gesamtenergieeffizienz. Weitere Vorteile ergeben sich zudem durch geringere Kosten für Instandhaltung, Engineering und den gesamten Lebenszyklus.

Die Lösung System 800xA besteht aus mehreren Bedienerarbeitsplätzen, fünf AC 800M Controllern und einem AC 800M High-Integrity Controller für etwa 3.000 E/As. Für die Kommunikation mit den unterschiedlichen Arten der Prozessausrüstung in der gesamten Anlage wird FOUNDATION Fieldbus eingesetzt.

In diesem neuen Werk ist der Energieverbrauch um 75 % niedriger als in einem vergleichbaren Werk mit herkömmlicher Technologie.

Integrierte Prozessautomatisierung maximiert Kapazität und Energieeffizienz bei Elkem

Die Realisierung hocheffizienter Solarzellen bei geringen Prozesskosten ist zurzeit die wichtigste technische Herausforderung für die großen Solarzellenhersteller, einschließlich Elkem.

Zu diesem Zweck hat Elkem für die Reinigung des hergestellten Siliziums einen Prozess mit 5 Schritten entwickelt, wobei mit den Steuerungslösungen von ABB, einschließlich System 800xA, die Schritte 1 und 3 der Prozesslinie gesteuert werden.

Schritt 1: Schmelzanlage (metallurgisches Silizium)
Quarz wird mithilfe von Kohlenstoff zu Silizium reduziert.

Schritt 2: Schlackenbehandlung und Zerkleinerung
Dies ist der erste von drei aufeinanderfolgenden Reinigungsschritten, um den Anteil der Verunreinigungen zu verringern und Bor zu entfernen. Dazu gehört eine pyrometallurgische Schlackenbehandlung, bei der flüssiges Silizium aus dem Lichtbogenofen abgeführt wird, erstarrt und anschließend zerkleinert wird. Nach der Schlackenbehandlung wird das Metall zerkleinert, bevor es zur Auslaugung geführt wird.

Schritt 3: Auslaugung
Beim hydrometallurgischen Reinigungsprozess wird zerkleinertes Silizium mithilfe von Säuren gereinigt, um den Anteil von Phosphor und anderen metallischen Verunreinigungen zu verringern. Obwohl eine einzige Produktionslinie diese energieintensiven und wichtigen Schritte durchführt, ist für Elkem dank der Technologie von System 800xA die vollständige Steuerung, Sicherheit und Effizienz gewährleistet.


Schritte 4 und 5: direkte Erstarrung und Nachbehandlung
Das Hauptziel von Schritt 4 ist es, den Anteil von Phosphor und anderen metallischen Verunreinigungen weiter zu verringern. Der Prozess ähnelt der Herstellung von Solaringots. Bei der Nachbehandlung werden die erstarrten Ingots in Blöcke von 10 kg geschnitten und mit Säuren gereinigt. Teile der Ingots mit einer übermäßigen Konzentration von Verunreinigungen werden entfernt.

System 800xA bietet eine präzise Prozesssteuerung von zwei der Prozesse und gewährleistet gleichzeitig einen sicheren und zuverlässigen Betrieb sowie eine optimierte Produktion und Energieeffizienz.

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