Die Energiegewinnungaus Sonnenlicht ist ein boomendes Geschäft. Wachstumsraten von rund 30 Prozent pro Jahr sind schon seit einiger Zeit an der Tagesordnung, und der Trend wird sich voraussichtlich fortsetzen.

Und da immer mehr Strom aus Sonnenenergie produziert wird und die Effizienz von Photovoltaiksystemen (PV-Systemen) dank intensiver Forschung und Entwicklung verbessert worden ist, sinkt auch der Preis für Solarstrom kontinuierlich. Branchenexperten sagen voraus, dass Solarstrom in manchen Teilen der Welt bis 2010 auf dem gleichen Preisniveau liegen wird wie Strom aus fossilen Brennstoffen. In einigen Ländern wird die Branche auch durch staatliche Fördermittel in Schwung gebracht.

Ein Photovoltaik- oder Solarmodul besteht aus vielen miteinander verschalteten Solarzellen. Mehrere, manchmal Hunderte von Solarmodulen werden zu PV-Anlagen zusammengefügt. Hauptbestandteil einer jeden Solarzelle ist eine dünne Siliziumscheibe, die mittels einer Drahtsäge von einem großen Siliziumblock, auch Ingot genannt, abgeschnitten wird. Es ist ungefähr wie Brot schneiden, nur mit dem Unterschied, dass ein Ingot bis zu 400 Kilogramm wiegen kann und extrem hart und brüchig ist. Neben Sauerstoff ist Rohsilizium in Form von Sand und Quarz das Element, das auf der Erde am häusten vorkommt. Für den Einsatz in der Solarindustrie muss es jedoch zunächst in einem aufwändigen Prozess veredelt werden. Für Solarzellen geeignetes Silizium ist schon seit Jahren Mangelware und muss teuer bezahlt werden. Der Preis ist in nur sieben Jahren von 2000 bis Herbst 2007 von neun US-Dollar (sechs Euro) pro Kilogramm auf rund 200 US-Dollar (135 Euro) gestiegen. Dieser Umstand zwingt alle Branchenakteure dazu, noch mehr Energie aus jedem Gramm Silizium herauszupressen. Dies lässt sich unter anderem dadurch erreichen, dass man das Schneideverfahren kostengünstiger macht. Da das Schneiden der Siliziumscheiben ein wesentlicher Schritt bei der Fertigung von Solarzellen ist, verlangen die Hersteller leistungsstarke Drahtsägen, die in der Lage sind, immer dünnere Scheiben in immer kürzerer Zeit und mit immer weniger Verschnitt zu schneiden.

Das Schweizer Unternehmen Precision Wafering Systems (PWS) ist weltweit führend bei der Entwicklung und Herstellung von hochmodernen Drahtsägen zur Fertigung von Siliziumscheiben für die Photovoltaik- und Halbleiterindustrie sowie zum Schneiden von anderem harten brüchigen Material wie Glas und Quarz.

„Das Prinzip einer Drahtsägeist einfach, aber die Ausführung ist kompliziert“, erklärt Cédric Thommen, Leiter des Maschinenbaus bei PWS. „Bei diesen Sägen wird ein sehr dünner Draht aus hochfestem Stahl netzförmig um eine Reihe von Drahtführungen gewickelt. Der Draht ist 120 oder 140 Mikrometer (µm) dick, also nur geringfügig dicker als ein Menschenhaar.“

„Die schnell rotierenden Drahtführungen bewegen das Drahtnetz mit einer Geschwindigkeit von circa 15 Metern pro Sekunde“, fährt Thommen fort. „Dabei wird der Draht kontinuierlich mit einer abrasiven Flüssigkeit befeuchtet. Er schneidet einen Siliziumblock, der durch das Drahtnetz geschoben wird, auf 150 bis 300 µm dünne Scheiben oder Wafers. Die durchschnittliche Dicke liegt bei 200 µm. PWS arbeitet zurzeit an der Entwicklung von Drahtsägen mit feineren, enger gewickelten Drähten. Das heißt, die nächste Generation unserer Maschinen wird in der Lage sein, noch dünnere Wafers mit noch weniger Verschnitt herzustellen.“

Thommen erklärtdie wichtigsten Eigenschaften der Drahtsägen von PWS: „Diese Präzisionsmaschinen sind so konzipiert, dass sie ein hohes Maß an mechanischer Linearität, thermischer Stabilität und Prozesskonstanz sicherstellen. Der Wartungsaufwand ist gering und die Zuverlässigkeit hoch. In Kombination mit preiswertem Verbrauchsmaterial und hoher Produktivität bieten diese Eigenschaften unseren Kunden eine einzigartige Kosteneffektivität.“

PWS hat in Cheseaux nahe Lausannerund 200 Mitarbeiter. Hier werden neben Drahtsägen auch Cropping-Sägen und so genannte „Squarer“ für die Photovoltaik- und Halbleiterindustrie gebaut. Die Maschinen basieren auf der gleichen Technologie wie Drahtsägen, haben jedoch eine andere Drahtkonuration. Die Cropping-Säge trennt die Endkonen des Ingots ab und verwendet dazu einen Draht, der anders als bei Drahtsägen gekräuselt ist. „Squarer“ schneiden die runden Ingots zu Quadern. Beide Maschinen dienen dazu, die Siliziumblöcke auf das Schneiden von Wafer für Solarzellen oder von winzigen Chips für elektronische Bauteile vorzubereiten. 

Partnerschaft mit Qualität

Precision Wafering Systems (PWS) baut in seine Maschinen nur Komponenten ein, die die hohen Qualitätsanforderungen des Unternehmens erfüllen. „Unser Motto lautet „Spitzenqualität ist eine Grundeinstellung“, sagt Thommen. „Wir arbeiten ausschließlich mit Lieferanten zusammen, die diese Ansicht teilen. SKF beliefert uns mit diversen Lagertypen für unterschiedliche Anwendungen in unseren Maschinen, darunter auch für die Rotation der Drahtführungen.“

„Wir erwarten von unseren Lieferanten hundertprozentige Zuverlässigkeit in allen Bereichen unserer Geschäftsbeziehung. Dazu gehören unter anderem Liefersicherheit und weltweite Produktverfügbarkeit“, fährt Thommen fort. „SKF erfüllt nicht nur unsere Erwartungen, sondern übertrifft sie. In jeder Stufe unserer Konstruktionsarbeit können wir uns auf die umfassende Unterstützung von SKF verlassen. Wir erhalten Empfehlungen zur optimalen Lagerwahl sowie alle lagerrelevanten Informationen und Berechnungen etwa in Bezug auf Gleitsitz und Lebensdauer der Lager. Das sind für uns extrem wichtige Faktoren, weil die Qualität der Lager den Wartungsaufwand sowie die Betriebsbereitschaft und Zuverlässigkeit einer teuren Hightech-Maschine entscheidend beeinflusst. SKF erfüllt im Grunde bei uns die Aufgabe eines technischen Fachberaters.“