L’industria che trasformal’energia solare in energia elettrica è in forte espansione, con una crescita che negli ultimi anni è stata del 30 percento circa all’anno, e ha la tendenza a continuare. Molte le ragioni: rispetto ai combustibili fossili, il sole è una fonte inesauribile, è ecologico e disponibile ovunque, non necessita di oleodotti né di navi per giungere da paesi spesso instabili o potenzialmente ostili.

La produzione su più vasta scala e le risorse destinate alla ricerca e sviluppo hanno permesso di migliorare l’efficienza del fotovoltaico e anche il prezzo dell’elettricità generata dalle celle solari è in progressiva diminuzione. Si prevede che entro il 2010, in alcuni paesi, il prezzo scenderà al livello di quello dei combustibili fossili. Gli stessi incentivi concessi da alcuni governi danno un forte impulso al settore.

Un modulo fotovoltaico – meglio noto come “pannello solare” – è costituito da numerose celle collegate tra loro elettricamente. Più pannelli – anche centinaia – possono essere collegati a formare unità più grandi, dette generatori solari. Ciascuna cella è costituita da una sottile lamina di silicio che viene ricavata da un lingotto di materiale mediante una sega a filo elicoidale, analogamente a quanto avviene quando si affetta il pane, con la differenza che il lingotto di silicio può pesare anche 400 chilogrammi ed è estremamente duro e fragile. Per le sue caratteristiche, tagliare questo materiale in fettine sottili è estremamente complicato.

Il silicio è il secondo elemento, dopo l’ossigeno, in ordine di abbondanza nella crosta terrestre, dove è presente sotto forma di sabbia e quarzo. Tuttavia, per essere impiegato nelle celle solari deve essere trasformato mediante un processo costoso. Per anni il silicio per questa applicazione ha scarseggiato e i prezzi sono saliti da circa 6 euro al chilo nel 2000 a quasi 135 euro nell’autunno 2007. Ciò ha spinto l’industria del settore a ricavare quanta più energia possibile da ogni grammo di silicio, obiettivo raggiungibile, tra l’altro, ottimizzando il rapporto costo/efficacia delle operazioni di taglio del materiale, che costituiscono una fase essenziale nel processo di produzione. I costruttori di celle solari chiedono a gran voce seghe a filo con alte prestazioni, in grado di tagliare wafer ancora più sottili, più velocemente e con meno perdite di lavorazione.

Antesignana in questo settore, la Precision Wafering Systems (PWS) è leader mondiale nello sviluppo e nella produzione di seghe a filo avanzate per il taglio del silicio da impiegare nelle celle fotovoltaiche e nei dispositivi a semiconduttore e di altri materiali duri e fragili, come il vetro e il quarzo. Situata a Cheseaux, nei pressi di Losanna, in Svizzera, la PWS, già HCT Shaping Systems SA, è stata acquistata dalla Applied Materials Inc. nell’agosto 2007.

“Il principio di funzionamento di una sega a filo è semplice, è l’esecuzione ad essere complicata”, osserva Cédric Thommen, responsabile dell’ingegneria meccanica alla PWS. “In queste macchine un filo molto sottile di acciaio ad alta resistenza, dello spessore di 120 o 140 µm, poco più di un capello, è avvolto intorno a una serie di guida-filo, creando una rete.

“I guida-filo ruotano velocemente e muovono la rete di fili a circa 15 metri al secondo. Durante questa operazione, il filo viene continuamente bagnato con un liquido abrasivo. Il lingotto di silicio viene fatto calare sulla rete di fili in movimento che provvedono a tagliarlo in wafer, i quali hanno uno spessore compreso tra 150 e 300 µm, solitamente 200 µm. La PWS sta sviluppando seghe con fili più sottili disposti in posizione ancora più ravvicinata così da tagliare wafer più sottili e produrre meno perdite di lavorazione”.

Thommen evidenzia le principali caratteristiche delle seghe a filo PWS. “Sono macchine di alta precisione, progettate per offrire livelli elevati di linearità meccanica, stabilità termica e consistenza di processo. Hanno esigenze di manutenzione minime e offrono tempi di disponibilità elevati, insieme a una grande affidabilità. Unitamente al basso costo dei materiali di consumo e all’alta produttività, queste macchine offrono un’impareggiabile efficacia in termini di costi”.

La PWS, che ha alle sue dipendenze200 persone a Cheseaux, produce anche troncatrici e squadratrici per l’industria fotovoltaica e dei dispositivi a semiconduttore. Il principio di funzionamento si basa sulla stessa tecnologia, ma cambia la configurazione dei fili. Le troncatrici provvedono a tagliare le estremità superiori e inferiori di grandi lingotti di silicio mediante fili ondulati anziché rettilinei, mentre le squadratrici tagliano i lingotti in barre di sezione quadrata. Entrambe servono a preparare i lingotti per il taglio in wafer destinati alle celle solari o, nel caso dei semiconduttori, per il taglio in minuscoli chip per le apparecchiature elettroniche.

Partner nell’eccellenza

Per le sue macchine, la Precision Wafering Systems (PWS) si affida a componenti in grado di soddisfare elevati livelli qualitativi. “Il nostro motto è: l’eccellenza è una forma mentale”, ha dichiarato Thommen. “Collaboriamo esclusivamente con i fornitori che condividono questa stessa aspirazione. La SKF ci fornisce vari tipi di cuscinetti per svariate applicazioni, comprese quelle critiche, dove devono ruotare i guida-filo”.

Nella collaborazione tra la PWS e la SKF non c’è solo l’alta qualità dei prodotti. Thommen precisa: “Dai nostri fornitori ci aspettiamo la massima affidabilità sotto tutti gli aspetti che regolano il rapporto commerciale, comprese le consegne e la disponibilità del prodotto in tutto il mondo. La SKF non solo soddisfa le nostre aspettative, ma le supera. Possiamo contare sulla loro assistenza in tutte le fasi della progettazione, in quanto essi ci guidano nella scelta dei cuscinetti più idonei e ci forniscono tutte le informazioni relative e gli strumenti di calcolo, per esempio per gli accoppiamenti e la durata. Sono tutti fattori di grande interesse per noi poiché i cuscinetti svolgono un ruolo fondamentale al fine di rendere minime le esigenze di manutenzione, aumentando la disponibilità e l’affidabilità di attrezzature tecnologiche molto costose. La SKF, in pratica, ci offre una consulenza ingegneristica specializzata”.