Ölfreie Druckluft für Solarwafer

Technik

Produktion - Der Solarboom führt zu energieintensivem Druckluftbedarf. Die Deutsche Solar spart mit ölfreien, drehzahlgeregelten Kompressoren.

14. April 2009

»Weil die gesetzlich vereinbarten Vergütungen für die Stromeinspeisung jährlich gekürzt werden, verdienen die Endkunden mit ihren Solarmodulen immer weniger Geld«, sagt Andreas Villak, Leiter Technischer Service bei der Deutschen Solar AG im sächsischen Freiberg.

Darauf könne man nur reagieren, indem man auch die Preise für die von seinem Unternehmen gefertigten Solarwafer senke. »Wir sind daher bestrebt, unsere Produktionskosten und speziell auch den Energieverbrauch unserer Anlagen zu reduzieren«, betont Villak. Er legt Wert auf den möglichst effizienten Produktionsbetrieb – »zum Beispiel, indem wir unseren seit Jahren stark steigenden Druckluftbedarf nur noch mit modernsten, drehzahlgeregelten Kompressoren decken«. Mit diesen Maschinen, die von Atlas Copco geliefert wurden, lassen sich Bedarfsschwankungen effizienter abdecken. Verglichen mit konventionellen Anlagen, senken die ›VSD‹ (Variable Speed Drive) genannten Kompressoren die Energiekosten um bis zu 35%, so der Hersteller aus Essen.

Die Steuerung dieser Kompressoren messen permanent den Systemdruck und vergleichen ihn mit dem Sollwert. Die Drehzahl sinkt und steigt mit dem Bedarf der an den Zapfstellen angeschlossenen Maschinen und Systeme. Der VSD soll auf diese Weise einen zu hohen Energieverbrauch vermeiden. Das System komprimiert in dem Maße, wie die Verbraucher im Netz Druckluft nachfragen. Diese können wiederum stets mit einem konstanten Versorgungsdruck rechnen.

Auch der kräftig steigende Druckluftbedarf in Freiberg lässt sich mit den VSD-Maschinen besser bewältigen. Als die Deutsche Solar in Freiberg im Jahr 2000 startete, lag der Druckluftbedarf bei rund 1.500m3 pro Stunde. Ende vergangenen Jahres wurden bereits rund 7.000m3 Druckluft pro Stunde erzeugt. Die Deutsche Solar verarbeitet Silizium zu sogenannten Wafern. Die Schwesterunternehmen fertigen daraus Solarzellen sowie verkaufsfertige Solarmodule. »Die wachsende Nachfrage stellt einige Herausforderungen an die Grundversorgung etwa mit Kälte, Klimatechnik oder Druckluft«, betont Villak, der für die Versorgung aller Betriebe verantwortlich ist. »Vor allem, weil wir an 365 Tagen im Jahr 24 Stunden produzieren.«

Bessere Steuerung notwendig

Um die Versorgung sicherzustellen, wurde kürzlich ein redundant ausgelegtes Ringsystem in Betrieb genommen, in das an mehreren Punkten Druckluft eingespeist wird. Über eine zentrale Leitwarte haben Villak und seine Mannschaft die Technik unter Kontrolle. Nach Inbetriebnahme der Ringleitung plant er bereits den nächsten Schritt. Er will eine übergeordnete Steuerung installieren, die alle Kompressoren lastabhängig optimal ansteuert. Denn die Erweiterung der Einspeisepunkte und die aufgebaute Redundanz mache eine noch bessere Steuerung erforderlich. Seit die Ringleitung geschlossen ist, werden laut Villak auch die Spitzenverbräuche und Leerlaufzeiten besser kontrolliert.

Die Deutsche Solar setzt nur ölfreie Kompressoren ein. Die Druckluft wird an mehreren Stellen im Prozess von der Schmelze des Siliziums bis zum Trennen der gegossenen Blöcke zu Säulen und Wafern benötigt. Den größten Anteil der ölfrei erzeugten Druckluft verbrauchen in der Waferherstellung die Sperrluftsysteme.

Diese Luft muss ölfrei sein, denn sie kommt mit dem Produkt in Berührung. Die gegossenen Siliziumblöcke werden in einem speziellen Verfahren mit einem hauchdünnen Draht in Säulen und dann in eine Vielzahl dünner Wafer geschnitten, die an einer Seite am Maschinenträger festhängen – »Wie ein dicker, feiner Kamm sieht das aus«, beschreibt Villak. Bei dem Sägevorgang werden extrem feine, sehr harte Siliziumpartikel abgehoben, die nur 1 bis 10µm groß sind. »Sie könnten sich auf die Wellen und Lager in der Maschine setzen und die Oberflächen beschädigen. Die Lager werden daher mit Sperrluft geschützt, sodass die Siliziumpartikel nicht eindringen können«, fasst Villak zusammen.

Weitere Druckluftverbraucher sind die Transportsysteme, wie Roboter- und Handlingeinheiten sowie die Verschiebebahnhöfe, die pneumatisch gesteuert werden, außerdem Membranpumpen für die chemischen Versorgungssysteme. Auch die hochsensiblen Prozesse dürfen auf keinen Fall durch Öl beeinträchtigt werden. Diese Möglichkeit der Kontamination bestünde im Falle etwaiger Leckagen, wenn öleingespritzte Kompressoren zur Drucklufterzeugung eingesetzt würden. »Diese Gefahr war und ist uns zu groß«, sagt Villak.

Thomas Preuß

Erschienen in Ausgabe: 04/2009