Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Photovoltaik- Industrie

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1 Corporate Communications Fachartikel Georg Fischer Piping Systems Ltd Schaffhausen Switzerland Ralph Schreiber Public & Media Relations Manager Tel +41 (0) Fax +41 (0) Mobile +41 (0) Schaffhausen, August 2009 Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Photovoltaik- Industrie Nicht erst seit der aktuellen Diskussion um Wüstenstrom aus Solarkraftwerken für Europas Industrie und Privathaushalte ist umweltfreundliche Sonnenenergie als Wachstumsmarkt in aller Munde. Untermauert wird dieser Trend von aktuellen Marktdaten, die besagen, dass die Umsätze und auch die Exportquoten der Hersteller von Komponenten, Maschinen und Anlagen für die Photovoltaik im Vergleich zum Vorjahr mit hohen zweistelligen Zuwachsraten wieder deutlich zugelegt haben. Aber gerade in diesem Bereich geht es vor allem in der Produktion großflächiger Solarzellen um das Erreichen kompromissloser Qualität. Dazu müssen nicht zuletzt auch alle notwendigen Medien sauber und sicher transportiert werden. Optimale Voraussetzungen dazu schafft die Total Plastic Solution der GF Piping Systems. Aber auch das grüne Image ist neben dem großen und anhaltenden Wachstum von ausschlaggebender Bedeutung für die weitere Entwicklung des Photovoltaik-Marktes. Strom aus Solarzellen ist allgemein als zentral bedeutsame Komponente gegen den globalen Klimawandel anerkannt. So verwundert es auch nicht, dass aufgrund von namhaften Fördermitteln nicht nur in Europa bereits seit Jahren hohe Wachstumsraten erreicht werden. Seit 2002 hat sich die Energieerzeugung über Photovoltaik alle zwei Jahre verdoppelt, die globale Stromproduktion über Photovoltaik lag Ende 2007 bei Megawatt.

2 Entwicklung leistungsfähiger Photovoltaik-Zellen geht weiter Die in Massenfertigung entstehenden, silikonbasierten multikristallinen Solarzellen- Platten (c-si) erreichen aktuell einen Wirkungsgrad von rund 14 Prozent. Auf dem Markt sind aber auch schon weiter optimierte Produkte verfügbar. Dabei handelt es sich beispielsweise um Hochleistungszellen aus monokristallinem Silikon oder um so genannte HIT Zellen. Beide Produkte verfügen bereits über einen Wirkungsgrad von ca. 22 Prozent. Neben der traditionellen Zellenherstellung (c-si) entwickelt sich auch die Produktion von Dünnschichtzellen mit Wirkungsgraden von ca. acht Prozent (a-µc-si, CIS, CdTe) sehr dynamisch. Das Marktpotenzial liegt zukünftig bei > 20 Prozent, die weltweit prognostizierten Kapazitäten im Jahre 2010 liegen bei ca. 20 Gigawatt. Bedingt durch die aktuelle Wirtschaftskrise sowie den sich verstärkenden Preisdruck für Solarzellen haben sich viele Produzenten 2009 darauf fokussiert, zunächst die vorhandenen Kapazitäten vollständig auszuschöpfen. Gepaart mit einer äußerst zurückhaltenden Haltung der Banken bei der Kreditfinanzierung von neuen Produktionsstätten, führt dieser Umstand in diesem Jahr erstmalig zu einer Stagnation der Wachstumsraten in dieser bis dato sehr erfolgsverwöhnten Branche. Trotz aktuell existierender Überproduktion sind sich die Analysten einig, dass der Gesamtmarkt in den kommenden Jahren durch wachsende Nachfrageraten von durchschnittlich 30 Prozent geprägt sein wird. Gestützt wird diese Annahme dadurch, dass bereits zwischen 2011 und 2015 der Energiekosten-Wendepunkt (Grid parity) für Solarstrom erreicht sein wird. In diesem Zeitfenster werden die gemittelten Energiekosten der Solartechnik das Niveau der konventionellen Energiekosten erreicht haben und in weiterer Folge unter diese herkömmlichen Elektrizitätskosten sinken. Interessanter Zuliefermarkt für Rohrleitungshersteller Georg Fischer Piping Systems erkannte die Bedeutung dieses Marktes sehr früh. Das Angebot erfolgreicher Lösungen zum Medientransport sowohl für die traditionelle Solarzellen-Produktion als auch für die Produktion der neuen Dünnschichtzellen war die Folge. Massgeblich für den Erfolg ist die Total Plastic Solution, die vollständig aus Kunststoff bestehende Rohrleitungskonzepte individuell anbietet, plant und über ein standardisiertes Design in Kombination mit weltweiter Installation und dem Einsatz von Spezialisten vor Ort punktgenau realisiert.

3 Kunststofflösungen: wirtschaftlich und sicher Die in der traditionellen Photovoltaik-Produktion eingesetzten Siliziumscheiben, Wafer von 150 x 150 Millimetern, die aus einem polykristallinen Siliziumblock gesägt werden, müssen in komplexen Nassprozessen auf der Oberfläche speziell geätzt und gereinigt werden. Dazu werden verschiedene Säuren, aber auch oxidierende Chemikalien, Laugen und anorganische Salze eingesetzt. Hinzu kommen Mischungen dieser Chemikalien sowie Wasser in unterschiedlichen Qualitäten, etwa destilliert, deionisiert, demineralisiert oder hochrein. Zu den eingesetzten Säuren gehören etwa Flusssäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure oder auch Essigsäure. Oxidierende Chemikalien sind bspw. Wasserstoffperoxid oder Kaliumpermanganat, zu den verwendeten Laugen zählen Kalziumhydroxid oder Natriumhydroxid. An anorganischen Salzen kommen z.b. Fluoride, Sulfate oder Chloride zur Anwendung. Aufgrund der hoch korrosiven Eigenschaften vieler dieser Medien und Verbindungen lassen sich Rohrleitungen aus Metall grundsätzlich nicht in diesem Bereich einsetzen. Lediglich einige Edelmetalle, hochlegierte Stähle oder spezielle Nichteisen- Legierungen wären geeignet. Leitungen aus Platin oder Gold sind verständlicherweise nicht realisierbar, Legierungen in der Regel sehr teuer und häufig auch von nur begrenzter Lebensdauer. Auch Salzlösungen können bei Leitungen aus Metall zur Korrosion führen. Hohe Leitfähigkeit und die Bildung von galvanischen Elementen sind schließlich für den gefürchteten Lochfrass verantwortlich. Kunststoffe sind hingegen für solche Einsätze geradezu prädestiniert, auch weil wirtschaftlicher und leichter zu verarbeiten. Individuelle Unterschiede beachten Je nach Art der Chemikalie und deren Konzentration, den vorliegenden Anwendungsbedingungen wie etwa Druck, Temperatur oder weiterer Umgebungsvariablen muss die Entscheidung für einen der Kunststoffe individuell angepasst werden. Dabei müssen nicht nur Rohrleitungen, sondern auch Verbindungselemente, Dichtungen, Armaturen und Messinstrumente auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt sein. Für viele Anwendungen im Standardbereich fallen die

4 Entscheidungen diesbezüglich schnell und eindeutig. GF Piping Systems kann hierbei auf fundierte Werkstoffkenntnisse und langjährige Erfahrungen zurückgreifen. Schwieriger wird es bei exotischen Anwendungen oder im Grenzbereich. Hier muss die Leistungsfähigkeit eines Systems genau geplant und ausgelegt oder eine mögliche Lebensdauer der Rohrleitungen angegeben werden. Grundsätzlich gilt: Je mehr Informationen etwa zu Druck, Temperatur, der genauen Bezeichnung des Mediums, den Umgebungsbedingungen, der Leitungsdurchmesser seitens des Auftraggebers bekannt sind, desto einfacher kann eine Empfehlung ausgesprochen werden. Eine Hilfe bieten in diesem Sektor Beständigkeitslisten. Aber auch daraus kann, vor allem für Grenzbereiche, nur eine Tendenz hinsichtlich einer möglichen Materialbeständigkeit abgeleitet werden. Deshalb empfiehlt sich in jedem Fall schon während der Planungsphase eines Projekts ein ausführliches Gespräch mit den zuständigen Experten von GF Piping Systems. Werden schon bei der Konzeption Fehler vermieden, drückt sich dies positiv in der Umsetzung des jeweiligen Rohrleitungssystems und damit auch in der Gesamtwirtschaftlichkeit des Projektes aus. Grosse Bandbreite materialspezifischer Lösungen In der traditionellen Solarzellen-Produktion sind für den Transport von Deionized- /Specified-Water-Anwendungen PROGEF Plus Leitungen im Einsatz. Chemische Prozessmedien werden in CONTAIN-IT Plus-Doppelrohrleitungen, bestehend aus einer äußeren Schutzleitung sowie einer Innenleitung zum Durchführen der Flüssigkeiten, in SYGEF Standard sowie PFA-Systemen transportiert, Entsorgungsleitungen in PROGEF Standard, PE, PVC sowie PVC-C ausgeführt. Bereits in diesem Sektor kommen aber auch spezifische Kundenlösungen zum Tragen, die individuell konzeptioniert und umgesetzt werden. Bezüglich der rasch wachsenden Dünnschicht-Produktionstechnik verlassen sich führende Hersteller auf die Systeme SYGEF und PROGEF für die Deionized- Wasserversorgung und auf PE-Rohrleitungen mit großen Durchmessern, etwa zum Ableiten von Kühlmedien der Beschichtungsanlagen. Für hochreine Flüssigkeiten kommen schließlich Systeme aus PP, PVDF und PFA zum Einsatz.

5 Hohe Sicherheit bei aggressiven Medien: CONTAIN-IT Plus Ein verantwortungsvolles Umweltbewusstsein und ein gestiegenes Sicherheitsbedürfnis nehmen in unserer heutigen Zeit einen immer grösseren Stellenwert ein. Personen- und Sachschäden sowie Umweltverschmutzungen, die durch austretende Flüssigkeiten verursacht werden, haben GF Piping Systems dazu bewegt, geeignete Systeme zu realisieren, um dieses Gefährdungspotenzial zu reduzieren. Die Anlagensicherheit beim Transport von personen-, umwelt- und wassergefährdenden Stoffen macht ein Rohrleitungssystem notwendig, das die Anforderungen nach chemischer Widerstandsfähigkeit umfassend erfüllt und das Erkennen sowie Auffangen von Undichtigkeiten optimal gewährleistet. Bewährte, zugelassene und montagefreundliche, Verbindungstechniken sind wichtige Voraussetzungen für eine reibungslose Herstellung. Das Doppelrohrsystem CONTAIN-IT Plus besteht zunächst aus einer äusseren Schutzleitung, die als Lecküberwachungsraum Flüssigkeiten eventueller Leckagen aus der Innenleitung zuverlässig aufnimmt, bis das Leck nachgewiesen und Abhilfe geschaffen ist. Durch das Außenrohr können aber auch Flüssigkeiten geleitet werden, um die Temperatur des Mediums in der Innenleitung zu stabilisieren. Sowohl die Innen- als auch die Schutzleitung sind bewährte, qualitätsgesicherte Druckrohrleitungssysteme, die unverändert zum Einsatz gelangen. Die Verbindungstechniken entsprechen dabei in vollem Umfang den einschlägigen Richtlinien für den Druckrohrleitungsbau. Der Rohrwerkstoff für die Innenleitung ist frei wählbar und somit optimal den Anforderungen der chemischen Resistenz anzupassen. Alternative Verbindungstechniken Neben den konventionellen Verbindungstechniken bietet GF Piping Systems zwei weitere Schweissverfahren an, die für die Verbindung der Rohrleitungssysteme in der Solarindustrie hervorragend geeignet sind. Es handelt sich dabei um das Infrarot- Schweissverfahren IR Plus, bei dem die zu verbindenden Teile berührungslos erwärmt und unter Fügedruck ohne Verwendung von Zusatzstoffen verschweisst werden. Verschmutzungen und Inhomogenitäten werden dadurch verhindert, die Schweisswülste bleiben durch Fügeweg-Einstellung bzw. das Entfallen des

6 Angleichprozesses klein. Die Fügeweg-Einstellung erzeugt zusätzlich eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Schweissverbindungen. Besonders geeignet zum Verschweissen von SYGEF, PVDF und PROGEF PP Rohrleitungssystemen ist das WNF-Plus-Verfahren, das die Wärmeenergie definiert über halbschalige Heizelemente zuführt, wobei ein elastischer Druckkörper die Innenseite der Schweisszone stützt und damit Schweißwülste vermeidet. Die unter geregeltem Druck gehaltene Thermoplastschmelze garantiert eine optimale, homogene Verschweissung der Kunststoffteile. Toträume entstehen nicht, die Oberfläche der Verschweissung ähnelt der der Rohrleitungen, bleibt also ohne Wülste oder Nuten. Für jedes Medium der richtige Werkstoff Bei der Leitung von Medien in der Herstellung von Photovoltaik-Komponenten ist die Auswahl der Materialien in hohem Maß abhängig vom jeweiligen Prozess. Standardisierte Lösungen im Materialbereich gibt es also eher selten. Vielmehr müssen die Rohrleitungssysteme medienabhängig individuell ausgelegt werden. Deshalb ist auch in diesem Markt ein fundierter Customer Service mit individueller Anforderungsabstimmung über die gesamte Projektphase und den After Sales Service hinweg zwingend erforderlich. Nur so können langlebige Rohrleitungssysteme entstehen, die alle Medien zuverlässig transportieren und damit den Produktionsprozess reibungslos ablaufen lassen. Autoren: Hans Jörg Sommer, Head of Chemical / Mechanical Advises and Claims, GF Piping Systems, Schaffhausen (Schweiz) Hanspeter Mueller, Global Market Segment Manager Microelectronics, GF Piping Systems, Schaffhausen (Schweiz)

7 Bildunterschrift CONTAIN-IT Plus: Doppelrohrsystem für absolute Sicherheit beim Transport gefährlicher und umweltschädlicher Medien. Bildunterschrift PROGEF Plus: Das System PROGEF Plus bietet für DI (Deionised)und UPW (Ultra Pure Water) Wasseranwendungen entsprechende Qualität mit besseren Leach-Out-Werten als es jedes PVC könnte. Bildunterschrift SYGEF Standard: Das PVDF-System von GF Piping Systems mit optimalem Preis-/Leistungsverhältnis für die Anwendung im Bereich kritischer Chemikalien. Bildunterschrift Produktion: Besondere Produktionsumgebungen in der Photovoltaikindustrie erfordern individuell ausgelegte Rohrleitungssysteme. (Bild GF Piping Systems) Bildunterschrift First Intel UPW-UF: Anwendung von GF Piping Systems für UPW (Utra Pure Water) und UF (Ultrafiltration) in bestehender Photovoltaikfabrikation. Georg Fischer Adding Quality to People s Lives GF Piping Systems ist eine von drei Unternehmensgruppen des Konzerns Georg Fischer und ein führender Anbieter von Rohrleitungssystemen aus Kunststoff und Metall mit weltweiter Marktpräsenz. Für die Aufbereitung und Verteilung von Wasser sowie den sicheren Transport von Flüssigkeiten und Gasen im industriellen Bereich sind Verbindungstechnologien, Fittings, Armaturen, Sensoren und Rohre im Portfolio. GF Piping Systems bietet innovative, technische führende Lösungen in den Segmenten Gebäudetechnik, Chemische Prozessindustrie, Food & Beverage, Mikroelektronik, Schiffsbau, Wasser- und Gasversorgung sowie Wasseraufbereitung. Verkaufsgesellschaften in mehr als 25 Ländern und Repräsentanzen in weiteren 80 Ländern garantieren einen Kundenservice rund um die Uhr. Produktionsstätten in Europa, Asien und in den USA sind kundennah und erfüllen lokale Anforderungen. Der Hauptsitz von Georg Fischer ist seit der Gründung im Jahr 1802 in Schaffhausen, Schweiz. Kennzahlen GF Piping Systems 2009 Mehr als Mitarbeiter weltweit 1066 MCHF Umsatz 80 MCHF EBIT Weitere Informationen finden Sie unter