Gruppe 1 Bearbeitet (1)

Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb

Fachgebiet Montagetechnik und Fabrikbetrieb Univ.-Prof. Dr.-Ing. Günter Seliger

MFAB Bsc 2LP - WS 11/12, Gruppe 1

Lehrveranstaltung Methoden des Fabrikbetriebs 1

Wintersemester 2008/09

Berlin, Januar 2012

CPV-Modulproduktion in Deutschland

Gruppe1:

Jonas Petrenz: 333821

Tobias Kuhn: 334972

Peter Egen: 333824

Richard Klünder: 333573

Sonun Ulan Kyzy: 343250

Produktionstechnisches Zentrum Telefon: +49 (0)30/314-22014 Sekretariat PTZ 2 Telefax: +49 (0)30/314-22759 Pascalstr. 8-9 E-Mai l: [email protected] D-10587 Berlin Internet: www.mf.tu-berlin.de




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Executive Summary

Die SWOT-Analyse zu Deutschland als Standort für die Produktion von

Photovoltaikmodulen hat ergeben, dass man hier zulande herkömmliche Produkte nicht

konkurrenzfähig herstellen kann. Des Weiteren hat die Analyse gezeigt, dass vor allem

für südliche Märkte hohe Wachstumsraten erwartet werden. Unter anderem aus diesen

Gründen haben wir uns entschieden innovative CPV-Modul zu produzieren, welche zu

dem einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Bei CPV-Modul wird das Sonnenlicht mittels Fresnellinsen auf ein vielfaches

konzentriert und auf eine Tripel-Solarzelle auf III-V Halbleiterbasis fokussiert. Diese

Solarzelle setzt sich aus drei einzelnen Dünnschichtsolarzellen zusammen, die jeweils

einen Teil des Lichtspektrums direkt in Strom umwandeln und können so Wirkungsgrade

von über 40% erreichen

Da die Forschung auf dem Gebiet der CPV-Modul noch nicht so weit ist wie zum

Beispiel die der Dünnschichtmodule, weswegen die Kooperation mit

Forschungseinrichtungen sehr wichtig ist.

Als Standort für die Produktionsanlage wurde Bitterfeld in der Region Halle/Leipzig

ausgewählt, als eine herausragende Clusterregion mit hervorragender Verkehrsanbindung.

Die Produktionsstrategie sieht vor in Lean-Production lediglich die Zellen selbst zu

produzieren und die restlichen Teile zuzukaufen und selbst zu montieren. Darüber hinaus

ist es sehr im Interesse des Unternehmens, auf potentielle Arbeitskräfte attraktiv zu

wirken und für die Mitarbeiter die Möglichkeit der Identifikation zu bieten.

In Reinraumtechnik werden mit einer Produktionslinie von MOCVD-Reaktoren

zunächst die Zellen gefertigt und anschließend in zwei Montagelinien zum eigentlichen

CPV-Modul assembliert.

Anschließend werden die fertigen Module abtransportiert und je nach Lieferweg in

Depots zwischengelagert, wo sie, in Container umgeladen, auf ihren Abtransport, z.B.

per Zug zum Hamburger Hafen und von dort zum Kunden, warten.

Die Recherche zu dieser Projektplanung erwies sich als äußerst schwierig, da diese

Technologie wie eingangs erwähnt, noch kaum verbreitet ist, und daher kaum Quellen

vorhanden sind. Auch über verschiedene Unternehmen, welche sich mit der Thematik

befassen, war es aufgrund der Geheimhaltungsbestimmungen innerhalb der

Unternehmen nur schwer möglich, an Informationen zu gelangen.

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- keine Zusammenfassung der Aufgaben 3+4 (zu kurz!)




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Inhaltsverzeichnis 1. Abbildungsverzeichnis und Tabellenverzeichnis ........................................................ 3

2. SWOT Analyse ........................................................................................................... 4

3. Strategie ...................................................................................................................... 6

4. Das Produkt: Konzentrierte Photovoltaikmodule (CPV-Modul) ................................ 9

5. Zulieferer................................................................................................................... 11

6. Standortplanung ........................................................................................................ 12

7. Zellenproduktion ....................................................................................................... 16

8. Montage .................................................................................................................... 19

9. Sicherheitsvorkehrungen........................................................................................... 21

10. Recycling............................................................................................................... 21

11. Gebäude- und Layoutgestaltung............................................................................ 23

12. Bürokomplex ......................................................................................................... 27

13. Logistik.................................................................................................................. 30

14. Möglichkeiten zur Produktionssteigerung ............................................................ 32

15. Quellenverzeichnis ................................................................................................ 34




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1. Abbildungsverzeichnis und Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis

ABBILDUNG 1: QUALIFIZIERUNG MITARBEITER .................................................. 9

ABBILDUNG 2: TRIPLE-SOLARZELLE ..................................................................... 10

ABBILDUNG 3: CPV-MODUL ...................................................................................... 10

ABBILDUNG 4: FABRIKGELÄNDE ............................................................................ 16

ABBILDUNG 5: SCHEMA DER BEHÄLTERFLÜSSE................................................ 32

Tabellenverzeichnis

TABELLE 1: TECHNISCHE DATEN ............................................................................ 11

TABELLE 2: ZULIEFERER ........................................................................................... 11

TABELLE 3: STANDORTKRITERIEN ......................................................................... 13

TABELLE 4: NUTZWERTANALSYE DER LAYOUTS ............................................... 26




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2. SWOT Analyse

In der folgenden SWOT Analyse werden die Schwächen und Stärken Deutschlands als

Produktionsstandort für die Photovoltaikindustrie herausgestellt. Abgeleitet aus dieser Analyse

wird ein Konzept für eine auf dem internationalen Markt konkurrenzfähige Produktionsstätte

entstehen.

Stärken und Schwächen

Die deutschen Photovoltaikunternehmen geraten zunehmend ins Hintertreffen, da aufstrebende

asiatische, insbesondere chinesische, Konzerne PV-Technik gleicher Qualität zu günstigeren

Preisen anbieten. Im Wachstumsindex der amerikanischen Unternehmensberatung PRTM, einem

Maß für die relative Wettbewerbsfähigkeit, für das Jahr 2011 belegte das beste deutsche

Unternehmen den 16. Platz, die vorderen Ränge wurden von asiatischen Unternehmen dominiert

[PRT-11]. Der Wettbewerbsvorteil chinesischer Konzerne hat zahlreiche Gründe, hauptsächlich

resultiert er jedoch aus geringeren Produktionskosten asiatischer PV-Module und der

Subventionspolitik.

Die Nettopreis eines kristallinen Moduls aus chinesischer/taiwanesischer Produktion betrug im

September 2011 0,95 €/Wp., verglichen mit 1,35 €/Wp für ein deutsche Modul. Dies ergibt einen

Mehrpreis von 42% [PVX-11]. Die gewichtete Bruttomarge (Anteil Gewinn am Umsatz)

asiatischer Unternehmen lag 2010 bei 23,2%, wohingegen die deutschen Unternehmen nur eine

Bruttomarge von 13,1% erzielen konnten [OLI-11]. Diese Werte sind ein weitere Indikator für

die geringeren Produktionskosten im asiatischen Raum.

Eine Arbeitnehmerstunde kostete deutsche Unternehmen 2009 30,90 €. Chinesische Produzenten

mussten Schätzungen nach $ 1,98 bezahlen [Sch-10]. Dieser Unterschied ist ein gravierender

Nachteil für den Produktionsstandort Deutschland. Zudem wird ein Reagieren auf negative

Nachfrageschocks in Deutschland durch umfangreiche Arbeitnehmerschutzgesetzte, zum

Beispiel Kündigungsschutz, erschwert.

Diese Nachteile werden jedoch unter anderem durch den Vorteil kompensiert, dass das Siegel

„Made in Germany“ traditionell hohes internationales Ansehen genießt. Durch langjährige

Erfahrung deutscher Unternehmen gerade in der High-Tech-Industrie besteht ein hohes Vertrauen

der Konsumenten in deutsche Produkte. So wurde das größte deutsche Unternehmen im Bereich

der PV – Technik, SolarWorld bereits 1997 [SOL-11] gegründet und gehört damit zu den ältesten

Unternehmen der Branche. Auch deutsche Forschungsgesellschaften haben jahrzehntelange

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Erfahrung im Bereich der Photovoltaiktechnologie. Das Fraunhofer Institut beschäftigt sich

bereits seit 1981 schwerpunktmäßig mit der Forschung und Entwicklung in dieser Sparte [FRA-

11]. Dahingegen sind einige der maßgeblichen chinesischen Produzenten erst im vergangenen

Jahrzehnt entstanden, so zum Beispiel die marktführenden Unternehmen LDK Solar [FIN-12]

und JA Solar Holdings [JAS-12].

Die Komponenten-, Maschinen- und Anlagenbauer für Photovoltaik in Deutschland sind

marktführend. So konnten sie ihren Umsatz im ersten Quartal 2011 um 96% steigern, die

internationale Konkurrenz den ihrigen nur um 64%. Diese deutschen Unternehmen exportierten

2011 77% ihres Gesamtumsatzes nach Fernost.[WES-11] Dies lässt ebenfalls auf die

erstklassige Qualität deutscher Produktionstechnik schließen und zeigt auf, dass selbst

ausländische Hersteller deutsche Maschinen zur Produktion ihrer Waren benötigen. Dadurch sind

engere Kooperationen möglich und es ergeben sich logistische Vorteile.

Auch sind die deutschen Ingenieure international wegen ihrer hohen Qualifikation hoch

geschätzt.

Laut einem Gutachten des Instituts für Wirtschaftsforschung an der Universität München und der

EuPD Research, ist eine der von Industrie und Großhandel als mikroökonomisch am wichtigsten

erachtete Wachstumsgrundlage die hohe Qualität der Arbeitskräfte im Photovoltaiksektor. „Der

Stellenwert gutausgebildeter Fachkräfte wird als sehr hoch eingeschätzt, um in einem globalen

Wettbewerb mit billigeren aber tendenziell schlechter ausgebildeten Arbeitskräften

konkurrenzfähig zu sein.“ [SUD-11]

Chancen und Risiken

Gegenwärtig ist der deutsche Photovoltaikmarkt der absatzstärkste weltweit. Im Jahr 2010 betrug

der Wert der neuinstallierten Leistung von Photovoltaikanlagen 7408 MWp respektive 44,5%

des globalen Zuwachses. Die Prognosen für das Jahr 2015 zeigen jedoch, dass Deutschland als

umsatzstärkster Markt von den USA und China abgelöst werden wird, in beiden Ländern steigt

die PV-Kapazität jährlich um über 40%. Dahingegen wird der Wert der neuinstallierten

Kapazitäten bis 2015 in Deutschland bei voraussichtlich 3000 MWp jährlich stagnieren [EPI-11].

Da jedoch der weltweite Energiebedarf weiter ansteigen wird, müssen zusätzliche Energiequellen

erschlossen und in diese verstärkt investiert werden. Bedingt durch die Gefahren des

Klimawandels und durch den deutschen Atomausstieg werden diese Investitionen voraussichtlich

in zunehmendem Maße im Bereich der alternativen Energien getätigt werden. Um den

wachsenden Energiebedarf zu decken, wird die weltweite Nachfrage nach Photovoltaik steigen.

Prognosen deuten auf ein jährliches Wachstum von ca. 8% hin, wodurch sich deutschen

Produzenten neue Märkte eröffnen werden.

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Auf nationaler Ebene könnten die sinkende Einspeisevergütung für Strom aus Sonnenenergie zu

einem Rückgang der Investitionen in Photovoltaik führen. Außerdem wurde für die mit

Photovoltaik konkurrierende Windkraft im EEG 2011 eine verstärkte Förderung beschlossen,

wodurch sich die Zahl potentieller Investoren in Photovoltaik verknappt.

Da wie bereits oben angeführt Fachkräfte für die Produktion von hochwertigen Produkten eine

essentielle Bedeutung haben, stellt der zunehmende Fachkräftemangel in Deutschland e in

erhebliches Risiko für die deutschen PV-Produzenten da. Aktuell fehlen bereits 36.000

Ingenieure in Deutschland [SUD-11], dieser Mangel wird sich laut einer Studie der

Unternehmensberatung McKinsey in den kommenden Jahrzehnten erhöhen.

Eine weitere Chance westlicher PV-Hersteller besteht in dem bei Anfertigung dieser Analyse

noch ausstehenden Urteil der internationalen Handelskommission. Die von einem

Zusammenschluss westlicher Solartechnikproduzenten eingereichte Klage richtet sich gegen

Preisdumping chinesischer Hersteller. Ihnen wird vorgeworfen, ihre niedrigeren Preise

hauptsächlich durch unfaire Handelspraktiken, Verstöße gegen Sozial-, Qualitäts- und

Umweltstandards in der Produktion erzielen zu können. Des Weiteren wird die

wettbewerbsverzerrende Subventionspolitik der chinesischen Regierung angeprangert [VÖL-12].

Das für 2012 zu erwartende Urteil könnte die Preisdifferenz zwischen westlichen und asiatischen

Modulen verringern und somit deutsche Module noch wettbewerbsfähiger machen.

Die deutschen Unternehmen haben in den vergangenen Jahren vergleichsweise wenig in

Forschung und Entwicklung investiert. So investierte beispielsweise der US-amerikanische

Konzern in 2009 90 Mio. Euro in Forschung und Entwicklung, wohingegen kein deutsches

Unternehmen mehr als 10 Mio. investieren. [REN-10] Hierdurch könnte die

Wettbewerbungsfähigkeit deutscher PV-Produkte in Zukunft in Gefahr geraten.

Dies bedeutet, dass Deutschland einer der wenigen Absatzmärkte mit zurückgehenden

Wachstumsraten ist und sich die heimische Produktion verstärkt auf den Export ausrichten

müssen wird.

3. Strategie

Wie bereits in der anfänglich aufgeführten SWOT Analyse beschrieben, ist die Produktion von

herkömmlichen Photovoltaikmodulen in Deutschland vergleichsweise wenig rentabel. Um als

neuer Hersteller althergebrachter Produkte erfolgreich einen nennenswerten Marktanteil gewin-

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nen zu können, gibt es zwei verschiedene Handlungsweisen: die Abschöpfungs- und die Penetra-

tionsstrategie. Die Abschöpfungsstrategie sieht zunächst den Verkauf relativ hoher geringer Ab-

satzmengen zu einem hohen Preis vor und ist somit auszuschließen. Das Konzept der Penetrati-

onsstrategie hingegen besteht darin, die Ware zu einem niedrigeren Preis als die Konkurrenz

einzuführen und somit relativ schnell einen größeren Marktanteil zu gewinnen. [Dil-00] Diese

Strategie wäre für deutsche Fabrikate jedoch zum Scheitern verurteilt, da die Konkurrenz aus

Fernost preisgünstiger produzieren kann und in der Lage ist die Preise gegebenenfalls zu unter-

bieten.

Daher ist es als Produzent von Photovoltaiktechnik in Deutschland notwendig, einen Wettbe-

werbsvorteil durch ein innovatives Produkt zu realisieren. Die Concentrated Photovoltaic (CPV)

Technik eignet sich hervorragend um diesen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Bislang werden die

CPV-Module weltweit nur von einer kleinen Anzahl Unternehmen produziert und die Technik

ist noch nicht vollkommen ausgereift, so dass ein hohes Steigerungspotential besteht (siehe Pro-

dukt im Folgenden).

Das weltweite Renommee deutscher Ingenieure und ihrer Erzeugnisse würde dabei helfen, das

Vertrauen potentieller Kunden für ein neueingeführtes Produkt zu gewinnen. Des Weiteren wür-

de die räumliche Nähe zu herausragenden deutschen Forschungsinst ituten und Maschinenbauern

enge Kooperationen ermöglichen, um so von Vielzahl an Synergieeffekten zu profitieren. So

würde eine Zusammenarbeit mit der Forschung die Vormachtstellung auf den Markt zu sichern.

Nur durch solche Kooperationen mit be ispielsweise dem Fraunhofer Institut können langfristig

innovative Produkte mit einem Alleinstellungsmerkmal (engl.: Unique Selling Point) wie einem

vergleichsweise höherem Wirkungsgrad angeboten werden. Durch Hochschulkooperationen wie

das Angebot dualer Studienplätze oder dem Ausschreiben von Master- und Promotionsarbeiten

könnte fähiger Nachwuchs frühzeitig rekrutiert und somit dem sich zuspitzenden Fachkräfte-

mangel vorgebeugt werden. Die Sicherung von Patenten für in diesen Kooperationen entstehen-

den Neuerungen wäre zu vorteilhafteren Konditionen möglich, da bereits vor ihrer Entwicklung

diesbezüglich Vereinbarungen getroffen werden könnten.

Da die Stückkosten mit zunehmender Fertigungsmenge sinken, muss es erklärtes strategisches

Ziel sein, in möglichst großem Umfang zu produzieren. Dadurch ließen sich relativ höhere

Bruttomargen erzielen, so lagen die Bruttomargen der drei größten Unternehmen der PV-

Industrie 2010 bei um die 40% [OLI-11]. Zum Erreichen dieses Ziels ist die spezielle

Ausrichtung auf Großprojekte essentiell, so sollten internationale Ausschreibungen zum Bau

leistungsstarker PV-Anlagen wie beispielsweise dem Projekt „Desertec“ verfolgt und an ihnen

partizipiert werden. Generell ist die Ausrichtung auf den internationalen Markt extrem wichtig,

da Analysten den größten Zuwachs an neuinstallierten PV-Kapazitäten nicht für Deutschland

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prognostizieren, sondern für Länder wie die USA und China. [Epi-11] Dies ist ein weiterer

Vorteil der CPV-Technik, da sie ihren Vorteil gegenüber der herkömmlichen Photovoltaik-

Technik nur bei hoher Sonneneinstrahlung ausspielen kann und in den Ländern mit den höchsten

prognostizierten Zuwachsraten eine hohe Sonneneinstrahlung gegeben ist.

Ebenfalls nicht vernachlässigt werden sollte der Aspekt der Absicherung gegenüber

Industriespionage. Als Hersteller innovativer Technik müsste die Produktionsstätte gegen

Kopierversuche der Konkurrenz mittels Sicherheitstechnik, geeigneter Mitarbeiterpolitik und

Erwerb und Erhalt von Patenten abgesichert werden.

Lean Production

Die Lean Produktion, „schlanke Produktion“ ist ein Produktionssystem, dass erstmals vom

japanischen Autohersteller Toyota entwickelt und angewendet wurde. Man spricht hierbei auch

vom Toyota Produktion System. Diese sogenannte Schlanke Produktion entwickelte sich in den

letzten 20 Jahren zum Gegensatz zu der immer größeren Technisierung und der damit verbunden

Automatisierung. Bei der Lean Produktion werden dadurch größere Gewinnspannen möglich, da

die Arbeiter ausschließlich am Wertschöpfungsprozess arbeiten. Der gesamte Betrieb richtet sich

nach den Kunden und alle nicht für die Wertschöpfungskette notwendigen Abteilungen und

Arbeitsschritte werden entweder verlagert oder abgeschafft. Die Hierarchie Ebenen werden auf

ein Minimum gekürzt und eine direkte Kommunikation zwischen allen noch verbleibenden

Hierarchieebenen muss gewährleistet sein. Dadurch verkürzen sich Informationswege und

Probleme können direkter und effektiver gelöst werden. Das Management muss geschlossen und

zielstrebig Auftreten. Ihnen muss bewusst sein, dass eine langfristige Verbesserung nur durch

einen kontinuierlichen Prozess umzusetzen ist.

Um die Mitarbeiter in den kontinuierlichen Entwicklungsfortschritt mit einzubeziehen wird das

in der Lean-Production verankerte Kaizen-Prinzip verfolgt. Hierbei geht es darum es den

Mitarbeitern zu ermöglichen Vorschläge zur Verbesserung des Produktionsprozesses zu machen.

Diese Vorschläge werden an das Management weiter gegeben und dort mit eingebracht. Wenn es

zu einer tatsächlichen Verbesserung kommt, wird der jeweilige Arbeiter durch eine angemessene

Entlohnung gewürdigt. Das Ziel dieses Kaizen-Prinzip ist zum einen die Verbesserung des

Produktionsprozesses und zum andern die Steigerung der Aufmerksamkeit jedes einzelnen

Mitarbeiters am Arbeitsplatz.

So wird eine vollständige Kundenorientierung durch alle Bereiche erlangt.

Um die Produktivität der Mitarbeiter dauerhaft zu auf einem hohen Niveau zu halten, wird

zudem ein Fokus auf eine physisch gute Verfassung der Mitarbeiter gelegt. Zu diesem Zweck ist

ein Fitnessstudio mit Personal-Trainer in dem Fabrikgebäude integriert, welches bei Bedarf

genutzt werden kann. [Erl-10]

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Hohe Qualifizierung der Mitarbeiter

Wie in Abbildung 1 zu sehen werden verschieden Konzepte verfolgt um eine gute

Qualifizierung der Mitarbeiter zu erreichen. Dies ist zwingend notwendig, da die CPV-Technik

im Gegensatz zu den Solarzellen auf Silizium-Basis eine noch nicht vollkommen ausgereifte

Technik ist. Somit besteht aber ein deutlich stärkeres Steigerungspotential im Wirkungsgrad und

in der Prozesskette des Produkts.

Um dieses Steigerungspotential voll auszuschöpfen ist eine Kooperation mit dem Fraunhofer

Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zwingend erforderlich. Aber auch die

Nachwuchsgewinnung durch z.B. Ausschreibungen vom Meisterarbeiten und Promotionen kann

bei diesem Entwicklungsprozess helfen.

Um die Mitarbeiter über den neusten Stand der Technik und damit verbundene Veränderungen

im Produktionsprozess in Kenntnis zu setzen werden sowohl inner- als auch außerbetriebliche

Weiterbildungen angeboten.

Auch für den Bau der Fabrikstätte ist eine Kooperation mit der M+W Group, einem etablierten

Planungsbüro, sehr zu empfehlen. Dieses Unternehmen hat bereits 10 GW Kapazitäten errichtet.

4. Das Produkt: Konzentrierte Photovoltaikmodule (CPV-Modul)

Die CPV-Modulherstellung ist weltweit noch kaum verbreitet, lediglich Soitec, ein vom

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ausgekoppeltes Unternehmen, produziert in

Deutschland derartige Module.

Abbildung 1: Qualifizierung Mitarbeiter

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Bonus +2 Punkte Internationaler Schwerpunkt




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Das Herzstück eines Moduls sind hoch effiziente Tripel-Solarzellen auf III-V Halbleiterbasis,

welche trotz ihres frühen Entwicklungsstands schon eine Modulwirkungsgrad von bis zu 40%

erreichen. Es ist zu erwarten, dass noch deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt werden können

(bei Dünnschichtmodulen ist eine deutlich geringere Steigerung möglich).

Bei einer Tripel-Solarzelle werden, wie in Abbildung 2 zu sehen ist, drei Dünnschichtzellen

zusammengeschaltet.

Abbildung 2:Triple-Solarzelle

Die obere Zelle wandelt dabei nur den hochenergetischen (blauen) Teil des Sonnenlichts in

Strom um, die mittlere den Spektralbereich zw. Werte und die untere Zelle den niedrig-

energetischen Teil um. Dadurch wird im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen, welche nur

einen einzelnen Spektralbereich umwandeln, ein deutlich höherer Wirkungsgrad erreicht.

Da die Herstellung dieser Zellen sehr aufwendig und teuer ist, wird in dem Modul mit Hilfe von

Fresnellinsen das Sonnenlicht um das 500-fache auf eine 1-2 mm² große Tripel-Solarzelle

konzentriert. Zur Wärmeableitung werden die Zellen auf eine

Keramik/Kupferplatte montiert. 20 dieser Platten werden auf einer

Bodenplatte assembliert und mit Aluminiumdrähten verbunden. Um die

Bodenplatte wird ein Rahmen montiert, auf welchem wiederum die

Fresnellinse befestigt wird. In Abbildung 3 ist der schematische Aufbau eines

Moduls dargestellt.

Abbildung 3: CPV-Modul

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Tabelle 1:Technische Daten

Wirkungsgrad ~ 30%

Leistungsgrad 50 Watt

Stückzahl pro Jahr ~ 500.000

Lebensdauer > 25 Jahre

Die CPV-Technik eignet sich vor allem für Solarkraftwerke in Gebieten mit hoher

Sonneneinstrahlung. Für diese Kraftwerke werden CPV-Module an einem Tracker-System

befestigt, welches die Module immer gen die Sonne ausrichte

5. Zulieferer In der folgenden Tabelle werden die Zulieferer für die benötigten Zukaufteile vorgestellt. Diese

wurden nach Faktoren wie Nähe zur Produktionsstätte und Erfahrung im Photovoltaik-Industrie

ausgewählt.

Tabelle 2: Zulieferer

Stückliste Zukauf Zulieferer Just-In-Time Lager

Bodenplatte Evonik Röhm GmbH X

Rahmen Evonik Röhm GmbH X

Fresnellinsen Evonik Röhm GmbH X

Staubfilter LTA Lufttechnik GmbH X

Anschlussdosen KOSTAL Solar Electric GmbH X

Wärmesenken Schlote GmbH & Co. KG X

Bypassdiode KOSTAL Solar Electric GmbH X

Al-, Au-Draht AIV Kabelwerk GmbH X

Germanium-Wafer Umicore AG Co. KG X

Kartons Ratioform Verpackung GmbH X

Indium, Gallium, Geranium,

Aluminium, Arsen

CBW Chemie GmbH Bitterfeld-

Wolfen

X

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Produktionszeit Abmessungen und Gewicht des Gesamtprodukts und der einzelnen Bauteile

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6. Standortplanung

Zunächst werden drei Standorte in die engere Auswahl genommen um deren Tauglichkeit im

Folgenden anhand verschiedener, essenzieller Standortfaktoren und anschließend im Rahmen

einer Nutzwertanalyse auszuwerten. So soll letztendlich der ideale Standort für die

Produktionsstätte gefunden werden.

Bei diesen drei Kandidaten handelt es sich um Bitterfeld, Jülich bei Aachen und Freiburg.

Bitterfeld (40 km von Leipzig entfernt) in der Region Halle/Leipzig in Ostdeutschland mit

bereits existenten Photovoltaik-Clusterstrukturen und Jülich als westdeutschen Ort mit dem

Institut für Energie und Klimaforschung als einem der weltgrößten und bedeutendsten Institute

auf dem Gebiet der Dünnschicht Photovoltaik. Dazu kommt noch Freiburg, ebenfalls

westdeutsch, zunächst hauptsächlich aufgrund des dort ansässigen Frauenhofer Instituts für

Solare Energiesysteme (Frauenhofer ISE), mit dem eine Kooperation wegen der dort betriebenen

Forschung auf dem Fachgebiet der V-III Halbleitersysteme sehr von Vorteil sein könnte.

Im Hinblick auf folgende fünf Faktoren sollen die ausgewählten Standorte nun untersucht

werden:

1. Verkehrsanbindung

- Anschluss an das Verkehrs- und vor allem Autobahnnetz

- Entfernung und Zugänglichkeit wichtigen Knotenpunkten wie Häfen, Güterbahnhöfen

etc., um Zukaufteile unkompliziert, schnell und kostengünstig anliefern und fertige

Produkte ausliefern zu lassen

2. Nähe zu Zulieferern und Maschinenherstellern

- Nutzbarkeit existierender Clusterstrukturen

- Möglichkeit der Just-In-Time Produktion

3. Nähe zu Forschungs- und Bildungseinrichtungen entsprechender Fachgebiete

- Ortsansässige Institute, mit denen eventuell bedeutsame oder gar notwendige

Kooperationen zustande kommen können

- Hochschulen, mit denen zum Beispiel duale Studienprogramme denkbar sind um

zukünftige, hochqualifizierte Fachkräfte und Ingenieure anzuwerben

4. Attraktivität des Standorts aus Arbeitnehmersicht

- Möglichkeiten zur Freizeitgestaltung

- Lebenshaltungskosten

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5. Lohnkosten und Steuern

Unsere Tabelle zur Nutzwertanalyse verdeutlicht die nachfolgenden Erläuterungen zu den

einzelnen Orten:

Zur Gewichtung der einzelnen Faktoren ist zu sagen, dass uns vor allem zwei Aspekte besonders

wichtig sind:

Eine hervorragende Verkehrsanbindung ist unerlässlich um Zukaufteile zu beziehen und das

fertige Produkt auszuliefern, wobei darauf zu achten ist, dass auch eine Hafenanbindung

essenziell sein kann, da der Absatzmarkt ja im Ausland liegt.

Darüber hinaus die Nähe zu Forschungs- und Bildungseinrichtungen, da das Produkt eine

Innovation darstellt und daher Kooperationen mit Know-How-Trägern bedeutsam sind.

Außerdem erlauben nahegelegene Bildungseinrichtungen gegebenenfalls duales Studium

anzubieten.

Diese beiden Aspekte werden daher jeweils mit dem Faktor 4 gewichtet.

Lohnkosten und Steuern, sowie Nähe zu Zulieferern und Maschinenbauern werden mit dem

Faktor 3 neutral gewichtet.

Die Attraktivität des Standortes aus Arbeitnehmersicht wird nicht vernachlässigt, jedoch durch

den Faktor 2 eher hinten an gestellt, da wir unsere Arbeitsplätze schon von uns heraus attraktiv

gestalten werden.

Die Auswertung und letztendliche Punktvergabe resultiert aus intensiver Recherche, welche

letztendlich folgende Resultate hervorgebracht hat:

Tabelle 3: Standortkriterien

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Beschreibung fehlt




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Verkehrsanbindung:

In puncto Verkehrsanbindung liegt Jülich direkt an der A44 und unweit der Europastraßen E40

und E 314. Der örtliche Güterbahnhof hat jedoch seit Mitte der 80er Jahre immer mehr an

Bedeutung verloren, da der Güterverkehr massiv eingeschränkt wurde.

Freiburg kann hier punkten, da es den Rhein quasi vor der Tür hat. Dieser weist als Europäische

Wasserstraße mit neun Häfen zwischen Basel und Straßburg einen Jahresumschlag von

annähernd 15 Millionen Tonnen Gütern auf. [WIR-12]

Darüber hinaus hat Freiburg am Dreiländereck Anschluss an die Hochgeschwindigkeitsnetze von

ICE, TGV und der Bahn2000, auch wenn sich diese wohl nicht für den Gütertransport nutzen

lassen.

Bitterfeld, direkt an der A9 gelegen, liegt in einer verkehrstechnisch hervorragend angebundenen

Gegend. Die Region ist seit Wiedervereinigung wieder zentraler Verkehrsknotenpunkt - auch auf

europäischer Ebene - für Schienen-, Straßen- und Luftverkehr. Dies gilt sowohl für die Nord/Süd

als auch die West/Ost Richtung. Darüber hinaus fahren 12 mal pro Woche von Leipzig und 3 mal

pro Woche von Halle Güterzüge zum selbstverständlich immens wichtigen Hamburger Hafen.

Keine andere deutsche Region bietet diese Kapazitäten.

Nähe zu Zulieferern und Maschinenbauern:

Hier sticht Bitterfeld aufgrund seiner unvergleichlichen Clusterstrukturen heraus. Das

sogenannte Solar Valley Mitteldeutschland gewann beim BMBF Spitzenclusterwettbewerb

staatliche Förderungen in Höhe von 200 Millionen Euro.

Nähe zu Forschungs- und Bildungseinrichtungen:

Jülich und Freiburg hier auf gleicher Höhe: Jülich hat das Institut für Energie- und

Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik welches zu den weltweit größten und wissenschaftlich

wie technologisch führenden Instituten im Bereich Silizium-Dünnschicht-Photovoltaik

zählt[FOR-12], sowie das Solar Institut Jülich der FH Aachen. Weiterhin gilt die TU Aachen als

eine der bedeutendsten technischen Hochschulen Deutschlands.

In Freiburg ist, wie eingangs erwähnt das Fraunhofer ISE ansässig, welche Vorreiter auf dem

Gebiet der Forschung und Entwicklung von III-V Halbleitertechnik sind.

Zusätzlich gibt es hier das SOLAR-UNI®-Programm der Albert-Ludwigs Universität Freiburg

mit Zentrum für erneuerbare Energien (ZEE), wodurch Freiburg als führendes Kompetenz- und

Anwendungszentrum für Solarwirtschaft gilt. [WIR-12]

Bitterfeld ist hier etwas abgeschlagen, kann aber in der Region immerhin das Fraunhofer- Center

für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle, sowie das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und

Strahlentechnik (IWS) in Dresden aufweisen. Außerdem wurde die Graduate School for




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Photovoltaics als Summer School gegründet und die Technischen Universitäten Dresden und

Ilmenau liegen im Einzugsgebiet. Daher immerhin 5 Punkte, auch wenn die Kooperationen mit

den genannten Instituten möglicherweise nicht ganz so weit reichende Vorteile bieten können,

wie bei den anderen beiden Standorten, da hier andere Fachgebiete behandelt werden.

Attraktivität aus Arbeitnehmersicht:

Jülich an sich hat dem potentiellen Arbeitnehmer eher wenig zu bieten, jedoch liegt zumindest

Aachen nur knapp 30 km entfernt. Hier belaufen sich die durchschnittlichen Mietkosten pro

Quadratmeter derzeit auf 5,37 Euro und ein vielfältiges Kulturangebot mit Theater, Musicals und

Opern ist gegeben. Die Landschaft ist reizvoll und von hier sind zahlreiche Naherholungsgebiete

wie zum Beispiel Eifel oder das niederländische Mergelland recht leicht zu erreichen.

Freiburg ist hier der klare Sieger und tituliert sich mit seinem landschaftlichen

Abwechslungsreichtum als „eine der attraktivsten und weltweit bekanntesten Ferienlandschaften

Deutschlands“. [WIR-12]

Die Kulturstadt weist vergleichsweise hohe Mietkosten auf mit 6,72 Euro pro Quadratmeter,

jedoch bietet sich am Dreiländereck Deutschland/Frankreich/Schweiz gelegen der Zugang zu

vielfältigsten Urlaubsregionen und Naherholungsgebieten.

Die Region Halle/Leipzig, in der Bitterfeld liegt, ist mit einem durchschnittlichen Mietpreis in

Leipzig von 4,96 Euro pro Quadratmeter die günstigste. Es gibt viele Bars, Konzerte und Theater

und eine große Anzahl an miteinander verbundenen Tagebau-Seen als Naherholungsgebiete

laden zum Entspannen ein. Wegen der vielen Landwirtschaft ist die Region landschaftlich

ansonsten aber eher uninteressant, daher nur 5 Punkte.

Lohnkosten und Steuern:

Die Lohnkosten in Ostdeutschland sind durchschnittlich immer noch 17% niedriger als in

Westdeutschland. Daher führt Bitterfeld hier das Feld an. Die Gewerbesteuer ist bei einem

Hebesatz von 360 komplett mit der Einkommensteuer verrechenbar im Vergleich zu einem

Hebesatz von 400 in Freiburg und sogar 445 in Jülich.

Wie in unserer Tabelle zur Nutzwertanalyse abzulesen geht Bitterfeld mit 110 Punkten vor

Freiburg mit 101 und Jülich mit 70 Punkten als Sieger hervor und wurde deshalb als Standort für

unsere Produktionsstätte ausgewählt und dort ein geeigneter Bauplatz gefunden.




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Die nachstehende Grafik zeigt das 200 mal 200 Meter, also 40.000 Quadratmeter große

Grundstück, eher zufällig in der Sonnenallee gelegen, mit den dazugehörigen Koordinaten

7. Zellenproduktion

Die Forschung der Tripel-Solarzellen auf III-V Halbleiterbasis befindet sich noch in ihren

Kinderschuhen, weshalb die Produktion so gestaltet werden muss, dass man neue Erkenntnisse

direkt integrieren kann. Deshalb wurde bei der Auswahl der Anlagen, welche für die

epitaktischen Wachstumsprozesse der III-V Halbleitermaterialien notwendig sind, darauf

geachtet, dass sie möglichst leistungsstark sind und variabel in ihrer Produktion. Daher wird

hauptsächlich der Aixtron Close Coupled Showerhead CRIUS II-XL (im Folgenden CRIUS)

eingesetzt, die leistungsstärkste auf dem Markt erhältliche und sehr effiziente MOVCD- (metal

organic chemical vapor deposition) Anlage.

Insgesamt zehn dieser Anlagen werden für die Produktion eingesetzt. Darüber hinaus stehen für

die Forschung und Entwicklung zwei speziell dafür konzipierte Aixtron Close Couple

Showerhead CCS zur Verfügung.

Der Output dieser Produktionslinie ist deutliche höher, als man rein theoretisch für die CPV-

Module braucht. Daher ist angedacht, anfangs auch die Tripel-Solarzellen zu verkaufen und

langfristig die Produktion der CPV-Module, der der Zellen anpasst.

Als Trägermaterial für die Zellen werden Germanium-Wafer benutz, welche das Licht

absorbieren. Da die Herstellung dieser äußerst aufwendig ist, werden diese Wafer zugekauft

( UmicoreAG & Co. KG ist ein belgischer Zulieferer von Germanium-Produkten). Auf Grund

ihrer minimalen Größe und des geringen Gewichtes ist eine Just-In-Time Lieferung nicht

notwendig.

Abbildung 4: Fabrikgelände

ASchmicker

Textfeld

schlechte Struktur: Prozessschritte gehen nicht eindeutig hervor In- und Outputs nicht eindeutig




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Für die Produktion von Solarzellen auf Basis von III-V Halbleiter ist Reinraumtechnik der

Klasse ISO 5 notwendig.

Im ersten Schritt werden die Germanium-Wafer in ein CRIUS geführt, wo dann mittels

Metallorganischer Gasphasenepitaxie Indium, Gallium und Phosphor eine InGaP-Schicht

hergestellt. Zum Be- und Endladen und Einstellen der Maschine sollte anfangs ein Mitarbeiter

pro Schicht eingesetzt werden. In wie weit man dies langfristig automatisieren kann, soll anhand

der F&E-Anlagen simuliert und getestet werden.

Im Folgenden werden mit selbigen Verfahren und gleicher Maschine eine n-dotierte InGaAs-

Epitaxie-Struktur erzeugt. Bei diesem Prozessschritt ist zu beachten, dass Galliumarsenid sehr

giftig ist und es sehr strenge Umweltauflagen gibt. Laut eines Mitarbeiters der AZUR SPACE

Solar Power GmbH besteht die Zelle lediglich aus 2% dieses Materials, was in dem

Zusammenhang nicht so in die Umwelt einwirken kann.

Aufgrund der Zusammensetzung dieser einzelnen Epitaxiestrukturen wird in der Schicht (die

unterste) lediglich das Ultraviolette (UV) Licht in Strom umgewandelt.

Um die Verschaltung der einzelnen Zellen zu ermöglichen wird mittels eines CRUIS eine

Tunneldiode aus AlGaAs aufgetragen.

Die nächste Teilzelle besteht wieder aus vier unterschiedlichen Epitaxie-Strukturen, welche

ebenfalls mittels des MOVCD-Verfahren hergestellt werden. Für diese vier einzelnen

Prozessschritte stehen jeweils ein CRIUS und ein Mitarbeiter zur Verfügung, welcher für das Be-

und Entladen und die Steuerung der Anlage zuständig sind. Die unterste p+ dotierte Struktur

setzt sich aus Indium, Gallium und Phosphor zusammen. Darüber kommen zwei Lagen Indium-

Galliumarsenid, wovon eine p- und die andere n- dotiert ist. Auch hier gelten zwecks des

Einsatzes von Arsen erhöhte Sicherheitsvorkehrungen. Die oberste Struktur ist wiederum eine

Indium-Gallium-Phosphor-Schicht, hier jedoch n+ dotiert.

Anschließend wird wie schon zuvor eine Tunneldiode erzeugt, mit der schon erwähnten

Maschine.

Die oberste Solarzelle wandelt nur den hochenergetischen Teil des Sonnenspektrums in Strom

um. Die Solarzelle setzt sich, wie die beiden anderen, aus vier Epitaxie-Strukturen zusammen,

welche mittels Gasphasenepitaxie hergestellt werden. Auch hierfür stehen vier Aixtron CRUIS

II-XL zur Verfügung. In die erste Anlage werden Aluminium, Gallium, Indium und Phosphor

eingeführt um eine p+ dotierte Struktur zu erzeugen. Anschließend wird eine Indium-Gallium-

Phosphor- und eine Aluminium-Indium-Phosphor-Struktur, die Fensterstruktur, aufgetragen. Die




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oberste epitaktische Schicht besteht lediglich aus giftigem GalliumArsenid, was wie oben

beschrieben zwar spezielle Sicherheitsvorkehrung benötigt jedoch später nicht

umweltgefährdend ist.

Mit Hilfe von Zitronensäure wird die Deckschicht aus GalliumArsenid bis auf die Fensterschicht

runtergeätzt.

Mittels der Aufdampfanlage META 1100 der Firma VDT Vakuumtechnik Dresden GmbH (Nähe

erlaubt gute Zusammenarbeit und womöglich die Entwicklung einer speziellen Maschine) wird

eine zweilagige Antireflektierende Schicht aus TiO2 und MgF aufgebracht, damit möglichst viel

Licht absorbiert wird. Für diese Maschine muss sowohl kurz- als auch langfristig ein Mitarbeiter

eingeplant sein.

Abschließend werden die Kontaktflächen aus Ti/Pd/Ag photolithographisch aufgebracht. Dafür

wird ebenfalls eine Aufdampfanlage von VDT Vakuumtechnik Dresden GmbH benutzt.

Für den Transport der Zellen zwischen den einzelnen Maschinen werden Mitarbeiter eingesetzt,

jedoch sollen die angestellten Ingenieure an einem Automatisierungskonzept arbeiten.

Eine Pick&Place IRB4400 Maschine der Firma ABB Robotics greift die einzelnen Zellen und

legt jeweils 50 in die speziell konzipierten Körbe.

Warenannahme / Warenausgang

Bis auf die Zelle an sich, werden sämtliche für das Modul benötigten Einzelteile zugekauft.

Große Zukaufteile wie Rahmen, Fresnellinsen und Bodenplatte werden wie oben bereits

beschrieben Just-In-Time geliefert und verarbeitet. Andere Teile, wie zum Beispiel Draht und

Bypass-Dioden werden zunächst zwischengelagert, bis sie verbraucht werden.

Wie an der Montagestraße zu erkennen, werden die fertigen Module direkt in LKWs verladen

und ebenfalls Just-In-Time ausgeliefert (→ Lean-Production). Mit der Überwachung der

Warenannahme, und des Warenausgangs wird zunächst eine externe Logistikfirma beauftragt.

Langfristig soll jedoch auch diese Tätigkeit von betriebseigenen, internen Kräften ausgeübt

werden.




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8. Montage Die Montage der Module findet in einer separaten Fabrikhalle statt, die direkt an die

Produktionshalle der Triple-Solarzellen angeschlossen ist. Die Montagestraße setzt sich

insgesamt aus zwei identischen Produktionslinien zusammen, um so ein hohes

Steigerungspotential zu ermöglichen. Außerdem ist in der Halle ausreichend Platz um weitere

Linien zur Forschung oder zur Erweiterung der Produktion zu installieren.

Die Linie zur Assemblierung der CPV-Module wurde durch das Fraunhofer Institut für Solare

Energiesysteme ausgiebig getestet und weiterentwickelt. Die Maschinen entsprechen denen des

ISE und denen das von ihnen gegründete Unternehmen Soitec Solar GmbH. Durch enge

Zusammenarbeit mit den Fraunhofer Forschungsinstituten und eigenen Maschinenbauern

könnten die Taktzeiten und somit die Produktivität der Linien zukünftig weiter verbessert werden.

Zunächst ist es empfehlenswert den Grad der Automatisierung der Produktionslinien gering zu

halten. Hierdurch werden die Investitionen zum Aufbau der Fabrikationsstätte gering gehalten,

erfordert jedoch zusätzliche Mitarbeiter vor Ort. Diese könnten bei eventuell auftretenden

Problemen unverzüglich die Maschine stoppen und notwendige Maßnahmen einleiten. Mittel-

und langfristig ist die sukzessive Automatisierung der Maschinen vorgesehen. Bei der Auswahl

der für die initialen Produktionslinien eingeplanten Maschinen wurde darauf geachtet, nur solche

auszuwählen die auch in stärker automatisierte Fertigungsstraßen integriert werden können.

Die Produktionslinie beginnt mit dem Einsatz eines Die-Bonders, empfehlenswert ist der Einsatz

des Produkts Flipjet FJ520 der Firma Hesse Knips. Dieser platziert die Triple-Junction-

Solarzellen mit einer Genauigkeit von ±5µm auf die Wärmesenke, zusätzlich wird die Lötmasse

aufgetragen. Die Wärmesenke dient zum Schutz vor Überhitzung der Zelle bei übermäßiger

Sonneneinstrahlung. Der Input an dieser Maschine besteht somit aus den Solarzellen (inklusive

Spannungsabnehmern) und den Wärmesenken aus Kupfer. Der Flipjet FJ520 greift hierbei

selbstständig die einzelnen Komponenten aus einer von einem Mitarbeiter auf der Arbeitsfläche

der Maschine positionierten Lagereinheit. Gleiches gilt für die Wärmesenken, deswegen ist die

dauerhafte Anwesenheit eines qualifizierten Mitarbeiters an der Maschine unabdingbar. Am Ende

der Bearbeitung durch diese Maschine stehen auf Wärmesenken montierte Zellen zur

Weiterverwendung bereit. Die Steuerung des Flipjets FJ520 kann wahlweise per

Dateiabwicklung oder aber manuell per Eingabe über Maus und Tastatur erfolgen.

Im nächsten Prozessschritt dient der Reflow Ofen Vision 8.1 Version 4.3 hergestellt von der

Rehm Anlagenbau GmbH zum Verlöten und Verkleben der Zellen mit den Wärmesenken mittels

des Reflow-Lötens. Dies geschieht in dem Ofen unter Stickstoffatmosphäre um ein oxidieren der

Fügeteile zu vermeiden. Die Aushärtung der Lötpaste findet anschließend im zur Maschine

gehörigen Kühlaggregat mittels Wasserkühlung statt. Auch der Ablauf dieses Prozesses kann




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komplett programmiert werden, sowie per Eingabe am Steuerungsmodul von einem Mitarbeiter

angepasst werden.

Der Dünndrahtbonder Bondjet BJ 820 von Hesse Knips setzt auf die Wärmesenke eine Bypass-

Diode, welche für die Verschaltung der einzelnen Zellen notwendig sind. Die Steuerung kann

wie bei dem Flipjet FJ520 gehandhabt werden.

Zum Setzen der einzelnen Baugruppen aus Zellen, Dioden und Wärmesenken wird die

„Dispenser und Pick & Place Maschine inline.speed“ des Maschinenbauers Manz benutzt. Mit

ihr werden die Zellenverbände auf den Bodenplatten platziert und dort verklebt. Die Inline Speed

wird nicht in Serienfertigung von Manz hergestellt, kann jedoch laut telefonischer Auskunft des

zuständigen Mitarbeiters , jederzeit bestellt werden. In die Inline Speed werden die Baugruppen

und die jeweiligen Bodenplatten, die eine maximale Fläche von 800 x 1100 mm2

haben dürfen

eingereicht. Für die Verarbeitung der geplanten 100 x 50 mm2

großen Module ist sie somit

bestens geeignet. Die Inline Speed kann komplett programmiert werden, verfügt aber auch eine

manuelle Steuerung. Auch hier muss zum Nachfüllen der Aufnahmefläche von Baugruppen und

Bodenplatten sowie zur Entnahme der Module ein Mitarbeiter eingesetzt werden.

Anschließend wird der Dickdrahtbonder „BJ 915L“ von Hesse Knipps eingesetzt um die

einzelnen Zellenverbände miteinander elektrisch zu verbinden und um daraufhin die

Anschlussdose für das Gesamtmodul zu assemblieren. Die BJ 915L trägt mit einer Genauigkeit

von 10µm Leiterbahnen aus Aluminium auf das Modul auf. Aluminiumdrähte einer Dicke

zwischen 100 und 500µm verbarbeitet werden, wobei eine empfehlenswerte Drahtdicke für die

CPV Module 300µm beträgt. Auch in diesem Schritt soll die Zuführung der Module in die

Maschine von Hand, also durch einen Mitarbeiter erfolgen.

Anschließend werden die Module mit Hilfe von UV Licht getrocknet. Die konkret hierfür

erforderlichen Zeiten sind während der laufenden Produktion zu ermitteln.

Der Pull- und Schertester Dage Series 4000 der Marke Nordson wird für die Qualitätssicherung

der elektrischen Kontaktierung verwendet.

In einem letzten Schritt wird mittels zweier ABB Robotics IRB 4400 Pick&Place Roboter und

einem IRC 5 Kleberoboter der gleichen Firma das Modul mit dem Rahmen und der Fresnellinse,

welche auf Paletten von einem Gabelstapler angeliefert werden, passend ausgerichtet und

verklebt.

Das Modul ist nun fertig und wird per Fließband zur Endkontrolle befördert. Besteht es alle Tests,

wird es zu guter letzt von einem weiteren ABB Robotics IRB 4400 Pick&Place Roboter in einen

Karton gesetzt. Dieser wurde zuvor von einem Mitarbeiter gefaltet mit Verpackungsmaterial




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ausgekleidet und auf eine entsprechend ausgerichtete Palette gesetzt. Ist die Palette voll bestückt

(5 Stück), wird sie von einem Gabelstapler in den bereitstehenden LKW geräumt.

9. Sicherheitsvorkehrungen Ein vom Arbeitsschutz erstellter Sicherheitsplan mit Sicherheitsvorkehrungen für jeden

einzelnen Arbeitsschritt werden allen Mitarbeitern vor Beginn Ihres Arbeitsverhältnisses, sowie

anschließend in regelmäßigen Sicherheitsinstruktionen gemäß dem Arbeitsschutzgesetzes im

Detail vorgestellt und vermittelt. Die Teilnahme an diesen Instruktionen wird von den

Mitarbeitern schriftlich unterzeichnet.

Direkt von den Maschinenherstellern kommende Sicherheitsanweisungen bezüglich der

Bedienung der Maschinen werden selbstverständlich auch mit einbezogen. Besonderes

Augenmerk wird auf den sachgemäßen Umgang mit Chemikalien, sowie auf die Vermeidung

mechanischer Unfälle gelegt. So müssen die Mitarbeiter stets vor Inbetriebnahme der Maschinen

darauf achten, dass sich im aktiven Betriebszeitraum keine Extremitäten in den Arbeitsbereich

der Maschine hineinragen. Dies ist jedoch bei den meisten Maschinen sowieso durch

Zweihandbedienung gewährleistet. Somit können Verletzungen von Körperteilen nahezu

ausgeschlossen werden.

Brandschutz wird durch entsprechende Brandschutzfenster und – türen, welche im Ernstfall die

Verbreitung eines Feuers auf nebenliegende Räume und Hallen verhindern, sowie eine

angemessene Anzahl leicht erreichbarer, gut ausgeschilderter Notausgänge gewährleistet.

Darüber hinaus sind sämtliche Hallen und Räume mit Rauchmeldern und Sprinkleranlagen

ausgestattet. Für die Feuerwehr ist das Gelände im Notfall gut zugänglich und die

Anschlussmöglichkeit an Hydranten sichergestellt. Zur Löschung kleiner Brände stehen den

Mitarbeitern Feuerlöscher und Löschdecken sowie -schläuche zur Verfügung.

Der einzige prinzipiell gesundheitsschädliche Stoff bei der Zellproduktion ist das giftige Arsen,

welches jedoch in seiner geringen Konzentration von 2% laut Werner Bensch von der AZUR

Space Solar Power GmbH, nicht für die Umwelt gefährlich ist. Auch AZUR Space Solar Power

GmbH unterhält diesbezüglich keine besonderen Sicherheitsmaßnahmen.

10. Recycling

Direkt an der Produktionshalle angeschlossen ist ein ca. xyz großer Raum, in dem mangelhafte

Solarzellen wiederverwertet werden. Dies ist ein zentraler Aspekt der Produktion von CPV-

Modulen, da die eingesetzten III-V Halbleiter sehr teuer und energieaufwendig in ihrer




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Herstellung sind. Des Weiteren muss anfänglich von einer Ausschussrate von bis zu 50%

ausgegangen werden. Da die Forschung auf diesem Gebiet noch nicht sehr weit ist, wird anfangs

auf diese Wiederaufarbeitung verzichtet. Jedoch soll ein eigens dafür vorhergesehenes Labor mit

den benötigten Maschinen die Forschung vorantreiben und eine schnelle Aufnahme des

Recyclingprogramms ermöglichen.

Bei der Endmontage wird langfristig nur mit einem sehr geringen Ausschuss von 2% gerechnet,

weshalb das Recycling der CPV-Module geringeren Stellenwert hat. Da die CPV-Module

lediglich aus den eigens produzierten Tripel-Solarzellen und Zukaufteile assembliert werden,

besteht die Möglichkeit, fehlerhafte Teile gezielt zu ersetzen.

Erforderlichen Qualifikationen der Mitarbeiter

Um einen reibungslosen Ablauf der Prozesskette zu gewährleisten und somit den Ausschuss von

Anfang an so gering wie möglich zu halten, werden für jeden Prozessschritt qualifizierte Arbeiter

benötigt. Diese müssen zunächst an einer der oben genannten Maschine angelernt werden. Das

Ziel ist es den Arbeiter ein solches Knowhow zu vermitteln, dass er selbstständig kleine Problem

lösen und Fehler frühzeitig erkennen kann. Da in einem Zweischichtsystem produziert werden

soll müssen für jede Maschine drei Arbeiter in diesem Maße angelernt werden. Dieser Aufwand

ist von Nöten, da im Krankheitsfall eines Mitarbeiters immer ein anderer Arbeiter zur Verfügung

steht.

Um zu gewährleisten, dass die Prozesskette nicht unterbrochen wird, und wenn sie unterbrochen

wird den Stillstand so kurz wie möglich zu halten, werden in jeder Schicht ein Meister und ein

werkseigener Ingenieur benötigt. Dieses hoch qualifizierte Personal muss durch intensive

Lehrgänge bei den Maschinenbauern und in Zusammenarbeit mit dem ISE aus- und

weitergebildet werden.

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Matrialbedarfsplanung fehlt




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11. Gebäude- und Layoutgestaltung

Zunächst unsere Ideallayouts für Montage- wie Produktionshalle:

Montagehalle:

Nummer Maschine

1 Hesse Knips Flipjet FJ520 Die-Bonder

2 Rehm Reflow Ofen Vision 8.1

3 Hesse Knips Bondjet BJ820 Dünndrahtbonder

4 Manz Dispenser und Pick & Place Maschine inline.speed

5 Hesse Knips Bondjet BJ 920 Dickdrahtbonder

6 ABB Robotics IRB 4400 Pick&Place

7 Montagetisch

8 ABB Robotics IRC 5 Kleberoboter

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Produktionskapazitäten fehlen




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Nummer Maschine

1 Aixtron Close Coupled Showerhead CRIUS II-XL

2 Ätzanlagen

3 VDT META 1100 Basisanlage

4 Qualitätssicherung/Ausschuss

5 ABB Robotics IRB 4400 Pick&Place

Reallayout 1:

Produktionshalle:




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Reallayout 2:

Reallayout 3:




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Nutzwertanalyse der Layouts

Tabelle 4:Nutzwertanalsye der Layouts

Kriterium Gewichtung Layout 1 Layout 2 Layout 3

Pkt. Summe Pkt. Summe Pkt. Summe

Personal 2 5 10 1 2 2 4

Output 4 1 4 4 16 5 20

Bewegungsraum 1 3 3 5 5 2 2

Erweiterungsmöglichkeiten 2 1 2 4 8 3 6

Sicherheit 1 3 3 2 2 3 3

Ergebnis 10 22 33 35

Fabrikgelände mit Fluchtwegen




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12. Bürokomplex

Der Bürotrakt ist ein zweigeschossiger, an die Produktions- und Montageanlage

angeschlossener Komplex. Man betritt das Gebäude über das ansprechend ausgestaltete

Foyer (5), welches einen guten Eindruck auf potentielle Kunden erwecken und die

Dynamik des Unternehmens widerspiegeln soll. In der unteren Etage findet man

außerdem die über einen Mitarbeitereingang zugänglichen Umkleideräume (9) für

Damen und Herren, jeweils mit Duschen und Toiletten. Von hier gibt es Zugänge zu den

Werk- und Montagehallen, sowie zum betriebseigenen Fitnesscenter, wo sich die

Mitarbeiter nach der Arbeit körperlich ertüchtigen können. Des weiteren ist vorgesehen

in diesem Fitnesscenter (13) einmal wöchentlich mit einem Trainer eine

gemeinschaftliche Sportstunde zu etablieren, da viel Wert auf die Gesundheit und auch

die Teambildung gelegt wird. So sollen auch Diskrepanzen zwischen den Mitarbeitern

aufgrund unterschiedlicher Hierarchiestufen vermieden werden, was letztendlich die

Motivation und somit Produktivität sämtlicher Mitarbeiter steigern kann.

Auch die Aufenthalts (12)- sowie Raucherräume (10)werden ansprechend gestaltet und

mit Zimmerpflanzen ausgestattet um den Mitarbeitern während der Pausen

höchstmögliche Entspannung zu gewährleisten. Da eben dieser Pausenkomfort für die

Mitarbeiter einen sehr zentralen Punkt unserer Personalstrategie darstellt, werden hierfür

extra Innenarchitekten beauftragt. Außerdem werden 4 kleine Schlafräume (11)

eingerichtet. Wie der Forscher Ingo Fietze der Schlafforschungsabteilung der Berliner

Charité herausgefunden hat, kann ein sogenannter „Power-Nap“, also ein kurzer Mittags-

bzw. Erholungsschlaf in der Pause einen immensen Energierückgewinn für die

Mitarbeiter mit sich führen und so wiederum die Effektivität und Produktivität steigern.

Dennoch wird auf die Bereitstellung von Kaffee nicht verzichtet und dieser umsonst

angeboten.

Den restlichen Teil des Erdgeschosses des Bürotraktes nimmt das betriebsinterne

Forschungslabor (14) ein. Hier wird zum einen die noch nahezu nicht existente

Forschung zum Thema Recycling von III-V Halbleiter- Solarzellen vorangetrieben, und

zum anderen werden neue Prozessstrukturen entwickelt und am Computer simuliert.

Im Obergeschoss des Traktes finden sich die eigentlichen Büroräume. Zehn Einzel-(1)

und drei Großraumbüros (2), welche teilweise noch nicht voll ausgestattet und besetzt




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sind, bieten auch auf längere Sicht ausreichende Kapazitäten. Die Ingenieurbüros auf der

der Fabrik zugewandten Seite haben Fenster mit Blick in die Montage- bzw.

Produktionshalle um den Ingenieuren ständigen Überblick über die Prozessketten zu

gewährleisten.

In zwei Konferenzzimmern (3) können betriebsinterne Meetings gehalten und Face-to-

Face Kontakte mit Kunden und Vertragspartnern gepflegt werden. Außerdem bietet es

sich an hier später auch Seminare oder eventuell auch Vorträge und Vorlesungen für

Universitätskurse abzuhalten.

Eine technisch allgemein sehr gute Ausstattung, sowie die betriebseigene IT-Abteilung,

soll das Arbeiten erleichtern und Zeit sparen.

Außerdem findet sich im Obergeschoss die Kantine (6)des Betriebs wo gutes, gesundes

und abwechslungsreiches Essen angeboten wird und eventuell auch hin und wieder

Showköche eingeladen werden.

Des Weiteren sind große Freiflächen (7) mit Sitzmöglichkeiten, Pflanzen und

Ausstellungsstücken und Freiflächen für spätere Erweiterungen (8) vorgesehen

Die Sicherheit in diesem Trakt wird gewährleistet durch am Boden angezeichnete

Fluchtwege, Rauchmelder und Sprinkleranlagen, Brandschutztüren zu den Montage- und

Produktionshallen sowie drei Feuerleitern außen am Gebäude.

Das nicht genutzte Gelände um die Anlage und den großen Parkplatz herum wird

ebenfalls ansprechend gestaltet und begrünt.




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Skizze:

Nr. Raum Nr. Raum

1 Einzelbüro 8 Erweiterungsfläche

2 Großraumbüro 9 Umkleideräume+Duschen

3 Konferenzzimmer 10 Raucherlounge

4 Toiletten m+w 11 Power-Nap-Raum

5 Foyer 12 Aufenthaltsraum

6 Kantine/Küche 13 Fitnesscenter

7 Ausstellungsfläche 14 Labor




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13. Logistik

Folgende Behältnisse Verpackungen werden verwendet:

Mit Schaumstoff ausgekleidete und mit entsprechenden Zwischenräumen zwischen den

Zellen versehene Kunststoffkörbe mit den Außenabmaßen 1000x500x150 mm werden

verwendet um am Ende der Zellproduktion jeweils die nötige Anzahl an Zellen (50

Stück) für ein komplettes Modul vom Pick-And-Place IRB4400 aufzunehmen. Diese

werden seitenbündig auf Europoolpaletten (standardmäßig 1200x800x144 mm) gestapelt

und per Gabelstapler zur Montage durch den Flipjet FJ520 gebracht. In einer speziellen

Vorrichtung werden sie so abgesetzt, dass der Flipjet FJ520 genau an der richtigen Stelle

einzeln auf sie zugreifen kann.

Die fertig montierten Module werden wie beschrieben, ebenfalls auf Europoolpaletten

gestapelt und nach der Qualitätskontrolle in mit ausreichend Verpackungsmaterial

(Luftpolsterfolie) ausgekleideten Pappkartons (Abmaße: 12000x800x130) gestapelt

verpackt.

Die Zulieferteile sämtlicher Zulieferer werden sofort bei Anlieferung von den Lageristen

ausgepackt und auf Europoolpaletten bzw. bei Kleinteilen in entsprechend modifizierten

Kunststoffkörben (ähnlich den oben beschriebenen) verstaut und je nach Bauteilart

eingelagert. So können die leeren Verpackungen dem jeweiligen Vertragspartner direkt

mit dem selben LKW zur Wiederverwendung zurückgesendet werden.

Allgemeine Abfälle werden getrennt und in herkömmlichen Müllcontainern regelmäßig

abgeholt. Ausschuss bei entsprechenden Produktionsschritten wird bis zur Fertigstellung

eines geeigneten Recyclingkonzeptes für III-V Halbleiter (woran betriebsintern intensiv

geforscht wird) in gesicherten Metallboxen abgeholt, auch wenn das enthaltene Arsen in

seiner relativ geringen Konzentration von lediglich 2% laut Werner Bensch von der

AZUR Space Solar power GmbH, welche ähnliche Tripel-Junction-Solarzellen

produzieren, nicht für die Umwelt gefährlich ist.

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Bild (2/2) Anlieferung Material/Zukaufteile (3/4) - Glas, Rahmen, Folie nicht beschrieben Abtransport Solarmodule (2) Abtransport Produktionsabfälle (2/2)




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Anlieferung:

Größere Teile wie Bodenplatten, Rahmen, Fresnellinsen, und Wärmesenken werden

täglich Just-In-Time geliefert und direkt im Anschluss innerhalb weniger Stunden bzw.

zumindest innerhalb des selben Tages verbaut.

Sonstige Teile, also die Germanium Wafer (3-tägig), Staubfilter (4-tägig),

Anschlussdosen(3-tägig), Bypassdioden (16-tägig), AI- und AU-Draht (11-tägig) und

Verpackungskartons (6-tägig) werden in regelmäßigen Intervallen geliefert, in den

Lagerräumen zwischengelagert und nach und nach verbaut.

Alle weiteren Gebrauchsgegenstände werden bei Verschleiß ausgetauscht.

Zur Lagerung stehen uns aufgrund der Offenhaltung enormer Kapazitäten ausreichend

Lagerflächen zur Verfügung. Zunächst werden 1500 m² veranschlagt. Eine einziger

großer Lagerraum wird mit Regalen ausgestattet und kann gegebenenfalls später durch

ein vollautomatisiertes, computergesteuertes Lagerungssystem nachgerüstet werden.

Auslieferung:

Da bei der Montage laut Herrn Gombert von der Soitec Solar GmbH ein nahezu

vernachlässigbarer Ausschuss von unter 2% anfällt, wird mit einem Gesamtoutput von

1,5 Modulen pro Minute kalkuliert. Bei standardmäßig 17 Paletten auf der Fläche eines

normalen LKW („Wechselbrücke“) bzw. -anhängers und Stapelung von je zwei Paletten

übereinander ergibt das eine Dauer von knapp 120 Minuten pro LKW Ladung. Verlässt

alle 2 Stunden ein voll beladener Auslieferungs-LKW das Gelände zu - dem

Lieferungsweg entsprechenden - Depots, wo die Ladung ab- bzw. gegebenenfalls in

Container umgeladen und bis zum Abtransport zum Kunden z.b. über den Hamburger

Hafen zwischengelagert wird. Die LKWs nehmen die Europaletten wieder mit zurück

zur Fabrik und werden erneut beladen.

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Zulieferungskonzept z.B. „Just-in time“ (1/1) Zeitintervall Materialien/Zulieferteile (4/4) Zeitintervall Auslieferung der Module (1/1) Größe Wareneingang (1/2) Größe Warenausgang (1/2) - nur Gesamtlagerfläche angegeben




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Abbildung 5: Schema der Behälterflüsse

14. Möglichkeiten zur Produktionssteigerung Generell ist unsere Produktionsanlage darauf ausgelegt jederzeit um weitere Linien

erweitert zu werden. Eine zusätzliche Montagelinie (die Produktionslinie produziert

derzeit sowieso mehr als wir selbst verbauen können, weswegen überschüssige Zellen

zunächst z.B. an Soitec verkauft werden) würde den Output demnach sogar um 50%

steigern mit ähnlichen Mehrkosten für die neue Anlage (von eventuellen Nachlässen

wegen Beziehung von mehr Maschinen abgesehen).

In puncto Automatisierung ist noch vieles an Potential vorhanden. Die

Vollautomatisierung des Lagers wäre sicherlich eine große Investition, kann aber

sicherlich auch schrittweise für die einzelnen Teile erfolgen und somit zum einen

Personal und Gabelstapler sowie Zeit (→ Outputsteigerung) einsparen. Auch generell

könnte der Automatisierungsgrad vieler weiterer Prozesse innerhalb von Produktion und

Montage erhöht werden und somit Transportzeiten innerhalb des Betriebs massiv

verkürzen. Die Belade- und Entladezeiten der Maschinen und ihrer In- und Outputzonen

reduzieren sich auf ein Minimum, weswegen auch die Stückzahl pro Jahr deutlich steigt.

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Eine Umstellung von 2- auf 3-Schichtbetrieb wäre verbunden mit der Zahlung von

Nachtschichtzuschlägen an die Mitarbeiter, und Inkaufnahme von nächtlich natürlich

niedrigerer Arbeitsmoral. Aus letzterem Grund setzen wir bei dieser Maßnahme die zu

erwartende Produktivitätssteigerung in der Stückzahl bei ca. 40% anstatt den sich

rechnerisch ergebenden 50% an. Auch ist zu bedenken, dass auf manchen Bundesstraßen

in Deutschland, je nach Lieferungsort und demnach Lage des Depots

Nachtfahrbeschränkungen für LKWs gelten. Jedoch wäre es auch notfalls möglich

unseren großen Lagerhallen die Erzeugnisse der Nachtschicht zwischenzulagern und erst

tagsüber (möglicherweise mit zusätzlichen LKWs) abzutransportieren.

Bei Verzicht auf weitere Automatisierung könnte eine 30%ige Outputsteigerung durch

die Einrichtung von Bonussystemen für die Mitarbeiter erreicht werden, also dass sie für

schnellere Arbeit, also über dem durchschnittlichen Akkord pro Linie besser bezahlt

werden.

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15. Quellenverzeichnis

[Dil-00] Diller, Hermann: Preispolitik. W. Kohlhammer, Stuttgart, 2000.

[JAS-12] JA SOLAR HOLDINGS Co., Ltd http://www.jasolar.com.cn/ge/corporate_overview.php, letzter Zugriff am 08.11.11, veröffentlicht 2009.

[Sch-10] Schröder, Christoph: Industrielle Arbeitskosten im internationalen

Vergleich, veröffentlicht September 2010. [Erl-10] Erlach, Klaus: Wertstromdesign; Der Weg zur schlanken Fabrik. Springer,

Berlin, 2010.

[REN-10] Rentzing, Sascha: Masse statt Klasse. http://www.heise.de/tr/artikel/Masse-statt-Klasse-1153969.html, letzter Zugriff am 09.11.11, veröffentlicht Dezember 2010.

[SUD-11] Suder, Katrin: Wettbewerbsfaktor Fachkräfte; Strategien für Deutschlands

Unternehmen. http://www.mckinsey.de/downloads/presse/2011/wettbewerbsfaktor_fachkaefte.pdf, Download am 09.11.11, veröffentlicht Mai 2011.

[PRT-11] PRTM Management Consultants GmbH.

http://www.prtm.com/uploadedFiles/Strategic_Viewpoint/Articles/Article_Content/PRTM%20Photovoltaic%20Sustainable%20Growth%20Index%202011%20-

%20Deutsche%20Anlagenhersteller%20erfreut%20%C3%BCber%20Wachstum%20vf.pdf, Download am 07.11.11.

[PVX-11] pvXchange: Umkämpfter Markt.

http://www.pvxchange.com/joomla/images/stories/downloads/preisindizes

/pvx_2011_10_preisindex.pdf, Download am 07.11.11, veröffentlicht Oktober 2011.

[OLI-11] Oliver Wayman Group: „Win or lose im globalen

Photovoltaikmarkt“ ,Deutschen Unternehmen läuft die Zeit davon.

http://www.oliverwyman.de/media-de/ManSum_Oliver_Wyman_Win_or_Lose_im_globalen_Photovoltaikma

rkt.pdf, Download am 08.11.11. [WES-11] Wessendorf,Florian: PV-Maschinenbau erzielt 2010 Rekordergebnis.

http://www.vdma.org/wps/portal/Home/de/Branchen/P/Photovoltaik/Presse/PV_20110607_Eg_Art_PI_Quartalsstatistik_Jahreszahlen2010_de?WC

M_GLOBAL_CONTEXT=/wps/wcm/connect/vdma/Home/de/Branchen/P/Photovoltaik/Presse/PV_20110607_Eg_Art_PI_Quartalsstatistik_Jahreszahlen2010_de, letzter Zugriff am 09.11.11, veröffentlicht Juni 2011

[Epi-11] European Photovoltaic Industry Association: EPIA-market-report-2011




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[FOR-12] Forschungszentrum Jülich GmbH. http://www.fz-juelich.de/iek/iek-5/DE/Home/home_node.html, letzter Zugriff am 10.11.11.

[WIR-12] Wirtschaftsförderung Region Freiburg e.V.

http://www.wrf- freiburg.de/index.php?/wirtschaftsstandort/lage _daten_und_ fakten/verkehr, letzter Zugriff am 20.01.12, veröffentlicht 2012.

[FIN-12] Zoller, Christian: Photovoltaikspezialist steht Einstieg von LDK Solar

positiv gegenüber. http://www.finanznachrichten.de/nachrichten-2012-01/22331584-photovoltaikspezialist-steht-einstieg-von-ldk-solar-positiv-gegenueber-

009.htm, letzter Zugriff am 15.01.12, veröffentlicht Januar 2012

[VÖL-12] Völlnagel, Iris: Deutsche Solarbranche befindet sich in erbittertem Preiskampf mit China. http://tagesschau.de/wirtschaft/solarbranche100.html, letzter Zugriff am

24.01.12, veröffentlicht Januar 2012

[SOL-11] SolarWorld AG. http://www.solarworld.de/konzern/globale-staerke/unsere-erfolgsgeschichte/2011/

[FRA-11] Fraunhofer ISE.

http://www.ise.fraunhofer.de/de/ueber-uns/geschichte

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