Plus 2024-12-18T08:00:00Z Kreislaufwirtschaft bei PV-Modulen?

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik hat zusammen mit Partnern ein Photovoltaik-Modul entwickelt, bei dem die Komponenten, die nicht direkt zur Licht-Strom-Umwandlung benötigt werden, aus biologisch abbaubaren Materialien, recyclebaren Stoffen oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen.

Derzeitige Photovoltaik-Module bestehen in der Regel aus Glas, Polymeren, Metallen und siliziumbasierten Solarzellen. Die Gewinnung der Rohstoffe, insbesondere des Siliziums, kann umweltbelastend sein. Auch werden die einzelnen Komponenten nach der Betriebsphase der Module, die aktuell bei 20 bis 25 Jahren liegt, nur selten wieder dem Rohstoffkreislauf zugeführt.

Altmodule stellen zwar ein grundsätzlich wertstoffhaltiges, gleichwohl aber schwer aufzutrennendes Abfallprodukt dar. Nach Angaben des in Halle (Saale) ansässigen Fraunhofer CSP wird derzeit ein Großteil der Komponenten verbrannt, bestenfalls findet ein Downcycling zu minderwertigen Produkten statt. Ein Recyclingkonzept im Sinne einer echten Kreislaufwirtschaft gibt es bislang offenbar nicht.

Solarbranche noch grüner machen

Um Missverständnissen vorzubeugen: PV-Module haben im Vergleich zu konventionellen fossilen Energiequellen grundsätzlich eine gute Ökobilanz . Während ihres Betriebs produzieren sie keine schädlichen Emissionen und tragen damit zur Verringerung von Luftverschmutzung und klimaschädigenden Treibhausgasen bei. Betracht man allerdings ihren gesamten Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion und Nutzung bis hin zur Entsorgung, gibt es noch Schwachstellen.

Wenn es gelänge, zumindest einen Teil der Materialien, aus denen PV-Module bestehen, aus erneuerbaren Rohstoffen herzustellen und zugleich wieder in den Kreislauf einzubinden, könnte dies die Solarbranche noch grüner machen. Hier setzt das kürzlich abgeschlossene Projekt „E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen“ an. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts hat ein Team vom Fraunhofer CSP zusammen mit dem Holzwerkstoffhersteller Novo-Tech Materialien für PV-Module entwickelt und getestet, die einerseits eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gegenüber sämtlichen Witterungseinflüssen besitzen und andererseits vollständig recyclebar sein sollen.

„Das Projekt adressierte alle Lebensphasen eines PV-Moduls“, sagt Projektleiter Ringo Köpge vom Fraunhofer CSP, „von der Herstellung aus Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen über die eigentliche Betriebsphase bis hin zur stofflichen Verwertung und Rückführung in den Wertstoffkreislauf am Ende der Betriebszeit“.

Vier Besonderheiten

Im Rahmen des Projekts entwickelten die Forschenden einen „Bio-Modul-Prototyp“. Dieses Solarmodul, das eine Leistung von 380 Watt-Peak erreicht, zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Modulen durch vier Besonderheiten aus. Die erste Besonderheit betrifft den Rahmen des Moduls: Dieser besitzt einen hohen Holzanteil und lässt sich nach der Betriebsphase des Moduls komplett recyceln. Das recycelte Material ist anschließend erneut in der Modulproduktion verwendbar. Es muss also kein Downcycling stattfinden.

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Zweite Besonderheit: Die einzelnen Solarzellen des Moduls werden nicht, wie sonst standardmäßig, mit bleihaltigen Loten verbunden, sondern mit einem elektrisch leitenden Klebstoff, der Silberpartikel enthält und als Verbinder zwischen den Drähten und den Zellen dient. Aktuell werden nur circa 3–4 % der Module auf dem weltweiten Markt bleifrei geklebt.

Auch für die Rückseitenabdeckung und das vorderseitige Verkapselungsmaterial der Zellen hat Fraunhofer CSP vergleichsweise nachhaltige Materialien gefunden. Die Rückseitenabdeckung besteht aus einer Folie, die zu 30 % aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET) gefertigt wurde.

Als Verkapselungsmaterial kommt eine Folie aus Ethylenvinylacetat (EVA) zum Einsatz. Das klingt zunächst nicht nach einem Alleinstellungsmerkmal. Auch bei herkömmlichen PV-Modulen ist EVA als transparente Kunststoffschicht Standard. Allerdings wird in der Regel EVA aus fossilen Rohstoffen verwendet, das recycelt oder entsorgt werden muss. Das Fraunhofer CSP dagegen setzt auf eine EVA-Folie, die zu 60 % aus Zuckerrohr-Ethylen besteht und damit biologisch abbaubar ist.

Erfolgreiche Tests

Das Team des Fraunhofer CSP hat die einzelnen verbauten Modul-Komponenten verschiedenen Tests unterzogen, darunter beschleunigte Alterungs-, Wärme-, Feuchte- und Temperaturwechseltests. Nach Angaben der Forschenden konnte gezeigt werden, dass jede Komponente, die verbaut wurde, die aktuellen Modulstandards besteht. Das „E-Quadrat“-Projekt habe gezeigt, dass Biopolymere für den Einsatz in der Photovoltaik geeignet sind und damit künftig auch für eine Vielzahl anderer komplexer Außenanwendungen genutzt werden könnten.