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Nachhaltige Photovoltaik

Umweltfreundliche Solarmodule aus erneuerbaren Rohstoffen

29. August 2024, 11:01 Uhr | Kathrin Veigel

Das 380-W-Solarmodul entstand als »Bio-Modul-Prototyp« innerhalb des Projekts »E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen«.

Noch kommen bei Solarmodulen Materialien zum Einsatz, die gar nicht oder nur teilweise recycelbar und nur wenig umweltverträglich sind. Im Projekt »E2 – E-Quadrat« hat nun das Fraunhofer CSP mit Partnern ein Solarmodul entwickelt, bei dem einige Komponenten nachhaltigeren Rohstoffen bestehen.

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Der ökologische Fußabdruck der Photovoltaikbranche ist im Vergleich zu konventionellen Energiequellen oft geringer. Photovoltaikanlagen produzieren während ihres Betriebs keine schädlichen Emissionen und tragen damit zur Verringerung der Luftverschmutzung und der Treibhausgasemissionen bei. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus von Solarmodulen – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion und Nutzung bis hin zur Entsorgung – werden jedoch Schwachstellen sichtbar.

Derzeitige Photovoltaik-Module bestehen aus Glas, Polymeren, Metallen und siliziumbasierten Solarzellen. Die Gewinnung der Rohstoffe, insbesondere des Siliziums, kann umweltbelastend sein. Auch werden die einzelnen Komponenten nur selten dem Rohstoffkreislauf wieder zugeführt. Nach dem Ende der durchschnittlichen Betriebsphase und Lebensdauer von Solarmodulen, die aktuell bei 20 bis 25 Jahren liegt, stellen die PV-Altmodule ein wertstoffhaltiges, aber schwer aufzutrennendes Abfallprodukt dar, wofür es gegenwärtig kein konkretes Recyclingkonzept gibt.

Ein Großteil der Komponenten wird aktuell entweder verbrannt oder zu minderwertigen Produkten »downgecycelt«. Ansätze, wie die verwendeten Materialien aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt und zugleich wieder in den Kreislauf eingebunden werden, können die Solarbranche jedoch grüner machen.

Projekt »E2 – E-Quadrat« will mehr Nachhaltigkeit bei PV erreichen

Ein Team vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP ) entwickelte und testete im Zuge des Projekts »E2 – E-Quadrat« zusammen mit der Novo-Tech Materialien, die einerseits eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gegenüber sämtlichen Witterungseinflüssen besitzen und andererseits vollständig recyclebar sind.

»Das Projekt adressierte alle Lebensphasen eines PV-Moduls: Von der Herstellung aus Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen über die eigentliche Betriebsphase bis zur stofflichen Verwertung und Rückführung in den Wertstoffkreislauf am Ende der Betriebszeit«, erklärt Ringo Köpge, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe »PV-Module, Komponenten und Fertigung« am Fraunhofer CSP und Projektleiter.

Das 380-W-Solarmodul, das als »Bio-Modul-Prototyp« innerhalb des Projekts entstand, zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Modulen durch folgende Besonderheiten aus:

Der Rahmen des Moduls besitzt einen hohen Holzanteil. Dieser lässt sich nach der Lebensdauer des Moduls komplett recyceln und wieder in die Modulproduktion einschleusen.
Die Zellverbindungen des Moduls wurden 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 drei bis vier Prozent der Module auf dem weltweiten Markt bleifrei geklebt.
Die Rückseitenabdeckung des Moduls besteht aus einer Folie, die zu 30 Prozent aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Die Ethylenvinylacetat-Folie (EVA-Folie), die als transparente Kunststoffschicht bei der Produktion von Solarmodulen eingesetzt wird und als Verkapselungsmaterial der Zellen dient, besteht zu 60 Prozent aus biobasiertem »Zuckerrohr-Ethylen«. Aktuell wird bei den Modulen noch ausschließlich EVA aus fossilen Rohstoffen verwendet, das recycelt oder entsorgt werden muss.

Das Team am Fraunhofer CSP hat die einzelnen verbauten Komponenten verschiedenen Tests unterzogen, darunter beschleunigte Alterungs-, Wärme-, Feuchte- und Temperaturwechseltests. Es konnte gezeigt werden, dass jede Komponente, die verbaut wurde, die aktuellsten Modulstandards besteht.

Durch die Ergebnisse kann zukünftig der CO₂-Fußabdruck durch Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen sowie die Rückführung der energieintensiven Rohstoffe (Siliziumzelle) verbessert werden. Mit dem Nachweis, dass Biopolymere auch für den Einsatz in der Photovoltaik geeignet sind, können diese zukünftig für eine Vielzahl anderer komplexer Außenanwendungen genutzt werden.