PV Re² Sustainable Photovoltaics

Nachhaltige Prozesse sind von entscheidender Bedeutung sowohl für aktuelle als auch für zukünftige Technologien, insbesondere in der Nutzung natürlicher Ressourcen aber auch für das End-of-Life (EoL) Management. Obwohl es sich bei der Photovoltaik (PV) um eine nachhaltige Art der Energiegewinnung auf Basis von erneuerbaren Quellen handelt spielt die Nachhaltigkeit in der PV-Modultechnologie eine untergeordnete Rolle. Das Ziel des Projekts PVRe² ist die Steigerung der Nachhaltigkeit der Stromerzeugung aus der Photovoltaik durch (i) Optimierung der Recyclingprozesse von PV Modulen, (ii) Erhöhung der Recyclingfähigkeit und Verringerung der Umweltbelastung durch PV Module, und (iii) Entwicklung von Konzepten zur Reparatur von beschädigten PV Modulen im Feld Zusätzlich sollen die technologischen Entwicklungen in Bezug auf ihre wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkung bewertet werden. Das Konsortium umfasst fünf Industriepartner und vier Forschungseinrichtungen, die Kompetenzen entlang der gesamten PV-Wertschöpfungskette von der Herstellung der Materialien, Komponenten und PV Modulen über Betrieb von PV Systemen und Anwendungen bis hin zu Recycling und Abfallbehandlung abdecken.
• Da bis zu diesem Zeitpunkt nur moderate Abfallmengen angefallen sind, gibt es derzeit kaum wirtschaftliche Anreize zur Errichtung von speziellen Recyclinganlagen. Daher werden defekte PV üblicherweise in herkömmlichen Recyclinganlagen mit allgemeinen Technologien aufbereitet (Glas; Elektronikschrott). Im Zuge des Projekts PVRe² sollen die chemischen, physikalischen und mechanischen Grundlagen zur Entwicklung eines Recyclingprozesses basierend auf der schichtweisen Auftrennung der einzelnen Komponenten eines PV Moduls ausgelotet und erforscht werden. Ziel ist, damit die Recyclingquote zu erhöhen und dabei die Funktionalität und Reinheit der Materialien zu erhalten. Ein wichtiger Aspekt ist die Etablierung von geeigneten Messsystemen, die eine automatisierte Identifikation der Materialzusammensetzung der einzelnen Module erlauben. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von kostengünstigen, nachhaltigen PV Modulen durch (i) ein recyclinggerechtes Design basierend auf z.B. leicht zu lösenden Klebeverbindungen und thermoplastischen Materialien, (ii) Verringerung der Umweltbelastung durch Reduktion oder Vermeidung von toxischen Materialien und Gefahrenstoffen und (iii) den Einsatz innovativer Materialien mit hoher Zuverlässigkeit, Reparaturfähigkeit und Wiederverwertbarkeit. Des Weiteren verfolgt PVRe² das Ziel, Strategien für die Reparatur von PV Modulen zu entwickeln. Der Fokus wird hier auf die Reparatur von defekten elektronischen Komponenten und gerissenen Backsheets gelegt. Zu den größten Herausforderungen dabei zählen die Wiederherstellung der elektrischen Isolationseigenschaften aber auch Stopp bzw. Verzögerung der Moduldegradation. Die Reparatur der defekten Module sollte möglichst einfach und am Feld durchführbar sein, damit diese Option wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem Austausch der schadhaften Module bringt. Zusammen mit den technischen Zielen wird eine kontinuierliche Beurteilung der wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der vorgeschlagenen und untersuchten Konzepte durchgeführt, welche alle im Prozess entwickelten Prozesse, Materialien und Modulkonzepte umfasst.

Ausgangssituation

Photovoltaik Module haben eine Lebenserwartung von rund 25 bis 30 Jahren, manchmal auch länger. Aktuell erreichen viele Anlagen der ersten Generation langsam das Ende ihrer Leistungsspanne. Die Systeme bestehen aus vielen Bestandteilen wie Glas, Siliziumzellen, Silber, Kupfer, Plastik oder dem Aluminiumrahmen. Manche Inhaltsstoffe wie Blei oder Fluor sind dabei besonders umweltkritisch. Defekte oder ausgediente Module werden bisher in Recyclinganlagen mit allgemeinen Technologien aufbereitet und meist zerkleinert, Reststoffe landen häufig in Verbrennungsöfen. Ein fachgerechtes und auf die Solartechnik spezialisiertes Abfallentsorgungssystem zur optimalen Rohstoffverwertung existiert noch nicht. Es geht aber auch um wertvolle Rohstoffe, die in den Solaranlagen verbaut sind und durch ein gezieltes Recycling einem Wiederverwertungsprozess zugeführt werden können. Bedenkt man, dass weltweit mehr als 500GW Gigawatt installierte Solarleistung im Einsatz sind und deren Anteil weiter stark anwächst, wird die Entsorgung als auch das Recyceln zu einer globalen Herausforderung.