Aktuell setzt die Industrie bei Photovoltaik-Modulen noch Rohstoffe und Materialien ein, die man dem Wertstoffkreislauf gar nicht oder nur teilweise wieder zuführen kann und die Schwächen bei der Umweltverträglichkeit aufweisen. Hier setzt das kürzlich abgeschlossene Projekt „E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen“ an. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle hat zusammen mit Partnern ein Photovoltaik-Modul entwickelt, bei dem die Komponenten, die man nicht direkt zur Licht-Strom-Umwandlung benötigt, aus biologisch abbaubaren Materialien, recycelbaren Materialien oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen.

Derzeitige Photovoltaik-Module bestehen aus Glas, Polymeren, Metallen und siliziumbasierten Solarzellen. Die Gewinnung der Rohstoffe, insbesondere des Siliziums, kann umweltbelastend sein. Auch führt man die einzelnen Komponenten nur selten dem Rohstoffkreislauf wieder zu. 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. Dafür gibt es gegenwärtig nach Einschätzung der Forscher:innen vom Fraunhofer CSP kein konkretes Recyclingkonzept. Einen Großteil der Komponenten verbrennt man oder „downcycelt“ sie zu minderwertigen Produkten. Daher können Ansätze, wie man die verwendeten Materialien aus erneuerbaren Rohstoffen herstellen und zugleich wieder in den Kreislauf einbinden kann, die Solarbranche noch grüner machen.

An diesem Punkt setzt das Projekt an, das eine Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz erhalten hat. Darin entwickelte und testete ein Team vom Fraunhofer CSP zusammen mit der Novo-Tech GmbH Materialien, die einerseits eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gegenüber sämtlichen Witterungseinflüssen besitzen und andererseits vollständig recycelbar 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“, sagt Projektleiter Ringo Köpge, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe PV-Module, Komponenten und Fertigung am Fraunhofer CSP.

Prototyp mit 380 Watt Leistung

Das 380 Watt-Solarmodul, das als Bio-Modul-Prototyp innerhalb des Projekts entstand, zeichnet sich laut der Forscher:inenn im Vergleich zu konventionellen Photovoltaik-Modulen durch vier Besonderheiten aus. Der Rahmen des PV-Moduls besitzt einen hohen Holzanteil. Diesen kann man nach der Lebensdauer des PV-Moduls komplett recyceln und wieder in die Solarmodulproduktion einschleusen.

Die Zellverbindungen des Photovoltaik-Moduls haben die Forscher:innen nicht wie üblich mit bleihaltigen Loten verbunden, sondern mit einem elektrisch leitenden Klebstoff. Dieser enthält Silberpartikel und dient als Verbinder zwischen den Drähten und den Solarzellen. Aktuell klebt die Industrie nach Einschätzung der Projektteilnehmenden nur zirca drei bis vier Prozent der PV-Module auf dem weltweiten Markt bleifrei. Zudem besteht die Rückseitenabdeckung des Moduls aus einer Folie, die zu 30 Prozent recyceltes Polyethylenterephthalat (PET) enthält. Die Ethylenvinylacetat-Folie (EVA-Folie), die man als transparente Kunststoffschicht bei der Produktion von Solarmodulen einsetzt und die als Verkapselungsmaterial der Zellen dient, besteht zu 60 Prozent aus biobasiertem „Zuckerrohr-Ethylen“. Aktuell verwendet die Industrie bei den PV-Modulen noch ausschließlich EVA aus fossilen Rohstoffen.

Photovoltaik-Modul aus nachwachsenden Rohstoffen besteht Modulstandards

Das Team am Fraunhofer CSP hat die einzelnen verbauten Komponenten verschiedenen Tests unterzogen, darunter beschleunigte Alterungs-, Wärme-, Feuchte- und Temperaturwechseltests. Dabei konnten die Forscher:innen zeigen, dass jede Komponente, die sie verbaut haben, die aktuellsten Modulstandards besteht. Durch den Einsatz dieser Komponenten kann die Industrie zukünftig den CO₂-Fußabdruck durch Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen sowie die Rückführung der energieintensiven Rohstoffe, insbesondere der Siliziumsolarzellen, verbessern. Mit dem Nachweis, dass Biopolymere auch für den Einsatz in der Photovoltaik geeignet sind, könnte man diese auch für eine Vielzahl anderer komplexer Außenanwendungen nutzen.

Zudem stellt Ringo Köpge die Forschungsergebnisse und das Photovoltaik-Modul im Rahmen der diesjährigen EUPVSEC, die vom 23. bis 27. September in Wien stattfindet, unter dem Titel “Steps Towards a 100% Renewable Material Solar Module: Evaluating Material Substitutions for Encapsulation and Interconnection” vor.

Außerdem arbeitet das Fraunhofer CSP an neuen Recycling-Technologien für Solarmodule.

Quelle: Fraunhofer IMWS | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH