Um den Ausbau Erneuerbarer Energien voranzutreiben, werden unter anderem Solarmodule benötigt. Deren Wiederverwertung ist jedoch sehr aufwändig, da wichtige Komponenten nur schwer zu recyceln oder zu reparieren sind. Solarmodule bestehen aus Glas, Kunststofffolien, Solarzellen und Elektronik, die von einem Aluminiumrahmen zusammengehalten werden. Bisher ist es schwierig, diese Komponenten zu trennen, um sie anschließend wiederverwerten oder reparieren zu können.
„Um diesen Herausforderungen zu begegnen, haben wir Lösungen für energieeffizientere und umweltfreundlichere Materialien sowie ein neues reparierbares Anschlussdosendesign erarbeitet“, erklärt Prof. Dr. Ulf Blieske vom Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE) der TH Köln. Er leitete das Teilprojekt zu nachhaltigem Moduldesign und Reparierbarkeit.
Solarmodule und das ungelöste Recyclingproblem
In einem ersten Schritt bündelten mehrere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Hochschule aus den Fachbereichen Erneuerbare Energien, Materialwissenschaften und Werkstoffanwendung sowie Lebenszyklusanalyse ihre Expertise. Konkret untersuchten sie drei zentrale Komponenten: Solarglas, Kunststofffolien und Vergussmassen zur Isolierung von Bauteilen.
„Wir haben von einem Unternehmen ein dünnes Solarglas erhalten, das weniger Energie bei der Produktion benötigt, und dessen Stabilität getestet. In den Normen sind die Prüfverfahren aufgeführt. Diese beschreiben, wie man die Stabilität von Solargläsern testen soll. Das Team von Prof. Dr. Ruth Kasper und Hannah Sophie Reichart vom Institut für Konstruktiven Ingenieurbau unserer Hochschule hat entdeckt, dass sich diese Normen nicht auf die besonders dünnen Gläser anwenden lassen und demnach angepasst werden sollten“, erläutert Oliver Pfeiffer, wissenschaftlicher Mitarbeiter vom CIRE. „Zudem haben wir festgestellt, dass Solarglas auch ohne den Zusatz des giftigen Metalls Antimon die notwendige Transmission, also Lichtdurchlässigkeit, erreichen kann.“
Holzfasern und Reisabfälle im Folientest
Des Weiteren befassten sich die Forschenden mit Kunststofffolien, die in Solarmodulen zum Schutz der Solarzellen vor Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen eingesetzt werden. Dabei wurden nachhaltigere Varianten aus natürlichen Rohstoffen, wie beispielsweise Holzfasern oder Reisabfälle, getestet. Einige dieser Alternativen erwiesen sich als stabil und recycelbar. Abschließend kamen entfernbare Vergussmassen zur Isolierung von Bauteilen in Anschlussdosen zum Einsatz, in denen sicherheitsrelevante Elektronik verbaut ist. Dadurch können beispielsweise defekte Stecker ausgetauscht und somit Reparaturen erleichtert werden.
Wie Solarglas weiter recycelt werden soll
„Wir haben mit einigen Partnern aus dem Konsortium ein Folgeprojekt beantragt, welches das Recycling von Solarglas weiter voranbringen soll. Ein weiteres lohnendes Vorhaben wäre die industrielle Erprobung der erarbeiteten Lösungen. Allerdings haben viele Unternehmen ihre Produktion außerhalb Europas verlagert. Wenn umweltfreundlichere Solarmodule marktfähig werden sollen, braucht es politische Unterstützung“, so Blieske.
Neben den technischen Arbeiten und Analysen untersuchte das Team der TH Köln auch die Wirtschaftlichkeit und den ökologischen Fußabdruck von Solarmodulen. Dazu wurden die Produktion zweier Modultypen in Deutschland und China sowie die Rückgewinnung von Materialien am Nutzungsende verglichen. Ein zentrales Ergebnis war, dass bei einer Produktion hierzulande rund ein Viertel weniger Treibhausgasemissionen entstehen.
Welche Chance haben nachhaltige Solarmodule auf dem Markt?
In einem weiteren Arbeitspaket widmeten sich die Forschenden der Frage, ob nachhaltige Solarmodule eine Chance auf dem Markt haben. Um deren Verbreitung zu erhöhen, müssen neben wirtschaftlichen Strategien auch regulatorische und politische Rahmenbedingungen adressiert werden. In der Praxis haben sich partizipative Workshop-Formate demnach als effektives Instrument bewährt, um den Fokus auf einen Mehrebenenansatz zu lenken.
Das Verbundprojekt „GreenSolarModules“ wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE koordiniert. Weitere Projektpartner waren das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS sowie das Unternehmen Exxrgy, das sich auf chemisch-thermische Glasbehandlung spezialisiert hat. Als assoziierte Partner unterstützten Kömmerling Chemische Fabrik, Ulbrich of Austria, Hydro Extrusion Nenzing, Reiling und LuxChemtech bei Materialtests und Recycling. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie förderte das Projekt über drei Jahre im Rahmen des Programms „Innovationen für die Energiewende“.
