Bisher werden Solarmodule aus neu gewonnenen Rohstoffen hergestellt. Diese werden dem Wertstoffkreislauf nicht zurückgeführt. Doch die Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz werden in der Photovoltaik immer wichtiger. Dieses Problems haben sich Forscher:innen des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik (CSP) und des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) angenommen.
Nur die Siliziumzelle bleibt unverändert
In einem gemeinsamen Projekt haben sie zusammen mit Partnern ein Solarmodul entwickelt, bei dem die Komponenten aus biologisch abbaubaren Materialien, recycelbaren Materialien oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Nur die direkt zur Umwandlung des Sonnenlichts in Strom benötigt Komponenten, also das Silizium, wurden beibehalten. Dadurch konnten sie den ohnehin schon niedrigen ökologischen Fußabdruck im Vergleich zu bisherigen Solarmodulen weiter senken.
Materialien sind stabil und recycelbar
Die Herausforderung war, dass die neuen Materialien langfristig gegen sämtliche Witterungseinflüsse stabil sind. Das ist dem Forscher:innen des Fraunhofer CSP zusammen mit dem Industriepartner Novo-Tech gelungen. Die neuen Materialien sind nicht nur stabil, sondern auch vollständig recyclebar. „Das Projekt adressierte alle Lebensphasen eines Photovoltaikmoduls: 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.
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360 Watt Leistung geschafft
Der im Projekt entwickelte Prototyp eines Bio-Solarmodul bringt es immerhin auf eine Leistung von 380 Watt. Im Vergleich zu konventionellen Modulen hat es vier Besonderheiten. So besteht der Rahmen des Moduls zu einem großen Teil aus Holz. Dadurch kann dieser nach der Lebensdauer des Moduls komplett recycelt und wieder in die Modulproduktion eingeschleust werden.
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Verbindungen geklebt
Außerdem haben die Forscher:innen die Zellverbindungen verändert. Während bei herkömmlichen Modulen mit bleihaltigen Loten gearbeitet wird, haben sie einen elektrisch leitenden Klebstoff verwendet. Dieser enthält Silberpartikel und dient so als Verbinder zwischen den Drähten und den Zellen. Dieses Verfahren ist nicht ganz neu. Aber derzeit werden nur etwa drei bis vier Prozent der Module auf dem weltweiten Markt bleifrei geklebt, betonen die Forscher:innen.
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Folien aus Zuckerrohr
Auch bei der Rückseiten- und Einkapselungsfolien haben sie auf Nachhaltigkeit gesetzt. So verwenden sie eine Rückseitenfolie, die zu 30 Prozent aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Die Ethylenvinylacetatfolie (EVA-Folie), die als transparente Kunststoffschicht die Solarzellen einkapselt, besteht wiederum zu 60 Prozent aus biobasiertem Zuckerrohr-Ethylen. Aktuell werde bei den Modulen noch ausschließlich EVA aus fossilen Rohstoffen verwendet, das recycelt oder entsorgt werden muss, beschreiben die Wissenschaftler:innen den Unterschied.
Alle Tests bestanden
Das Team des Fraunhofer CSP hat die einzelnen verbauten Komponenten verschiedenen Tests unterzogen. Dazu gehörten auch beschleunigte Alterungs-, Wärme-, Feuchte- und Temperaturwechseltests. Sie konnten dadurch zeigen, dass jede verbaute Komponente die aktuellen Modulstandards besteht. (su)
