Die TH Köln hat gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie untersucht, wie Solarmodule langlebiger, reparierbarer und besser recyclingfähig werden können. Im Verbundprojekt GreenSolarModules standen zentrale Modulkomponenten wie Solarglas, Kunststofffolien und Vergussmassen für Anschlussdosen im Mittelpunkt. Ergänzend analysierten die Forschenden wirtschaftliche Aspekte und den ökologischen Fußabdruck unterschiedlicher Produktions- und Recyclingpfade.
Der Hintergrund ist für die Photovoltaikbranche wesentlich: Mit dem weiteren Ausbau der Solarstromerzeugung steigt langfristig auch die Bedeutung von Rückbau, Reparatur und Materialrückgewinnung. Konventionelle PV-Module bestehen unter anderem aus Glas, Kunststofffolien, Solarzellen, Elektronik und Aluminiumrahmen. Diese Komponenten sind fest miteinander verbunden und daher am Lebensende nur mit erheblichem Aufwand zu trennen.
Dünneres Solarglas und antimonfreie Varianten geprüft
Mit diesem Messstand wurden die optischen Eigenschaften der nachhaltigen Solargläser, z.B. Lichtdurchlässigkeit und Reflexion, untersucht. (Bild: Oliver Pfeiffer/TH Köln)
Im Teilprojekt zu nachhaltigem Moduldesign und Reparierbarkeit untersuchte das Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE) der TH Köln gemeinsam mit weiteren Instituten der Hochschule konkrete Materialalternativen. Dazu zählten dünnere Solargläser, die nach Angaben der Forschenden weniger Energie in der Produktion benötigen können.
Bei den Stabilitätsprüfungen zeigte sich laut TH Köln jedoch, dass bestehende Normprüfverfahren nicht ohne Weiteres auf besonders dünne Gläser übertragbar sind. Das Team um Prof. Dr. Ruth Kasper und Hannah Sophie Reichart vom Institut für Konstruktiven Ingenieurbau kam demnach zu dem Ergebnis, dass diese Prüfverfahren angepasst werden sollten.
Ein weiterer Befund betrifft die Materialzusammensetzung: Die Forschenden stellten fest, dass Solarglas auch ohne den Zusatz des giftigen Metalls Antimon die notwendige Transmission, also Lichtdurchlässigkeit, erreichen kann. Damit ergibt sich ein möglicher Ansatz, um umweltbedenkliche Stoffe in PV-Modulen zu reduzieren.
Kunststofffolien aus natürlichen Rohstoffen getestet
Ein zweiter Schwerpunkt lag auf Kunststofffolien, die Solarzellen vor Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen schützen. Die Projektpartner testeten nachhaltigere Varianten aus natürlichen Rohstoffen, darunter Holzfasern und Reisabfälle. Einige dieser Alternativen erwiesen sich laut Projektangaben als stabil und recycelbar.
Für die spätere industrielle Anwendung bleiben damit vor allem Fragen der Skalierbarkeit, Verarbeitbarkeit und Langzeitbeständigkeit relevant. Die Pressemeldung nennt dazu keine konkreten Leistungsdaten oder Angaben zu möglichen Kosten.
Reparierbare Anschlussdosen im Fokus
Auch die Anschlussdose wurde im Projekt betrachtet. In ihr befindet sich sicherheitsrelevante Elektronik, die bei Defekten bisher nur eingeschränkt repariert werden kann. Die Forschenden erprobten entfernbare Vergussmassen zur Isolierung von Bauteilen. Dadurch sollen sich beispielsweise defekte Stecker leichter austauschen lassen.
„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 CIRE der TH Köln. Er leitete das Teilprojekt zu nachhaltigem Moduldesign und Reparierbarkeit.
Produktion in Deutschland mit geringerer Treibhausgasbilanz
Neben den technischen Untersuchungen analysierte das Projektteam auch den ökologischen Fußabdruck von Solarmodulen. Verglichen wurden die Produktion zweier Modultypen in Deutschland und China sowie die Rückgewinnung von Materialien am Nutzungsende.
Ein zentrales Ergebnis laut TH Köln: Bei einer Produktion in Deutschland entstehen rund ein Viertel weniger Treibhausgasemissionen. Für die europäische PV-Wertschöpfung ist dieser Punkt relevant, weil Nachhaltigkeitsanforderungen, Lieferketten und regulatorische Vorgaben zunehmend in Beschaffungsentscheidungen einfließen.
Marktfähigkeit hängt auch von Rahmenbedingungen ab
Das Projekt befasste sich zudem mit der Frage, ob nachhaltigere Solarmodule am Markt bestehen können. Nach Einschätzung der Forschenden reichen technische Lösungen allein nicht aus. Neben wirtschaftlichen Strategien seien auch regulatorische und politische Rahmenbedingungen entscheidend.
Blieske verweist dabei auf die Produktionsrealität der Branche: „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.“
An einem Prüfstand haben die Forschenden die Stabilität von dünnem Solarglas, das weniger Energie bei der Produktion benötigt, untersucht. (Bild: Prof. Dr. Ruth Kasper/TH Köln)
Verbundprojekt mit Fraunhofer-Koordination
Das Verbundprojekt GreenSolarModules wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE koordiniert. Beteiligt waren neben der TH Köln unter anderem das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS sowie Exxergy GmbH.
Als assoziierte Partner unterstützten Kömmerling Chemische Fabrik Gmbh, Ulbrich of Austria GmbH, Hydro Extrusion Nenzing GmbH, Reiling GmbH & Co. KG sowie Luxchemtech GmbH Materialtests und Recyclingfragen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie förderte das Projekt über drei Jahre mit insgesamt rund 4,368 Millionen Euro. Auf das Teilprojekt der TH Köln entfielen etwa 390.000 Euro.
Weitere Informationen finden Sie unter www.th-koeln.de.
Quelle: TH Köln