Schwieriges Recycling: Wie Photovoltaik nachhaltiger werden kann

Der Photovoltaik-Ausbau in Österreich kommt in Schwung. Ende vergangenen Jahres wurden bereits mehr als 620.000 Haushalte mit Strom aus Solaranlagen versorgt. 2.782 Gigawattstunden wurden 2021 mit PV-Anlagen erzeugt, 4,7 Prozent der Stromnachfrage wurden damit gedeckt.

Bis 2040 soll der Anteil am Strommarkt 27 Prozent betragen. Beim Recycling der Anlagen gibt es aber noch viel zu tun. Derzeit wird meist das Glas der Solarmodule wiederverwertet, wertvolle Materialien aus den Anlagen, wie Silber, Kupfer und Silizium landen oft noch auf dem Elektroschrott.

Das Forschungsprojekt (PVRe²), das vom Österreichischen Forschungsinstitut für Chemie und Technik (OFI), einem Mitglied des Forschungsnetzwerks Austrian Cooperative Research (ACR), gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft durchgeführt wurde, hat nach Lösungen für eine nachhaltigere Photovoltaik gesucht.

Wie Solarmodule effektiver recycelt werden können, stand dabei ebenso im Fokus, wie die umweltfreundlichere Produktion und die bessere Reparierbarkeit der Anlagen. "Wir wollen Wege aufzeigen, wie man die im Solarmodul verbauten Materialien am günstigsten wiederverwerten und wie man sie heute schon so bauen kann, damit das in Zukunft leichter möglich ist", sagt Gabriele Eder, die das Forschungsprojekt am OFI leitete.

Schichtweises Auftrennen

Zum besseren Recycling der Produkte wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein Verfahren entwickelt, bei dem die Module schichtweise wieder aufgetrennt werden, um die einzelnen Bestandteile der Wiederverwertung zuführen zu können. Dafür werden sie davor mit einem  Nahinfrarot-Spektrometer durchleuchtet, mit dem festgestellt werden kann, welche polymeren Materialien verbaut wurden.

Im Gegensatz zu gängigen Verfahren, bei denen die PV-Paneele nach dem Abtrennen vom Aluminiumrahmen geschreddert werden, kann nach der schichtweisen Auftrennung etwa die Glasscheibe der Solarmodule als Ganzes wiederverwertet werden. "Wenn das zerkleinerte Glas aufgereinigt und eingeschmolzen werden muss oder die Polymer-Folien verbrannt werden, geht viel Energie verloren", sagt Eder. "Wenn man das Material an sich wiederverwerten kann, ist das der günstigere Weg."

Nach Abtrennung der polymeren Einkapselungsmaterialien können auch die verbauten Metalle und Halbleiter recycelt werden. "Wenn man es schafft, aus allen Materialien, wie zum Beispiel dem Silizium der Solarzellen, wieder neue Solarkomponenten herzustellen und nicht den geschredderten Materialverbund als Unterboden zum Straßenbau verwendet, wird Recycling rentabler", erläutert die Forscherin. 

Ohne Blei und Fluor

Damit die Solarmodule besser wiederverwertet werden können, müsse der Recyclingprozess schon in der Produktentwicklung mitgedacht und die Teile schichtweise so verbaut werden, dass sie leicht aufgetrennt werden können.

Auch schädliche Stoffe wie Blei oder Fluor müssten aus dem Herstellungsprozess verbannt werden. Statt Blei-Zinn-Lot könnten etwa leitfähige Klebstoffe zum Einsatz kommen. Verbindungen, die sich auch leicht wieder lösen lassen, können das Materialrecycling erleichtern. Als Basis für die Rückseitenfolien bieten sich umweltfreundlichere Polyolefine, wie etwa Polyethylen oder Polypropylen, statt den gängigen Tedlar-Rückseiten an, die schädliches Fluor enthalten. 

Solarmodule mit Fluor-haltigen Rückseitenfolien sind zwar immer noch Standard und weil sie in großen Mengen produziert werden, häufig auch die günstigste Variante. Erste Polyolefin-basierte Materialien seien aber bereits am Markt und könnten preislich mithalten, sagt Eder. 

Reparierbarkeit

Thema bei dem Forschungsprojekt war auch die Reparierbarkeit. Wenn die Glasfrontscheibe eines Moduls, etwa durch Stein- oder Hagelschlag, zersplittert, ist das nicht mehr reparierbar.

Für einen anderen häufigen Schaden gibt es aber eine Lösung: Bei einigen Modulen bekommt die Rückseitenfolie nach einigen Jahren Risse. Die elektrische Isolation ist dann nicht mehr gegeben. Um zu verhindern, dass die Module aus Sicherheitsaspekten ausgemustert werden müssen, wurde eine spezielle Beschichtung entwickelt, die die Risse verschließt und sicherstellt, dass weiter Strom produziert werden kann und die Sicherheitsvorgaben erfüllt sind. 

"Spätestens 2030 großes Thema"

Die Lebenszeit eines Solarmoduls betrage in der Regel 20 bis 30 Jahre, sagt Eder. Weil die Solarenergie in Österreich erst in den vergangenen Jahren in Fahrt gekommen sei, gebe es hierzulande erst sehr wenige PV-Module, die am Ende ihrer Lebensdauer angelangt seien.

„Vor 30 Jahren war die Solarenergie ein Minderheitenprogramm", meint die Forscherin. Noch halte sich der Anfall an Altmodulen in Grenzen, deshalb gebe es auch keine großen Betriebe, die das Recycling gewinnbringend betreiben könnten, sagt Eder: „Spätestens 2030 wird das aber ein großes Thema sein.“

Eine 1989 am Loser bei Bad Aussee errichtete Pionieranlage produziere aber immer noch Strom. Bei einem der 3 dort installierten Modultypen sei auch nach Jahrzehnten lediglich ein Leistungsabfall von 10 Prozent festzustellen, sagt die Forscherin.

Die Reparaturbeschichtung wird ebenso wie die in dem Forschungsprojekt entwickelte Photovoltaik-Lösung zur Materialerkennung, eine mobile NIR-Spektroskopie-Lösung der Firma trinamiX, bereits vermarktet. Neben 5 Forschungsinstituten nahmen an dem Projekt 4 Industriepartner - ein Rückseitenfolienhersteller, ein Modulhersteller, ein Entsorgungs- und ein Wartungsunternehmen -  teil. Jeder Partner habe in seinem Bereich sehr tiefes Know-how beigetragen, sagt Eder.

Für Innovationspreis nominiert

Nominiert wurde das Projekt auch für den ACR-Innovationspreis, der von der ACR zusammen mit dem Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft vergeben wird. Dieser zeichnet Innovationen aus, die kleine und mittlere Unternehmen gemeinsam mit Forschungsinstituten entwickeln. Noch bis zum 2.Oktober kann online über die Gewinner*innen abgestimmt werden.

Diese Serie erscheint in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft.