Nachhaltigere Solarmodule: TH Köln entwickelt reparierbare und recyclingfreundlichere Komponenten
Photovoltaikmodule sind ein zentraler Baustein für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien. Doch mit der wachsenden Zahl installierter Anlagen rückt eine bislang oft unterschätzte Frage stärker in den Mittelpunkt: Was passiert mit den Modulen am Ende ihrer Lebensdauer? Die einzelnen Materialien lassen sich heute teilweise nur schwer voneinander trennen. Ein Forschungsverbund unter Beteiligung der TH Köln hat deshalb untersucht, wie Solarmodule bereits bei ihrer Entwicklung nachhaltiger, langlebiger und besser reparierbar gestaltet werden können.
Im Mittelpunkt des Verbundprojekts „GreenSolarModules“ standen unter anderem Solarglas, Kunststofffolien und Vergussmassen. Ziel war es, Material- und Energieverbrauch bei der Herstellung zu reduzieren, problematische Stoffe zu vermeiden, die Lebensdauer der Module zu erhöhen und gleichzeitig den Energieertrag nicht zu beeinträchtigen.
Dünneres Glas mit geringerem Energiebedarf
Ein wichtiger Ansatzpunkt ist das Solarglas. Je weniger Material benötigt wird und je weniger Energie dessen Herstellung erfordert, desto kleiner fällt grundsätzlich auch der ökologische Fußabdruck eines Moduls aus.
Die Forschenden der TH Köln untersuchten deshalb ein besonders dünnes Solarglas, dessen Produktion weniger Energie benötigt. Dabei stießen sie allerdings auf ein Problem: Die bestehenden Normen für die Prüfung der Stabilität von Solarglas lassen sich auf besonders dünne Varianten offenbar nicht ohne Weiteres übertragen.
Das Team um Prof. Dr. Ruth Kasper und Hannah Sophie Reichart stellte fest, dass die entsprechenden Prüfverfahren für diese dünnen Gläser angepasst werden müssten.
Eine weitere wichtige Erkenntnis betrifft den Einsatz von Antimon. Nach den Untersuchungen kann Solarglas auch ohne den Zusatz des giftigen Metalls die notwendige Lichtdurchlässigkeit erreichen. Damit eröffnet sich ein Ansatz, problematische Stoffe bereits bei der Herstellung von PV-Modulen zu vermeiden.
Kunststofffolien aus Holz und Reisabfällen
Auch die Kunststofffolien innerhalb eines Solarmoduls wurden genauer unter die Lupe genommen. Sie schützen die empfindlichen Solarzellen vor Feuchtigkeit, Umwelteinflüssen und mechanischen Belastungen.
Die Forschenden testeten deshalb Alternativen aus nachwachsenden beziehungsweise bislang als Abfall anfallenden Rohstoffen. Zum Einsatz kamen unter anderem Materialien auf Basis von Holzfasern und Reisabfällen.
Einige der untersuchten Varianten erwiesen sich laut TH Köln als ausreichend stabil und zugleich recycelbar. Damit könnte langfristig ein Teil der bislang eingesetzten Materialien durch nachhaltigere Alternativen ersetzt werden.
Reparieren statt wegwerfen
Besonders interessant ist ein weiterer Ansatz des Projekts: Nicht jedes defekte Modul müsste zwangsläufig komplett ausgetauscht werden.
Die Forschenden beschäftigten sich deshalb mit den Vergussmassen in Anschlussdosen. Dort ist sicherheitsrelevante Elektronik untergebracht. Werden bestimmte Komponenten wie Stecker beschädigt, erschwert die bisherige Konstruktion eine Reparatur.
Im Projekt wurden deshalb entfernbare Vergussmassen untersucht. Dadurch könnten einzelne Bauteile zugänglich und defekte Komponenten ausgetauscht werden. Ein solcher Ansatz würde die Reparierbarkeit verbessern und könnte dazu beitragen, die Lebensdauer von Solarmodulen zu verlängern.
Ökobilanz: Produktion in Deutschland hat Vorteile
Neben den technischen Entwicklungen analysierte die TH Köln auch den ökologischen Fußabdruck verschiedener Solarmodule. Verglichen wurden unter anderem die Produktion zweier Modultypen in Deutschland und China sowie die Rückgewinnung von Materialien am Ende der Nutzungsphase.
Das Ergebnis fällt deutlich aus: Bei einer Produktion in Deutschland entstehen laut Projekt rund ein Viertel weniger Treibhausgasemissionen.
Damit verweist das Forschungsprojekt auf einen weiteren Aspekt der Nachhaltigkeit von Photovoltaik: Nicht nur die Frage, wie viel Strom ein Modul während seiner Lebensdauer produziert, ist entscheidend. Auch Herstellung, verwendete Materialien, Reparaturmöglichkeiten und Recycling beeinflussen die Gesamtbilanz.
Von der Wegwerfkomponente zum Kreislaufprodukt
Die Ergebnisse zeigen, dass Nachhaltigkeit bei Photovoltaik bereits beim Design eines Moduls beginnen kann. Wenn Materialien von Anfang an besser voneinander trennbar sind, Komponenten repariert werden können und problematische Stoffe vermieden werden, wird Recycling am Ende der Lebensdauer deutlich einfacher.
Genau hier liegt eine der großen Herausforderungen für die nächste Generation von Solarmodulen: Die Photovoltaik muss nicht nur immer günstiger und effizienter werden, sondern zunehmend auch kreislauffähiger.
Prof. Dr. Ulf Blieske, der an der TH Köln das Teilprojekt zu nachhaltigem Moduldesign und Reparierbarkeit leitete, sieht deshalb weiteren Forschungsbedarf. Ein Folgeprojekt zum Recycling von Solarglas wurde bereits beantragt. Gleichzeitig sollen die entwickelten Lösungen möglichst auch industriell erprobt werden.
Nachhaltige PV braucht politische Rahmenbedingungen
Die technische Entwicklung allein reicht aber nicht aus. Ein Problem sehen die Forschenden darin, dass ein großer Teil der Solarmodulproduktion inzwischen außerhalb Europas stattfindet.
Damit nachhaltigere Module tatsächlich in größerem Umfang auf den Markt kommen, brauche es deshalb auch politische Unterstützung und geeignete regulatorische Rahmenbedingungen.
Das Forschungsprojekt untersuchte daher nicht nur Materialien und technische Lösungen, sondern auch die wirtschaftlichen Voraussetzungen für eine Markteinführung. Workshops mit unterschiedlichen Akteuren erwiesen sich dabei als geeignetes Instrument, um technische, wirtschaftliche und politische Fragen gemeinsam zu betrachten.
Photovoltaik wird zum Kreislaufprodukt
Das Projekt „GreenSolarModules“ zeigt damit einen wichtigen Entwicklungspfad für die Photovoltaik: Das nachhaltigste Solarmodul ist nicht zwangsläufig nur jenes mit dem höchsten Wirkungsgrad.
Entscheidend wird zunehmend das Zusammenspiel aus hohem Energieertrag, geringem Material- und Energieeinsatz, langlebigen Komponenten, reparierbarem Design, möglichst schadstoffarmen Materialien und einem funktionierenden Recycling.
Mit dünnerem Solarglas, alternativen Folien und reparierbaren Anschlussdosen hat die Forschung dafür konkrete Ansatzpunkte entwickelt. Der nächste Schritt ist nun, diese Lösungen aus dem Labor und Forschungsprojekt in die industrielle Produktion zu bringen.
Denn: Wenn die Photovoltaik weltweit massiv ausgebaut wird, sollte nicht nur die Menge des erzeugten Solarstroms wachsen, sondern auch die Nachhaltigkeit der Module selbst.
