Читать книгу Photovoltaik & Batteriespeicher - Wolfgang Schröder - Страница 19

Ein Solarmodul besteht überwiegend aus Aluminium, Glas und Kunststoffen sowie den Solarzellen aus Silizium. Die Stoffe beim Recycling der Module unterteilen sich in Schadstoffe, Rohstoffe und begrenzte Rohstoffe. Die geringsten Mengen an Schadstoffen sind in der amorphen Technologie (a-Si) zu finden, leider werden aber auch hier, wie in allen Dünnschichttechnologien, noch bleihaltige Lötverbindungen verwendet. Die CIGS-Technologie (Cuprum-Indium-Gallium-Selen) enthält geringe Mengen Kadmium aufgrund einer Kadmiumsulfidschicht. Blei ist vor allem in den kristallinen Modulen (c-Si) wegen der bleihaltigen Lötverbindungen der Solarzellen im Modul zu finden. Das Schwermetall Kadmium ist in den CdTe-Modulen vorhanden, allerdings chemisch gebunden mit dem Element Tellur.

Beschädigte Photovoltaikmodule nach Hagelschlag

Als begrenzter Rohstoff finden sich in der a-Si-Technologie Germanium und in CIGS-Modulen Indium, Gallium und Selen.

Der größte Gewichtsanteil bei den Modulen rührt vom Rohstoff Glas, der in allen Technologien zu finden ist, je nach Größe der Module in einer Menge von etwa 11 kg/m². Aluminium als Rahmenmaterial kommt in Mengen von etwa 1 kg/m² vor. Silber als kostenintensivster Rohstoff in der c-Si-Technologie findet vor allem Verwendung in den Metallisierungspasten auf der Vorderseite der Solarzellen, mit einem Gewichtsanteil von 20 g/m². Kupfer als Rohstoff findet sich vor allem in der Verkabelung sämtlicher Modultechnologien, bei den CIGS-Modulen ebenfalls in der aktiven Halbleiterschicht.

All diese Materialien können nach gegenwärtigem Stand der Technik recht einfach recycelt werden. Daher liegt die Recyclingquote bei Solarmodulen heute bei mehr als 80 Prozent. Moderne Anlagen zur Wiederverwertung von PV-Modulen sollen sogar auf Raten von mehr als 90 Prozent kommen.

Das im Juli 2007 gegründete PV-Cycle-System ist ein Zusammenschluss mehrerer Unternehmen der Photovoltaikindustrie mit dem Ziel, ein freiwilliges Rücknahme- und Recyclingprogramm für Altmodule aufzubauen. Die Mitglieder des PV Cycle sind Produzenten, Importeure, Forschungsinstitute und Großhändler.

Momentan fallen zwar noch keine nennenswerten Mengen an ausgedienten PV-Modulen und Solarzellen an, das wird sich in den kommenden Jahren aber unweigerlich ändern. Die zu erwartende Abfallmenge an PV-Modulen wird unterschiedlich prognostiziert. Man spricht davon, dass bis zum Jahr 2030 in der EU etwa 130 000 t ausgedienter Module erwartet werden. Das exponentielle Wachstum in der Produktion und Installation von Modulen spiegelt sich nach etwa 20 Jahren als die Abfallmenge wider, die „verarbeitet“ werden muss, wobei freilich nicht damit zu rechnen ist, dass alle PV-Anlagen nach 20 Jahren Nutzungsdauer wieder abgebaut werden. Im Jahr 2010 sollten demnach etwa 5 000 Tonnen an PV-Modulen aus dem Jahr 1990 als Abfall eingegangen sein. Eine Prognose für den PV-Abfall durch eine Studie des Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) und des Instituts für Photovoltaik (ipv) aus dem Jahr 2012 kam auf eine weltweiten Abfallmenge von 4 000 Tonnen pro Jahr. Die Recyclingorganisation PV-Cycle hat im Jahr 2010 dagegen nur etwa 1 400 Tonnen eingesammelt.

Als Reaktion auf die insgesamt unbefriedigende Entwicklung fallen seit dem 24. Januar 2012 auch Solarmodule unter eine Novellierung der Elektroschrott-Richtlinie. Für die PV-Branche sieht die Novelle vor, dass 85 Prozent aller verkauften Solarmodule gesammelt und zu 80 Prozent in die Wiederverwertung gebracht werden müssen.

Bis 2014 waren alle 27 EU-Mitgliedsländer verpflichtet, die Verordnung in nationales Recht umzusetzen. Dadurch hat man die Hersteller in die Pflicht genommen, Strukturen für die Wiederverwertung bereitzustellen. Die Trennung der Module von anderen Elektrogeräten wird dabei bevorzugt. Bereits existierende Sammel- und Recyclingstrukturen sollen zudem ausgebaut werden.

In Deutschland wird die Rücknahme aktuell über das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) geregelt, der deutschen Umsetzung der europäischen WEEE-Richtlinie (WEEE = Waste of Electrical and Electronic Equipment). Die Hersteller und Inverkehrbringer von Solarmodulen müssen sich registrieren und dafür sorgen, dass die von ihnen verkauften Photovoltaikmodule zurückgenommen und ordnungsgemäß entsorgt werden. Das ist bei Solaranlagen nicht anders als bei Staubsaugern und Fernsehern.

Der Branchenverband BSW-Solar hat Ende Oktober 2019 ein Merkblatt zum sicheren Umgang mit PV-Altmodulen veröffentlicht, das sich an Installateure und Betreiber von PV-Anlagen richtet.

Durch die breite Palette an Solarzellen und -modulen erhöht sich der Anpassungsaufwand an die jeweils eingesetzte Recyclingtechnologie. Bisher existieren großtechnische Recyclingverfahren nur für Module aus kristallinem Silizium und aus Cadmiumtellurid. Verfahren für Module mit anderen Halbleitertechniken befinden sich erst in der Entwicklungsphase. Neben dem Verfahren der Deutsche Solar AG, bei dem die schadhaften und ausgedienten Module über thermische und chemische Prozesse entweder als Ganzes oder als Bruchstücke der Solarzellen aufbereitet werden, bietet beispielsweise die Firma First Solar für ihre Cadmium/Tellurit-Module ein technisch anderes Verfahren an, bei dem die Module mechanisch zerkleinert und anschließend über weitere chemische und maschinelle Prozesse in ihre Bestandteile zerlegt, separiert und die Halbleiterrohstoffe letztlich zurückgewonnen werden. Der energieintensiv hergestellte Teil der Solarzellen (Silizium) kann vier- bis fünfmal wiederverwertet werden.

Recycling von Solarmodulen

Quelle: „Recycling von Solarmodulen – Potenzial und Anspruch eines zukünftigen Stoffstroms“, PV-Cycle-Studie 2007

Die Gewinnung von Lithium in Südamerika geht sehr zulasten der Umwelt.

Der Energieverbrauch für die Herstellung von Solarzellen aus Recyclingmaterialien benötigt weniger als ein Drittel der Energie, die für die Herstellung von Solarzellen aus Primärmaterialien beansprucht wird – aus ökologischer Sicht sind lediglich die verwendeten Ätzlösungen zu bemängeln, da diese teilweise toxisch und somit bei unsachgemäßer Handhabung eine Gefahr für die Umwelt darstellen können. Die Einsparung an Energie und damit auch die Reduktion von Emissionen machen das Recycling umwelttechnisch gesehen sinnvoll. Somit ergibt die Energiebilanz für Herstellung beziehungsweise Recycling von PV-Modulen ganz eindeutige Vorteile für das Recycling.