Die Lebensdauer von Photovoltaik-Anlagen liegt zwischen 20 und 30 Jahren. Das bedeutet, dass in den kommenden Jahren eine erste Generation an Systemen ausgemustert wird. Einerseits bringt das neue Herausforderungen für die Abfallentsorgung und Wiederverwertung mit sich. Andererseits sollen auch neue Anlagen so gestaltet sein, dass sie später einfacher recycelt werden können.

Diesen Zielen hat sich das Projekt "PVRe2 – Nachhaltige Photovoltaik" verschrieben. Unterstützt von der Förderagentur FFG arbeiten die Forschungszentren PCCL (Polymer Competence Center Leoben), CTR (Carinthian Tech Research) und OFI Technologie & Innovation mit der Montan-Uni Leoben und einer Reihe von Wirtschaftspartnern zusammen, um gezielt Strategien für Wiederverwertung und Reparatur sowie Konzepte für eine ökologische Optimierung zu erarbeiten.

Bereits im Vorgängerprojekt "Infinity" warf man einen genauen Blick in die PV-Module, etwa um ihre Tauglichkeit für unterschiedliche Klimaregionen zu eruieren.

"Zuerst müssen wir uns um die Altlasten kümmern", betont Projektleiter Gernot Oreski vom PCCL. "Mitte der 2020er-Jahre wird bereits eine massive Anzahl – mehrere Millionen Tonnen – an Photovoltaikmodulen entsorgt werden. Es gibt zwar Ansätze für eine bessere Wiederverwertung, es hat sich aber noch keine Methode auf breiter Basis durchgesetzt."

Elektroschrott und Glasmüll

Bisher werden nicht mehr funktionstüchtige Module als Elektroschrott oder Altglas entsorgt. Das bedeutet zumeist, dass die Module automatisch zerkleinert, Metalle und Glas abgeschieden und auf konventionellem Weg wiederverwertet werden. Der Rest kommt in Müllverbrennungsanlagen.

Einen Ansatzpunkt für eine bessere Wiederverwertung bietet etwa das Glas der PV-Anlagen, betont Oreski. Dieses sei oft mit speziellen Beschichtungen versehen, eisenarm und besonders durchlässig für UV-Strahlung. "PV-Glas ist ein hochwertiges Produkt und zu schade, um es mit Flaschen- und Fensterglas zu vermischen", sagt der Forscher.

Denkbar wäre hier eine Weiterverwendung im ganzen Stück, etwa als Elemente von Gewächshäusern. Letztendlich müsse das Ziel aber sein, einen gesonderten Recyclingprozess zu entwickeln und das PV-Glas also einzuschmelzen, um neues daraus zu machen.

Während das Aluminium des Rahmens problemlos wiederverwertbar ist, bereiten andere Metallanteile in Silberbeschichtungen, Metallisierungspasten oder die Zinn-Blei-Gemische der Lötstellen größere Probleme. Während andere elektronische Produkte längst "bleifei" sind, ist das Schwermetall im Photovoltaik-Bereich noch dezidiert erlaubt, weil Ersatzlösungen technisch vergleichsweise aufwendig ausfallen.

Bessere Nachhaltigkeit

Die Kunststoffe im Modul werden zu Hindernissen für eine einfache Deassemblierung. "In den Modulen ist ein Sammelsurium von Polymeren verbaut, das kaum sauber wiederzuverwerten ist", sagt Oreski. "In den Mehrschichtfolien der Rückseite ist zum Teil Fluor enthalten. Die Kunststoffe zeichnen sich durch Langlebigkeit aus, bei der Verbrennung entsteht aber Flusssäure, das sogar Glas angreift."

Während man etwa versucht, die Werkstoffe durch ihre unterschiedliche Löslichkeit aufzutrennen, will man im Projekt die Erfahrungen mit den Materialien auch nutzen, um künftige PV-Module nachhaltiger zu gestalten. Dazu gehört nicht nur, problematische Stoffe wie Blei oder Fluor möglichst zu ersetzen. "Ein wichtiger Punkt ist, die Verklebungen, die etwa Glas, Rahmen und Anschlussdose zusammenhalten, reversibel zu gestalten", erläutert Oreski. "Dann kann man etwa das Glas zerstörungsfrei entfernen."

Die Kunststoffe könnten so gestaltet sein, dass sie eine bestimmte – über den Einsatzmaxima liegende – Temperatur als Trigger verwenden. Wird sie erreicht, wird eine Reaktion ausgelöst, die die Klebekraft schwächt, erklärt Oreski. "Wichtig ist natürlich, dass eine ökologischere Lösung auch wirtschaftlich ist. Gerade der Photovoltaik-Markt ist heiß umkämpft." Die Erkenntnisse sollen auch in die Etablierung eines eigenen Ökolabels für Photovoltaik einfließen.

Kleiner Kratzer, großer Schaden

Ein Fokus des Projekts liegt auch im Bemühen, die Module möglichst lange im Einsatz zu halten. Strategien für Wartung und Reparatur werden entwickelt, Ansätze für besser reparaturfähige Module erarbeitet.

"Studien zeigen, dass etwa 75 Prozent der Module vollkommen fehlerlos sind. Etwa zehn Prozent zeigen Fehler in der Elektrik, weitere zehn in den Kunststoffen", erklärt Lukas Neumaier, der am CTR mit dem Projekt beschäftigt ist. "Das heißt nicht, dass die Module deswegen funktionsuntüchtig sind. Aber auch durch kleine Kratzer kann mit der Zeit Wasser eindringen und Schaden entstehen."

Die Forscher verfolgen mit regelmäßigen Untersuchungen einer in Betrieb befindlichen Anlage, wie sich Schäden entwickeln und welchen Einfluss etwa verschiedene Witterungsverhältnisse haben.

"Es könnte sein, dass durch Feuchte regelmäßig ein Wechselrichter ausfällt und unbemerkt Einbußen entstehen", so der Forscher. In der Folge sollen Wartungs- und Reparaturprozeduren entwickelt werden, um der Entstehung größerer Probleme entgegenzuwirken.

Dabei setzt Neumaier auf neue Technologien, die etwa das Wiederherstellen von Kontaktstellen von außen erlauben: "Möglich wäre, mittels Laser Verbindungen durch das Glas hindurch zu reparieren", sagt der Forscher. "Solche Dinge wollen wir testen." (Alois Pumhösel, 11.2.2019)