ReSi-Norm

Standardisierung und Normung von Recyclingprozessen für Siliziumsolarmodule

Im Zuge der „Energiewende" sind Photovoltaik (PV)-Module wichtige Energiewandler einer natürlichen und praktisch unendlich verfügbaren Energiequelle. Damit einher geht der Bedarf an hochwertigen Gläsern und kritischen Ressourcen wie den Halbleiterelementen und Edelmetallen. Europa, und im Besonderen Deutschland, verfügt nicht oder nicht ausreichend über strategisch relevante Technologie-Elemente; daher besteht stets eine Abhängigkeit von Preisen, Verfügbarkeiten und geopolitischen Einflussfaktoren. In diesem Zusammenhang gewinnt das Recycling von PV-Modulen an Bedeutung, nicht zuletzt seit dem Inkrafttreten der EU-Richtlinie 2012/19/EU „Waste of Electrical and Electronic Equipment" (WEEE2) in 2012 und des Elektrogesetzes (ElektroG2) in 2015.

Ausgehend vom Stand der Forschung und den betrieblichen Anwendungen wollen die Projektpartner gemeinsam neue Standards für das Recycling von PV-Modulen setzen und dazu State-of-the-Art-Prozesse und Forschungsergebnisse betrachten. Ziel des Projekts ist die Validierung und konsequente Weiterentwicklung bereits bestehender Verfahren und Konzepte von etablierten Recylern (Reiling, SolarWorld usw.) und Forschungseinrichtungen. Besondere Berücksichtigung finden bereits vorliegende Ergebnisse und Erkenntnisse aus aktuell laufenden nationalen oder europäischen Programmen und Entwicklungsaktivitäten wie CABRISS und ELSi. Trotz der guten Ansätze und erzielten Ergebnisse fehlen eine standardisierte Vorgehensweise sowie die Implementierung von Normen für Sammelquoten und vor allem realistische Recyclingquoten für das gesamte Wertstoffpaket eines PV-Moduls. In der Praxis wird weder das PV-Frontglas noch das Si-Halbleitermaterial einem Recyclingprozess zugeführt. Dies soll in ReSi-Norm richtungsweisend für alle zukünftigen Verfahren evaluiert und umgesetzt werden.

Dabei entwickelt die Fraunhofer-Einrichtung IWKS selbst ein Verfahren, das auf einer selektiven Zerkleinerungsmethode basiert und darauf abzielt, chemische und thermische Verfahren erst möglichst weit am Ende der Prozesskette einsetzen zu müssen. Erreichbare Recyclingquoten, Qualität des Output-Materials und mögliche Materialströme sind Grundlage für die nächste Stufe der Standardisierung. Das Verfahren der Fraunhofer-Einrichtung IWKS wird weiterentwickelt, um die erreichbaren Recyclingquoten zu präzisieren und damit einen realistischen Standard zu definieren.

In Deutschland wurden im Zuge der Energiewende umfangreiche Maßnahmen ergriffen, welche vor allem die Nutzung von Sonnenenergie vorantreibt. Dadurch entwickelte sich Deutschland zu einem der bedeutendsten PV-Märkte. Aktuell werden rund 10% des in Deutschland produzierten Stroms durch PV-Anlagen erzeugt. Die Gesamtleistung für 2020 betrug 51,4 TWh, Die Produktion hat sich gegenüber dem Vorjahr um 9,3% erhöht. Diese für die nachhaltige Energiegewinnung positive Entwicklung ist mit einem zukünftig hohen Abfallaufkommen von ausrangierten PV-Modulen verbunden. In diesen Modulen sind sowohl wertvolle als auch toxische Materialien wie Silber, Indium oder Cadmium enthalten, die recycelt werden müssen. Aus diesem Grund ist es von zentraler Bedeutung ausgediente PV-Module nachhaltig zu verwerten und die darin enthaltenen Rohstoffe dem Rohstoffkreislauf zurückzuführen. Um ein sachgerechtes Recycling zu gewährleisten müssen sowohl rechtliche als auch technische Rahmenbedingungen geschaffen werden. Die notwendigen Recyclingtechniken sind für die Entsorgungsunternehmen immer noch eine große Herausforderung und mit hohen Investitionskosten verbunden.

Abbildung 1: Extrapolation der Bundesnetzagentur (BNA). © PSE Projects GmbH 2021

Um ein geordnetes und nachhaltiges Recycling der Photovoltaik Module zu gewährleisten ist es wichtig, dass Rückbau, Bereitstellung sowie Transport der alten Module zur Recyclingstelle geregelt ablaufen. Um sich einen Überblick zu schaffen war es Ziel zunächst den Stand der Technik aufzunehmen. Kleinmengen fallen in der Regel bei der Lagerhaltung kleinerer Installationsbetriebe an, bzw. bei der Montage von kleinen Dachanlagen. Außerdem kommen einzelne Module auch aus Freizeitanwendungen und Kleingartenanlagen. Auf Nachfrage können diese vereinzelt auf lokalen Wertstoffhöfen bzw. bei der Elektroaltgeräteentsorgung abgegeben werden. Viele Kommunen haben dafür aber bislang keine Lösung oder mussten sich noch nicht mit der Thematik auseinandersetzen.

Beim Rückbau von Industriedächern und kleineren bis mittleren Freilandanlagen können auf Grund einer größeren Anzahl an Installationen, bei denen deutliche Degradationen von Rückseitenfolien erkennbar waren, wesentlich mehr Informationen gesammelt werden. In der Regel werden bei diesen Anlagen der Abbau von Fachfirmen durchgeführt, die anschließend wieder neue Module installieren. Die Module werden ordnungsgemäß demontiert, auf Paletten gestapelt und zur Abholung vorbereitet. Die Bereitstellung wird danach einer zugelassenen Entsorgungsfirma gemeldet, die für den Transport und das fachgerechte Recycling zugelassen sind. Da die Module dann schon als Schrott gemeldet sind dürfen sie auch nur von einem zugelassenen Müllfahrzeug transportiert werden. Großanlagen (MW Installationen) sind erst sein einigen wenigen Jahren in Betrieb und deswegen hat hier noch kein nennenswerter Rückbau stattgefunden. Aus diesem Bereich konnten keine auswertbaren Informationen erhalten werden.

Da in den vorliegenden Fällen die Module eindeutig erhebliche Schäden hatten ist eine Weiterverwendung ausgeschlossen. Allerdings werden auch immer wieder komplette Anlagen im Rahmen von „Repowering“ demontiert und durch neue, leistungsstärkere Module ersetzt. In diesen Fällen wäre es von Vorteil die Module nach der Demontage nicht als Abfall zu deklarieren. Es sollte, entweder vor Ort oder an der Anlieferungsstelle zunächst eine Sortierung erfolgen, die gegebenenfalls eine geordnete Wiederverwertung ermöglicht.

Für die Erarbeitung der Normenskizze ist die Gründung eines Ad hoc-Arbeitskreises vorgesehen. Da für das Projekt sowohl das DKE/K 373 „Photovoltaische Solarenergie-Systeme“ und DKE/K 191 „Umweltschutz und Nachhaltigkeit bei Produkten in der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik“ relevant sind, sollte ein Gemeinschaftsarbeitskreis (GAK) mit Experten aus beiden Gremien gegründet werden. Auf der Sitzung des DKE/AK 191.0.6 Anfang des Jahres 2022 wurde die Gründung des GAK zwischen dem AK 191.0.6 und dem K 373 befürwortet. In dem GAK sollen die Themen Recycling, Wiederverwertung und Vorbereitung zur Wiederverwertung von Solarmodulen adressiert werden, wobei der Schwerpunkt auf dem Recycling liegen soll. Die DKE-Geschäftsstelle wird nun, vorbehaltlich der Zustimmung des übergeordneten K 191, diesen Arbeitskreis einrichten.

Abbildung 2: Rückbau einer 10 Jahre alten Photovoltaik-Freilandanlage durch GSW. © VDE Renewables 2021