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3 | 2013

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TECHNIK UND MANAGEMENT

TECHNIK UND MANAGEMENT Abfall/Recycling Photovoltaik-Module: Bedarf und Recycling Im Jahr 2011 wurden 21 Gigawatt (GW) elektrischer Leistung mit Photovoltaik (PV)-Zellen in Europa (EU-27) zusätzlich installiert. Die Ausbaugeschwindigkeit wird daran deutlich, dass die kumulierte Leistung inEuropa damit auf 50 GW anstieg und nun über etwa 75 Prozent der gesamten globalen Kapazität verfügt. Alleine inDeutschland betrug die PV-Kapazität Ende 2011 gut 24,8 GW. Angesichts des abzusehenden Rohstoffmangels und der begrenzten Lebensdauer ist eine übergreifende Strategie für das Recycling der PV-Module nötig. Dr. Henning Friege und Dr. Beate Kummer Die Module sind für eine Lebensdauervon mindestens 10 bis15Jahren ausgelegt, können aber auch 25 Jahre verwendet werden, wobei der Wirkungsgrad der Solarzellen über diesen Zeitraum um etwa 20 Prozent abnimmt. Entsprechende Leistungsgarantien werden von den meisten Modulherstellern gegeben. PV-Zellen bestehen zumindest zu75Prozent aus Glas und zu etwa 10 Prozent aus Aluminium. Die für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom benötigten Halbleiter machen nur einen geringen Gewichtsanteil aus (siehe Tabelle 1). Grundsätzlich werden folgende Typen von Solarzellen auf Grund ihres Basis-Halbleiters unterschieden: 7 MonokristallinesSilizium, 7 PolykristallinesSilizium, 7 Amorphes Silizium, 7 Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) – Cu[In]Se 2, 7 Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) –Cu[In,Ga]Se 2 und 7 Cadmiumtellurid (CdTe). Für die Silizium-Zellen gilt ein genereller Trend zu dünneren Silizium (Si)-Wafern bei gleich bleibender oder gesteigerter Energieausbeute. Bei den drei zuletzt genanntenTypenhandelt es sichumDünnschichtmodule,die in der Herstellung deutlich billiger sind als kristalline Module, aber im Betrieb einenschlechterenWirkungsgrad zeigen. Die monokristallinen Module erreichen bis über 20 Prozent Energieausbeute, während es bei den Dünnschichtmodule maximal 13 Prozent sind. Hierbei sind die CdTe-Zellen am effizientesten, bleiben aber weit hinter den Zellen aus kristallinem Sizurück. Die wesentlich wirkungsvolleren Galliumarsenid-PV-Zellen spielen wegenihrer hohenKosten nur bei kleinflächigen Anwendungen eine Rolle Die vielfältige Entwicklung von organischerElektronik schlägtsichauchim PV-Sektornieder: 7 PV-Zellen auf Basis organischer Farbstoffe arbeiten mit Nano-Titan(IV)- Oxid (TiO 2 )als Halbleiterund Litiumjodid (LiJ) als Elektrolyten (DSSC-Module). Sie erreichen inder Praxis 8bis 9 Prozent Wirkungsgrad. 7 Polymere Halbleiter mit einem Wirkungsgrad von 3bis 5Prozent werden als mobile Ladegeräte (etwa für PC-Tragetaschen) eingesetzt. 7 Halbleiter auf Basis kleinerer organischer Moleküle befinden sich noch im Entwicklungsstadium (zum Beispiel Heliatek, Dresden). Die organischen PV-Module sind so dünn und flexibel,dass sie in Form von Rollen hergestellt werden können. Damit ergeben sichAnwendungsbereiche, die den anorganischen PV-Modulen verschlossen sind, etwa der Einsatz auf statischansonstennicht geeignetenDächern, die Verwendung in Fassadenele- 46 UmweltMagazin März 2013

menten beziehungsweise als dünne Schicht in mehrfach verglasten Fenstern.Ein großer Nachteil istdie nochgeringe Haltbarkeit von drei bis fünf Jahren. Bewertungskriterien für PV-Module imNachhaltigkeitsdreieck Es gibt einen breiten gesellschaftlichen Konsens, dass Stromerzeugung aus Sonnenlicht eine immerwichtigere Rolle spielen soll. PV-Module auf Dächern oder Freiflächen sind ein essenzieller Bestandteil der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien. Neben der umstrittenen hohen Subventionierung gefährdetein einseitigerund zu schnellerAusbauder Photovoltaik die jederzeit sichere Stromversorgung in Folge wetterabhängigerErzeugungund schwer zu steuernder dezentraler Einspeisungen ins Stromnetz. Der für die Einspeisung und Konstanthaltung derFrequenznotwendige Netzausbau beziehungsweise -umbau isterheblichund auchinseiner Akzeptanz noch nicht geklärt. Auf der Basis der Grundregeln einesnachhaltig zukunftsverträglichen Stoffstrommanagements [1]gilt es,ökologische, wirtschaftliche und soziale Ziele zuformulieren, Prioritäten zu setzen undgegebenenfalls gegeneinander abzuwägen (sieheTabelle 2). Die Prioritätensetzung und Abwägung vonZielkonflikten muss auf einer detaillierten Erhebung von Daten und Fakten erfolgen und bedarf eines Dialogs der beteiligten Akteure. Dazu zählen neben dem Gesetz- und Verordnungsgeber die Rohstoffproduzenten, die Hersteller von Teilen, die Hersteller kompletter PV-Anlagen, Installationsunternehmen, Genehmigungsbehörden, Eigentümer der Standorte, Energieerzeuger, Netzbetreiber, Private Bauherren, Entsorgungsunternehmen und Recycler. Effizienzsteigerung Zwischen den drei Dimensionen bestehen hinsichtlich einzelner Ziele sowohl Synergien wie auch Konflikte. Einige Synergien lassen sich leicht erkennen: Eine hohe Effizienz der Energieumwandlung in PV-Zellen verbessert die Ertragssituation über die gesamte Stoff kristallines Silizium amorphes Silizium CIS CdTe Glas 74 90 85 95 Aluminium 10 10 12

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