Solarmodul - Funktionsweise und Recycling von Solarmodulen

Im Bereich der Photovoltaik werden Solarmodule eingesetzt, um die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umzuwandeln. Die Module sind aus Solarzellen zusammengesetzt und werden für Photovoltaikanlagen genutzt. Synonym für das Solarmodul werden oft die Begriffe Photovoltaikmodul, PV-Modul, Photovoltaik-Panel und Solarpanel verwendet. In einem Solarmodul sind einzelne Solarzellen oder Dünnschichtsolarzellen mechanisch und elektronisch zu einem sogenannten Array verschaltet. Solarpanels sind wasserdicht beschichtet und in der Regel durch eine Glas- oder Kunststoffoberfläche auf der Vorder- und Rückseite geschützt. Bei einem Photovoltaik-Panel liefert jede einzelne integrierte Solarzelle einen Beitrag zur Stromerzeugung. Die Solarzellen eines Moduls sind elektrisch in Reihe geschaltet, woraus ein geschlossener Stromkreislauf resultiert. Parallel zu jeder Solarzelle ist eine Bypass-Diode geschaltet, die greift, wenn eine Zelle im Schatten liegt oder verschmutzt ist, so dass der Stromfluss insgesamt in diesen Fällen nicht beeinträchtigt ist. Die Solarzellen werden mit Hilfe eines Rahmens aus Aluminium oder rostfreien Metall zu Panels beziehungsweise Modulen vereint.1 Glassolarmodule sind bisher die Regel, jedoch sind sie für Leichtbaudächer nicht geeignet. Aus diesem Grund wurden in China Solarmodule entwickelt, die ohne Glas auskommen. Diese neuartigen Photovoltaik-Panels tragen den Namen „eArche“-Module, sie sind nicht nur leichter, sondern auch viel dünner als herkömmliche Solarmodule, weisen aber die gleiche Witterungsbeständigkeit und eine ebenso hohe Leistung auf wie Standardpanels mit kristallinen Siliziumzellen. Vor allem für Industrie- und Gewerbegebäude, die eine große Dachfläche haben, aber von ihrer Statik her nicht für Solarpanels aus Glas ausgelegt sind, bringt diese Entwicklung Vorteile mit sich, da mit diesen ein Großteil des benötigten Stroms in Zukunft über die Photovoltaik gedeckt werden könnte. Die ultraleichten Solarmodule kommen auf ein Gewicht von dreieinhalb bis fünf Kilogramm pro Quadratmeter und sind damit bis zu 15 kg/m² leichter als herkömmliche Photovoltaik-Panels. Das stark reduzierte Gewicht ergibt sich aus der Verwendung von Kompositmaterialien anstelle von Glas auf der Fronseite eines Solarmoduls. Ein Solarpanel dieser Bauart ist nur rund zwei Millimeter dick. Bei der Anbringung auf Dächern entfällt zudem die Installation einer schweren Unterkonstruktion. Dies bringt die Vorteile mit sich, dass das Dach im Rahmen einer Anbringung nicht beschädigt werden muss und dessen Wasserundurchlässigkeit erhalten bleibt. Für die leichten PV-Module werden auf Silizium basierende Solarzellen verwendet, Polymermaterialien schützen Vorder- und Rückseite, die Seiten sind mit wasserdichten Polymerverbundwerkstoffen laminiert, so dass die Solarpanels witterungsbeständig und langlebig sind.2

Entsorgung und Recycling von Photovoltaik-Panels

Solarmodule, die zur Stromerzeugung dienen, enthalten Wertstoffe, die recycelt werden sollten, sowie toxische Stoffe, die nicht über den normalen Müll entsorgt werden dürfen. Ausgediente oder alte Photovoltaik-Panels, die ausgetauscht werden sollen, müssen deshalb Sammelstellen zugeführt werden. Das im Jahr 2015 novellierte Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) regelt die Rückgabe, Sammlung und Entsorgung von alten Solarmodulen. Des Weiteren sind beim Abbau Sicherheitsregeln zu beachten, da auch bei abgebauten Photovoltaik-Panels durch Lichteinfall eine elektrische Spannung auftreten kann. Zu unterscheiden ist zwischen Solarpanels aus privaten Haushalten und PV-Modulen, die nicht ausschließlich von Privathaushalten genutzt werden und die als Dual-Use-Module bezeichnet werden. Alte Solarmodule aus privaten Haushalten können kostenfrei bei Sammelstellen von öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträgern sowie bei Rücknahmestellen von Herstellern beziehungsweise Vertreibern und von diesen beauftragten Dritten abgegeben werden. Auch eine Abholung durch die Entsorgungsträger ist möglich, für diese Dienstleistung kann ein Entgelt fällig werden. Dual-Use-Module, die vor dem 24.10.2015 in Verkehr gebracht wurden, müssen durch den Besitzer oder die Besitzerin sachgerecht entsorgt werden. Solarmodule von anderen Nutzerinnen oder Nutzern als Privathaushalten, die nach diesem Datum in Verkehr gebracht wurden, müssen vom Hersteller beziehungsweise den von ihm Bevollmächtigten zurückgenommen werden. Aus Sicherheitsgründen sollten alte Solarpanels möglichst vollständig und unbeschädigt abgegeben werden, Modulkabel sollten sicher mit Klebeband befestigt werden. Mechanische Modulbefestigungen sind zu entfernen, ungerahmte Solarpanels sollten mit einen Kantenschutz, zum Beispiel aus Pappe, versehen werden. Bei bifacialen Solarmodulen sollte die dem Licht zugewandte Seite mit Klebeband abgeklebt werden. Rücknahmestellen sammeln unterschiedliche Photovaltaik-Panels in verschiedenen Behältern, die Anweisungen beziehungsweise Angaben der Rücknahmestellen müssen beachtet werden.3 Für private Haushalte ist die Entsorgung von Photovoltaik-Panels also kostenlos, können Bestandteile noch für das Recycling genutzt werden, sind sie sogar noch ein wenig Geld wert, pro brauchbarem Solarmodul kann mit einem Erlös von 20 bis 40 Euro gerechnet werden, wenn Sie an einer entsprechenden Recyclingstelle abgegeben werden.4 Gerade das in Solarmodulen verwendete Silizium ist ein hochwertiges Produkt, das recycelt werden sollte. Eine Möglichkeit, dieses zu nutzen, besteht darin, es aus alten Photovoltaik-Panels zu extrahieren und es in Nanosilizium umzuwandeln, um es für Lithium-Ionen-Batterien zu nutzen.5

Innovative Nutzung von Solarpanels

Nicht nur Hausbesitzer können die Vorteile von Solarmodulen für sich nutzen. Inzwischen gibt es Solaranlagen im Miniformat, die einfach auf dem Balkon oder der Terrasse installiert werden können.6 Auf Stromerzeugung mittels Photovoltaik setzen immer mehr Unternehmen, so hat zum Beispiel der Europa-Park in Rust die überdachten Parkplatzflächen des neuen Themenbereichs Rulantica mit 3000 Solarmodulen ausgestattet. Erwartet wird eine Jahresleistung von etwa 1,1 Mio. kW/h, mit dieser Menge an Strom könnten 300 bis 400 Haushalte komplett versorgt werden. Die Solarmodule dienen aber nicht nur der Stromversorgung, zugleich bilden sie Carports für rund 400 Autos.7 Innovativ ist auch der Bau von Solarpanels über landwirtschaftlich genutzten Feldern. Eine Stelzenkonstruktion für Solarmodule macht dies möglich. Bisher gibt es erst wenige Versuchsfelder in Deutschland, die Ergebnisse sind jedoch vielversprechend. Der Ernteertrag fällt nur unwesentlich geringer aus, dafür können Landwirtinnen und Landwirte durch die Stromerzeugung weitere Gewinne einfahren. Die Solarpanels über dem Feld sind in heißen Sommern sogar vorteilhaft für die Pflanzen, da sie Schatten spenden. Bemerkenswert ist die Agro-Photovoltaikanlage, die in China am Rand der Wüste Gobi errichtet wurde, denn erst durch deren Installation wurde die Fläche landwirtschaftlich nutzbar. In puncto Förderung hinkt Deutschland bei den innovativen Agro-Photovoltaikanlagen allerdings hinterher, die zukunftsweisende Technik erfährt in China und anderen Ländern mehr Unterstützung als hierzulande.8

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