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Abb. 5: Ablauf der Modulaufbereitung in Freiberg
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Abb. 6: Ausbeute beim Recyclingprozess
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Aufarbeitung

Von der Pilotanlage…

Die Forscher entwickelten ein nachhaltiges Kreislaufsystem für photovoltaische Produkte. Nach der kleinmaßstäblichen Erprobung (2002 – 2005) wurden die Trennverfahren auf die Pilotanlage Freiberg übertragen. Im aktuellen Projekt werden möglichst umweltgerechte Verfahren zur Aufarbeitung von Solarsilizium entwickelt. Dabei geht es einerseits darum, die Toxizität und Umweltschädlichkeit der Ätzlösungen und somit auch die Entsorgungskosten der Restlösungen zu verringern. Andererseits ermöglichen verbesserte Ätzverfahren eine höhere Lichtausbeute und somit einen höheren Wirkungsgrad der neuen Solarzellen.

Das ursprüngliche Recycling-Ziel, unbeschädigte Zellen zurückzugewinnen, wurde aufgegeben, da es auf Grund der heutigen geringen Solarzellendicken (<180 μm) und der starken Vorschädigung der Module nach deren Rückbau und Transport nicht mehr wirtschaftlich ist. Darum gewinnt man Solarzellenbruch, der gereinigt wird, so dass reines Si entsteht. Dieses wird wieder zu multikristallinen Gussblöcken eingeschmolzen, aus denen dann neue Wafer hergestellt werden. Das erspart die aufwendige Gewinnung von Si aus hochreinem Quarz. Diese weltweit erste Pilotanlage zum Recycling aller handelsüblichen Solarmodule läuft seit 2002 und verarbeitet eine große Vielfalt von Solarzellen unterschiedlicher Technologien und Hersteller. In ihr wurden bereits die älteste deutsche sowie die älteste belgische PV-Anlage recycelt.

Mit dem neuen Verfahren werden vor allem Standardmodule mit Solarzellen aus monokristallinem, multikristallinem oder amorphem Silizium verwertet. Die Solarzellen verschiedener Hersteller benötigen eine spezifische, auf ihre Schichtsysteme angepasste Behandlung.

In zwei Prozessstufen trennt die Anlage die Komponenten der Module: In der ersten, thermischen Stufe werden die Kunststoffanteile des Moduls entfernt, Glas und Rahmenteile demontiert und sortenrein recycelt. (Abb. 5) In der zweiten Stufe wurden zuerst nicht nur Bruchsolarzellen, sondern auch ganze Solarzellen wiedergewonnen, zur Wafer-Rückgewinnung wird der Solarzellenaufbau mittels Ätzverfahren entfernt. Es hat sich als wirtschaftlicher erwiesen, Solarsilizium aus Bruchsolarzellen zurückzugewinnen.

Die Pilotanlage arbeitet noch energie- und rohstoffaufwendig, zudem verursachen die manuelle Separation und der niedrige Durchsatz relativ hohe Kosten.

… zum automatisierten Recycling

Bei energieoptimierten automatisierten Anlagen soll die durch den thermischen Prozess und die Materialseparation verursachte Umweltbelastung auf ein Drittel reduziert werden. Großtechnisch wollen die Entwickler annähernd die Ausbeute und Reinheit erzielen, die in der Pilotanlage bei der Aufarbeitung einer belgischen Altanlage („Chevetogne“) erreicht wurde (Abb. 6). Es wird erwartet, dass mit hochwertigeren Endprodukten, höheren Durchsätzen und Recyclingraten kostendeckend oder sogar gewinnbringend gearbeitet werden kann.

Der in der automatischen Anlage gewonnene Si-Bruch wird anschließend eingeschmolzen und zu modernen Solarzellen verarbeitet. Verglichen mit alten Modulen aus den 80er Jahren erreichen die neuen Module sogar einen um 50% höheren Wirkungsgrad.

Ein anderes Verfahren zum Recycling von Dünnschicht-Modulen

Ein anderes Verfahren speziell zum Recycling von CdTe-Dünnschichtsolarmodulen setzt das US-amerikanische PV-Unternehmen First Solar seit Ende der neunziger Jahre ein. Es verarbeitet ganze sowie zerbrochene Module und Produktionsabfälle im selben Prozess. Dabei werden 90% des Glases und 95% des Halbleitermaterials zurückgewonnen. Das Verfahren wird an Standorten in den USA und in Frankfurt an der Oder eingesetzt. Die Module werden in einem Schredder grob zerkleinert und anschließend in einer Hammermühle auf 4 – 5 mm kleine Stücke gemahlen. Dabei wird die Versiegelung der Laminierung aufgebrochen. In einer Edelstahltrommel werden die Halbleiterschichten mit Säure abgelöst. Anschließend werden Feststoffe (Glas und größere Teile der Laminierfolie) abgetrennt. Die metallhaltige Flüssigkeit wird in einem dreistufigen Ausfällungsprozess bei steigenden pH-Werten gereinigt und konzentriert. Aus dem entstandenen Filterkuchen kann wieder Halbleitermaterial für neue Module gewonnen werden.

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Koordination
Sunicon AG

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TU Freiberg, AOC

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