Photovoltaikmodule sind zentrale Komponenten der erneuerbaren Energien. Sie wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um und leisten einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung.

Ein typisches Solarpanel, auch als Photovoltaikmodul bezeichnet, besteht aus mehreren Schichten: An der Oberfläche schützt eine Glasschicht die darunter liegenden Solarzellen vor Witterungseinflüssen. Solarzellen bestehen meist aus Halbleitermaterialien wie Silizium, das in monokristalliner oder polykristalliner Form vorliegt. Zwischen den Zellen verlaufen elektrische Leiterbahnen, die den Strom sammeln. Auf der Rückseite sorgt meist eine wetterfeste Folie für Schutz, Isolation und Stabilität. Anschlussdosen und Rahmen aus Aluminium vervollständigen das Modul.

Durch Recycling und Wiederverwertung
wird die Umweltbilanz von Solarpanels
deutlich verbessert.

So funktioniert die Energiegewinnung

Solarenergie ist umweltfreundlich, emissionsfrei und erneuerbar. Sie reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, senkt Stromkosten und ermöglicht eine dezentrale Stromerzeugung auf Dächern oder Freiflächen. Photovoltaikmodule sind langlebig, wartungsarm und bieten zuverlässige Stromversorgung.

Trifft Sonnenlicht auf die Halbleiterschicht, werden Elektronen angeregt, wodurch ein Stromfluss entsteht. Mehrere Solarzellen werden in Reihe geschaltet, um nutzbaren Strom zu erzeugen. Der so erhaltene Gleichstrom wird über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und kann ins Hausnetz oder öffentliche Netz eingespeist werden.

Warum Recycling wichtig ist

Die heutigen Solarmodule haben eine Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren. Sie können zwar auch darüber hinaus noch Strom produzieren, jedoch mit einem deutlichen Leistungsverlust, der durch Umwelteinflüsse wie UV-Strahlung und Temperaturschwankungen sowie durch Materialermüdung und elektrische Belastung verursacht wird. Nach zehn Jahren produzieren die Panels typischerweise noch 90 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung, nach 25 Jahren nur noch rund 80 Prozent.

Es gibt viele Gründe, warum alte Solarpanels nicht einfach entsorgt werden sollten. «Durch Recycling und die Wiederverwertung der verschiedenen Materialien wird die Umweltbilanz deutlich verbessert», sagt Meret Amrein, Expertin für das Recycling von Photovoltaikmodulen. «Ausserdem steigt die weltweite Nachfrage exponentiell an und die Ressourcen für die benötigten Materialien, insbesondere Silizium, werden immer knapper.» In 20 bis 30 Jahren dürfte das zu einem grossen Problem führen.

Wiederverwertung von Aluminium und Glas

Während die Alurahmen der Solarpanel relativ einfach mechanisch abgenommen und wiederverwertet werden können, ist das Recycling des Glases, das einen Grossteil der Panels ausmacht, schwieriger. Es handelt sich hier um ein qualitativ erstklassiges und hochtransparentes Glas, das in seiner Herstellung sehr aufwendig ist. Vor dem Einschmelzen wird die Plastikfolie durch Erwärmen vom Glas getrennt; allerdings können noch Rückstände zurückbleiben, die die Qualität des recycelten Glases reduzieren. So muss das Glas «downcycled» werden, das heisst, es kann nur noch für Dinge wie Flaschen oder Glasfaserkabel weiterverwendet werden.

Zurzeit ist adäquates Recyceln meist noch zu teuer und aufwendig – das Downcycling ist normalerweise die einfachere Methode. «Es gibt aktuell Bestrebungen, das Glas in seiner hochreinen Form so zu recyceln, dass es direkt für Solarzellen wiederverwendet werden kann. Die Forschung beschäftigt sich hauptsächlich damit, eine bessere Trennung zwischen dem Glas und den anderen Schichten der Solarzellen zu erreichen», erklärt Meret Amrein.

Optimierung von Solarzellen

Die Solarzellen selbst bestehen heute zu über 95 Prozent aus Silizium. Für die Verwendung in Solarzellen muss das Element eine extrem hohe Reinheit und günstige Kristallstruktur aufweisen. Die entsprechenden beschränkten Vorkommen finden sich grösstenteils in China und der Herstellungsprozess ist enorm energieintensiv, da das Material unter anderem auf bis zu 1000 Grad Celsius erhitzt werden muss.

Neben der bestmöglichen Wiederverwertung des Siliziums, das chemisch oder thermisch aufbereitet in neuen Solarzellen eingesetzt werden kann, wird deshalb auch an der Optimierung von Solarzellen geforscht. Ganz neue Verfahren, wie zum Beispiel der Einsatz von sogenannten Perowskitzellen, sind zukunftsträchtig. Dieses künstlich hergestellte Material orientiert sich an der Kristallstruktur eines natürlichen Minerals und besitzt exzellente Eigenschaften für die Verwendung in Solarzellen, weil es das Sonnenlicht sehr gut absorbiert und daraus Strom mit einer rund 30 Prozent verbesserten Energieeffizienz produziert.

Gute Zukunftsaussichten

Die Forschung zeigt deutliche Fortschritte im Recycling von Solarpanels: «Es gelingt mittlerweile, Materialien mit hoher Reinheit zurückzugewinnen, neue Recyclingverfahren zu etablieren und sogar komplett neue Technologien wie Perowskit-Zellen kreislauffähig zu machen», sagt Meret Amrein. «Ausserdem wird daran gearbeitet, materialsparende Alternativen zu finden, zum Beispiel, indem man sogenannte Tandemzellen, eine Kombination aus Perowskit- und Siliziumzellen, in Dünnschichtsolarzellen verwendet.» Wenn diese Verfahren industrialisiert werden und Kosteneffizienz sowie Technik reifen, kann das Recycling von Photovoltaikmodulen zu einem standardisierten Bestandteil der Kreislaufwirtschaft werden – ein wichtiger Schritt für eine nachhaltige Energiewende.

Foto: ©Solar_Dee karen/AdobeStock