Zielsetzung: Die Solarenergie ist neben der Windenergie eine der Hauptsäulen der Energiewende. Damit die Klimaziele erreicht werden, ist es notwendig die Solarindustrie weltweit massiv zu skalieren. Pierre Verlinden, einer der weltweit führendsten Solarexperten, äußert sich dazu 2020 im Journal of Renewable and Sustainable Energie wie folgt: “The [PV] industry has demonstrated that it is capable to grow at a very high rate and to continuously reduce the cost of manufacturing. There are no challenges related to the technology, manufacturing cost, or sustainability, except for the consumption of silver, which needs to be reduced by at least a factor of 4 […].” Silber ist die einzige kritische Ressource in der Solarzellenproduktion. Derzeit werden bereits weltweit ca. 17 % des jährlich in Minen abgebauten Silbers für die Solarzellenfertigung beansprucht. Gleichzeitig wächst die Fertigungskapazität für Solarzellen exponentiell um 20 - 30 % pro Jahr. Ohne technologische Innovation würde die Solarindustrie bereits im Jahr 2030 das gesamte weltweit verfügbare Silber aus dem Bergbau nachfragen. Es versteht sich von selbst, dass dies kein tragfähiges Szenario ist, zumal auch andere Zukunftstechnologien, wie die Elektromobilität, einen zunehmend hohen Silberbedarf anmelden. Expert*innen sind sich einig, dass die Versorgung der Solarindustrie mit Silber für die elektrischen Kontakte der Solarzellen bereits in 2 - 4 Jahren das größte Problem für das nötige Wachstum der Solarindustrie sein wird und somit auch zum Flaschenhals für die gesamte Energiewende wird. Das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, PV2+, hat eine patentierte Galvaniktechnologie entwickelt, die es Solarzellenherstellern erlaubt mithilfe eines speziell entwickelten Elektrolyten, in Solarzellenkontakten Silber durch Kupfer zu substituieren. Dies ermöglicht die Skalierung der Solarindustrie und löst somit eine der zentralen Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit. Fazit: Das Förderprojekt PV2+ verfolgte das Ziel, Silber durch Kupfer in Solarzellenkontakten zu ersetzen, um Kosten zu senken, die Rohstoffabhängigkeit zu verringern und die ökologische Nachhaltigkeit der Photovoltaikbranche zu stärken. Die gewählte technische Vorgehensweise erwies sich als sehr erfolgreich: Prozesse wie Sputtern und Laserablation wurden optimiert und auf Industrieanlagen übertragen, eine neue Galvanikanlage ermöglichte die homogene Kupferabscheidung auf über 500 Zellen bei stabilisiertem Elektrolyt. Der Proof of Concept wurde durch bessere Zellleistungen auf Industriewafern und einem ROI < 1 Jahr erbracht. Auch erste Umsätze durch Kundenbemusterungen bestätigen den Marktbedarf. Strategisch war eine Kurskorrektur nötig: Aufgrund des Rückgangs der europäischen Solarindustrie wurde der Fokus erfolgreich auf Asien und die USA sowie auf eigene pilotähnliche Demoproduktion verlagert. Diese Neuausrichtung erwies sich als essenziell für Markteintritt und Skalierung. Alternative technische Ansätze wie Kupfer-Nanopartikel oder Polymermasken wurden geprüft, boten jedoch keine vergleichbare Leistung, Wirtschaftlichkeit oder Umweltbilanz wie das patentierte Galvanikverfahren von PV2+. Die zentrale alternative Idee war daher nicht technologischer, sondern strategischer Natur und sie trug maßgeblich zur Zielerreichung bei.
Zentrales Ziel des Gesamtvorhabens ist es nachhaltige Solarmodule zu entwickeln, welche die geplante EU-Verordnung zum Ökodesgin und zum Energielabel überdurchschnittlich erfüllen. Thematische Schwerpunkte zur Optimierung im Projekt sind (1) Recyclebarkeit, (2) Material- und Energieverbrauch, (3) Vermeidung umweltbedenklicher Stoffe, (4) Reparierbarkeit, (5) Ertrag und Zuverlässigkeit. Das vorgeschlagene Teilprojekt von SOLARWATT befasst sich mit der praktischen Umsetzung von Optimierungsmöglichkeiten, die im Rahmen des Gesamtprojektes erarbeitet werden. SOLARWATT wird gemeinsam mit den Partnern im Forschungsverbundvorhaben theoretische und experimentelle Fragestellungen bezüglich BOM, Verbindungstechnik und Moduldesign bearbeiten mit der Zielsetzung eine Optimierung bzgl. eines oder mehrere Schwerpunkte (1-5) zu erfüllen. Hierzu wird SOLARWATT im Rahmen des Teilprojektes durch Fertigung und Erprobung von Modul Prototypen beitragen. Ziel ist es innerhalb des Projektes Vorentscheidungen bzgl. BOM, Layout und Fertigungstechnologie zu erarbeiten, die nachfolgend eine risikoarme Überführung in eine Serienproduktion ermöglichen. Hierzu werden die vorgeschlagenen Optimierungen bezüglich Ihrer Eignung für SOLARWATT bezgl. Fertigbarkeit, Qualität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit unterworfen. Es wird innerhalb des Teilprojektes bewertet welche technischen Lösungen die größte Aussicht haben zu einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der SOLARWATT Produkte beizutragen.
Mit diesem Teilprojekt soll die Glasmanufaktur Brandenburg sich auf die kommende Einstufung gemäß der Ökodesign-Richtlinie vorbereiten, welche den produktrelevanten CO2-Ausstoß und die Verwendung umweltschädlicher Materialien bewertet. Das Solarglas ist für Herstellung von Solarmodulen ein wichtiger Bestandteil, somit hat das Glas einen erheblichen Anteil bei der Bewertung gemäß der Ökodesign-Richtlinie. Folglich sind die Ziele im Projekt für die Aspekte Energieverbrauch, Recycling und Vermeidung von umweltschädlichen Materialien in der Glasproduktion in den entsprechenden Arbeitspaketen aufgegriffen. Die Energieeinsparung und die Wiederverwertbarkeit sollen mit der Verwendung von Sekundärrohstoffen aus dem Recycling und der Dickenreduzierung erreicht werden. Die Vermeidung umweltschädlicher Materialien betrifft die Gemengekomponente Antimon, welche reduziert oder ersetzt werden soll, ohne die Produkteigenschaften zu verlieren. Diese Arbeiten werden durch die Ertragsverbesserungen bei geringerer Degradation flankiert.
Im Rahmen des Verbundvorhabens 'GreenSolarModules' befasst sich das Teilvorhaben mit der Fragestellung, inwiefern der Material- und Energieverbrauch für die Herstellung von Solarmodulen signifikant reduziert werden kann. Das Teilprojekt verfolgt zur Unterstützung des Gesamtvorhabens mehrere innovative Ansätze zur primärseitigen Einsparung von Rohstoffen und Energie: - Erstmalig wird chemisch-thermisch behandeltes Solarglas für die Erhöhung der Biegebruchfestigkeit industriell angewendet. - Unter Federführung der EXXERGY GmbH entwickelt das Konsortium eine Beschichtungsapplikation für Solarglas, mit dem die mechanische Festigkeit von Glas so signifikant erhöht werden kann, dass die zur geforderten Bruchlast notwendige Glasdicke entsprechend reduziert werden kann. Dabei soll die Glasbeschichtung möglichst geringe Transmissionsverluste aufweisen. In diesem Teilprojekt werden Konzepte zur Verringerung des CO2eg-Fußabdrucks sowie einer signifikanten Reduktion des Rohstoffbedarfs der wesentlichen Gewichts-Komponenten von Solarmodulen über eine Verringerung des Material- und Energieverbrauchs entwickelt. Damit zielt dieses Teilprojekt umfassend auf eine Senkung der Treibhausgasemission bei der Herstellung der für Solarmodule benötigten Materialien ab. Darüber hinaus wird EXXERGY zum Thema technisches Rating von Solarmodulen ihre Expertise mit einbringen, dies schließt das Thema Energy Rating mit ein.
Das Teilvorhaben befasst sich mit der Konzipierung eines recyclingfähigen und reparierbaren Solarmoduldesigns. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung von alternativen Einkapselungsmaterialien, Rückseitenfolien und einem entfernbarem 'potting-Material' in der Anschlussdose sowie der Verringerung des Material- und Energieeinsatzes im Herstellungsprozess. Außerdem befasst sich das Teilvorhaben mit der Aufarbeitung, Dissemination und dem Transfer der gewonnen Projektergebnisse. Im Hinblick auf die Senkung des Material- und Energieeinsatzes werden am Markt gegenwärtige Solarmoduldesigns untersucht. Insbesondere erfolgt eine Materialeinsatzoptimierung (Verringerung des Aluminiums und Glasbedarfs) unter Berücksichtigung der Modulbefestigung, der Rahmenausbildung und der Glasauswahl. Außerdem werden alternative Materialien als Grundlage für die eingesetzten Modulkomponenten ausgewählt. Ein weiterer Schwerpunkt stellen die Herstellungsrouten im Hinblick auf Umweltauswirkungen dar. Es wird eine Bewertung der Modulkonzepte, Modulmaterialien und Recyclingverfahren mit einer umfassenden Lebenszyklusanalyse (LCA) in Ecoinvest vorgenommen. Ein weiteres Ziel ist es, die Reparierbarkeit von Solarmodulen zu ermöglichen und dadurch die Ausfallwahrscheinlichkeit im Schadensfall zu verringern. Dafür sollen die Zelltopologie und Modulkomponenten wie die Anschlussdose untersucht und Konzepte zur Entfernung des Potting-Materials entwickelt werden, die einen Austausch der Bypass-Diode ermöglichen. Zusätzlich stehen der Austausch der Stecker und der Anschlussdose im Fokus des Teilvorhabens. Schließlich werden Strategien und Konzepte zur gesellschaftlichen Einbindung und zur Erzeugung von Handlungsbereitschaft entwickelt. Weiterhin erfolgt eine Erstellung von Konzepten zur Förderung der Marktakzeptanz für eventuell auftretenden Mehrkosten durch Verbesserungen im Ökodesign.
Bislang ist die Kaufentscheidung bei Solarmodulen überwiegend preisgetrieben. Bewertungskriterien wie die Recyclingfähigkeit, die CO2-Emission bei der Herstellung oder die Vermeidung umweltbedenklicher Stoffe spielen eine untergeordnete Rolle bei der Kaufentscheidung. Aus diesem Grund wird auf EU-Ebene eine Ökodesign-Verordnung mit einem dazugehörigen Energielabel für Solarmodule vorbereitet, die 2023 in Kraft treten soll. Der Kunde soll Informationen zur Nachhaltigkeit des Solarmodules erhalten. Darüber hinaus sollen Solarmodule vom Markt ferngehalten werden, die gewisse Grenzwerte überschreiten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, nachhaltige Solarmodule, Herstellungs- und Recyclingverfahren zu entwickeln und im Produktionsmaßstab zu demonstrieren, die die geplante EU-Verordnung zum Ökodesgin und Energielabel überdurchschnittlich erfüllen. Insbesondere werden die folgenden Nachhaltigkeitsmerkmale entwickelt: (1) Recyclebarkeit und Einsatz von Sekundärrohstoffen, (2) geringer Material- und Energieverbrauch bei der Modulherstellung, (3) Vermeidung umweltbedenklichen Stoffe, (4) Reparierbarkeit des Solarmoduls, (5) Erhöhung des Jahresenergieertrages und der Modulzuverlässigkeit (Degradationsrate, Lebensdauer, Ausfall). Die Material- und Solarmodulentwicklungen werden ganzheitlich mit einer Lebenszyklusanalyse bewertet. Als Ziel gilt es, einen CO2-Fußabdruck von unter 20 g CO2eg/kWh zu erreichen und Konzepte aufzuzeigen, die den Bedarf an Blei, Antimon und Fluor im Modul bei gleichbleibenden Kosten eliminieren, das Recycling als Sekundärrohstoff ermöglichen, die Reparatur der Bypass-Dioden erlauben und eine geringe Degradation und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Bislang ist die Kaufentscheidung bei Solarmodulen überwiegend preisgetrieben. Bewertungskriterien wie die Recyclingfähigkeit, die CO2-Emission bei der Herstellung oder die Vermeidung umweltbedenklicher Stoffe spielen eine untergeordnete Rolle bei der Kaufentscheidung. Aus diesem Grund wird auf EU-Ebene eine Ökodesign-Verordnung mit einem dazugehörigen Energielabel für Solarmodule vorbereitet, die 2023 in Kraft treten soll. Der Kunde soll Informationen zur Nachhaltigkeit des Solarmodules erhalten. Darüber hinaus sollen Solarmodule vom Markt ferngehalten werden, die gewisse Grenzwerte überschreiten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, nachhaltige Solarmodule, Herstellungs- und Recyclingverfahren zu entwickeln und im Produktionsmaßstab zu demonstrieren, die die geplante EU-Verordnung zum Ökodesgin und Energielabel überdurchschnittlich erfüllen. Insbesondere werden die folgenden Nachhaltigkeitsmerkmale entwickelt: (1) Recyclebarkeit und Einsatz von Sekundärrohstoffen, (2) geringer Material- und Energieverbrauch bei der Modulherstellung, (3) Vermeidung umweltbedenklichen Stoffe, (4) Reparierbarkeit des Solarmoduls, (5) Erhöhung des Jahresenergieertrages und der Modulzuverlässigkeit (Degradationsrate, Lebensdauer, Ausfall). Die Material- und Solarmodulentwicklungen werden ganzheitlich mit einer Lebenszyklusanalyse bewertet. Als Ziel gilt es, einen CO2-Fußabdruck von unter 20 g CO2eg/kWh zu erreichen und Konzepte aufzuzeigen, die den Bedarf an Blei, Antimon und Fluor im Modul bei gleichbleibenden Kosten eliminieren, das Recycling als Sekundärrohstoff ermöglichen, die Reparatur der Bypass-Dioden erlauben und eine geringe Degradation und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Das Forschungsprojekt RENEW konzentriert sich auf die technische und ökonomische Konzeption von einem Gebrauchtmarkt für Photovoltaikmodule. Hierzu soll ein zuverlässiger und umfangreicher Qualifikationsprozess für gebrauchte Module entwickelt werden, um diese auf ihre Funktionalität und Sicherheit für deren weitere Verwendung zu prüfen. In diesem Zusammenhang soll eine ortsaufgelöste Hochspannungsisolationsprüfung (HV-Isolationsprüfung) die bisherigen Isolationsprüfmethoden ersetzen um damit deutlich zuverlässiger Isolationsfehler an gebrauchten Modulen identifizieren können. Module, welche in der Erstqualifikation einen Defekt aufweisen, sollen, wenn möglich, repariert werden. Die Qualifizierung dieser Reparaturverfahren soll durch Laboruntersuchungen und beschleunigten Alterungstests erfolgen. Aufgrund aktueller Probleme mit schadhaften Polyamid-basierten Rückseitenfolien (RSF) liegt der Fokus hier auf Reparaturlösungen für schadhafte Rückseitenfolien. Weitere Aspekte sind die Umsetzung und Anwendung dieser Methoden und die dazugehörigen Prozesse und schließlich auf die Wiederverwendung der PV-Module im Feld. Ziel des Projektes ist eine zuverlässige Qualifizierung von gebrauchten Photovoltaikmodulen durch eine neue Hochspannungsprüfmethode sowie die Umsetzung von Reparaturmethoden an frühzeitig ausgefallenen Modulen. Damit soll eine möglichst große Menge an Photovoltaikmodulen bis zum Ende ihrer Lebenszeit in Betrieb gehalten und damit eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft in der Photovoltaikbranche in Gang gesetzt werden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 204 |
| Land | 10 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 191 |
| Text | 15 |
| Umweltprüfung | 3 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 21 |
| offen | 194 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 195 |
| Englisch | 57 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 3 |
| Dokument | 12 |
| Keine | 124 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 84 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 74 |
| Lebewesen und Lebensräume | 52 |
| Luft | 58 |
| Mensch und Umwelt | 215 |
| Wasser | 38 |
| Weitere | 207 |