Eine im Auftrag des FNN im VDE erstellte Studie von Ecofys und dem IFK empfiehlt die teilweise Nachrüstung von Solarstromanlagen, um die sogenannte 50,2-Hertz-Problematik zu lösen. Bis zur Einführung einer Übergangsregelung im April 2011 mussten sich Stromerzeuger am Niederspannungsnetz beim Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hertz vom öffentlichen Netz trennen. Würde der seltene Fall einer Überfrequenz mit der heute installierten PV-Leistung eintreten, ginge deren zu diesem Zeitpunkt eingespeiste Leistung schlagartig verloren. Das Nachrüsten älterer Solaranlagen soll für diesen Fall Vorsorge treffen und rund 9 GW installierte Leistung ertüchtigen. Die Studie mit dem vollständigen Titel Auswirkungen eines hohen Anteils dezentraler Erzeugungsanlagen auf die System-/Netzstabilität bei Überfrequenz und Entwicklung von Lösungsvorschlägen zu deren Überwindung wurde von Ecofys und dem Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart verfasst. Auftraggeber sind die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber vertreten durch EnBW Transportnetze AG, der Bundesverband Solarwirtschaft e. V. (BSW-Solar) und das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE/FNN). Die Empfehlungen wurden am 1. September 2011 den Bundesministerien für Umwelt und für Wirtschaft vorgestellt.
Zielsetzung: Für die Energiewende werden zahlreiche Solarmodule produziert und installiert. Die jährliche Abfallmenge von Solarmodulen wird allein in Deutschland für das Jahr 2030 über 150.000 Tonnen (ca. 7,5 Millionen Solarmodule) betragen und steigt in den kommenden Jahren weiter exponentiell an. Gemäß Circusol, einem Konsortium aus 15 Institutionen, ist die Hälfte des Abfallstroms an Solarmodulen für den Wiedereinsatz verwendbar, also 2nd-Life fähig. Aktuell werden diese 2nd-Life fähigen Solarmodule jedoch nicht ausreichend geprüft, sodass sie dem Recycling zugeführt werden. Durch den Einsatz unseres automatisierten und intelligenten Prüfsystems können wir die Solarmodule vor einer frühzeitigen Entsorgung bewahren. Durch die Förderung der Better Sol GmbH durch das DBU Green Startup Programm haben wir die Möglichkeit innerhalb des 24-monatigen Förderzeitraums unseren Teststand zum automatisierten Testen von Solarmodulen zu entwickeln, aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. So können wir erstmalig Testdaten generieren, mithilfe dessen der Machine Learning Algorithmus angelernt und optimiert werden kann. So können wir 2nd-Life Solarmodule mit garantierter Leistung und einer Leistungsprognose zurück in den Markt bringen und das volle Potenzial der Module ausschöpfen. Für den Vertrieb der Solarmodule soll ein Vertriebsprozess und eine Marketingstrategie aufgebaut werden. Dadurch steigt die Sichtbarkeit und die Aufklärung in der Gesellschaft hinsichtlich der Ressourcenverschwendung in der Solarindustrie. Durch die Verlängerung der Lebensdauer von Solarmodulen werden endliche und kritische Ressourcen, wie Silizium oder Silber gespart. Das vermeidet wiederrum CO2-Emissionen und Treibhausgase, da die Module bereits produziert wurden. Die prognostizierte Abfallmenge für 2030 entspricht 150.000 Tonnen an Solarmodulen. Für die Herstellung dieser Module werden 1,2 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente emittiert. Durch die Wiederverwendung kann die Lebensdauer von 50 % der Module verlängert werden, dadurch würden anhand der Zahlen für 2030 ca. 0,6 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente eingespart werden. Mit unseren geprüften, wiederverwendeten 2nd-Life Solarmodulen schaffen wir einen Zugang zu sauberer, bezahlbarer Energie, wodurch nachhaltige Städte und Gemeinden geschaffen werden. Durch unser Angebot fördern wir einen nachhaltigen Konsum und eine nachhaltige Erzeugung von Solarstrom. Gleichzeitig vermeiden wir die Verschwendung von Ressourcen.
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.
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.
Obwohl Photovoltaik (PV) eine nachhaltige Energiequelle ist, liegt der Fokus der Photovoltaikbranche heute eher auf Effizienzsteigerung und Kostensenkung als auf Nachhaltigkeit, Kreislaufwirtschaft, Reparaturfähigkeit und Lebensdauer einzelner Komponenten. Um die Klimaziele zu erreichen, muss die PV-Stromerzeugung in Deutschland deutlich ausgebaut werden. Das Ausbauziel der Bundesregierung bis 2030 liegt aktuell bei 216 GW installierte Leistung, bis 2045 müssen es rund 450 GW sein. Das entspricht einer Menge von ca. 20 Millionen Tonnen installierter PV-Module allein bis 2030. Ausgehend von einem jährlichen Ausschuss von 5 % der Module durch Defekte aber auch Repowering, ergeben sich ca. 1 Millionen Tonnen Elektroschrott pro Jahr. Um eine Kreislaufwirtschaft auch in der PV-Branche zu etablieren, müssen diese PV Modulen möglichst repariert anstatt recycelt werden. Das Forschungsprojekt RENEW setzt hier an. Ziele Teilvorhaben 2ndlifesolar: - Integration einer neuartigen ortsaufgelösten Hochspannungsisolationsprüfung in das bestehende Prüfumfeld zur Prüfung von gebrauchten PV-Modulen - Nutzung der HV-Prüfung zur Bewertung der Raparaturfähigkeit bisher als Abfall anfallender PV-Module - Entwicklung, Erprobung und Qualifizierung von Reparaturverfahren für bisher irreparable PV-Module mit Isolationsdefekten - Qualifizierung von reparierten PV-Modulen im industriellen Maßstab - Reduzierung des Abfallaufkommens an PV-Modulen mit schadhaften polyamidbasierten Rückseitenfolien durch geeignete Reparaturlösungen und die Weiternutzung von frühzeitig ausfallenden PV-Modulen ermöglichen - Begünstigung einer nachhaltige Kreislaufwirtschaft im PV-Bereich
Im vorliegenden Projekt soll die Technologie von SunHydrogen zur photoelektrochemischen Wasserspaltung vom Laboraufbau zu einer Demonstrationsanlage weiter geführt werden, um damit die industrielle Fertigung im 1000 Stück-Maßstab vorzubereiten. Das Projekt zielt auf ein photoelektrochemisches Modul mit einer solar-to-hydrogen-Effizienz von mindestens 10 % und einer aktiven Fläche von etwa 100 cm2 pro Elektrode bei mindestens 12 Elektroden pro Modul. Von dem übergeordneten Ziel leiten sich u.a. Arbeitsinhalte in dem Bereich ‘Messtechnik’ ab, da der Mangel an geeigneter Messtechnik für photoelektrochemische Anwendungen ihre industrielle Umsetzung erschwert. Daher werden die Projektpartner im Bereich ‘Analytik’ Messgeräte und -verfahren entwickeln. Sie verfolgen das Ziel, eine effektive Produktionskontrolle sowie reproduzierbare Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Labor und unter Anwendungsbedingungen zu ermöglichen. Der Projektpartner Wavelabs wird Sonnensimulator-Messsysteme für die Untersuchung von photoelektrochemischen Systemen weiterentwickeln und dabei sowohl die Anwendung im Labor als auch im Rahmen der Produktionskontrolle adressieren. Die technologische Grundlage bilden LED-basierte Systeme für die Photovoltaik-Industrie. Diese können nur mit Einschränkungen für photoelektrochemische Messungen verwendet werden. Entwicklungsarbeiten sind beispielsweise erforderlich, um die zeitliche Stabilität des Spektrums und die spektrale Zusammensetzung des Spektrums an die veränderten Anforderungen anzupassen. Vergleichbare Systeme sind auf dem Markt bislang nicht verfügbar.
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.
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