Ecosolar: Solarpanels auf ökologische Weise entwickeln

Eco-Solar Zusammenfassung: Prozessschritte und Auswirkungen

Eco-Solar ist ein Unternehmen, das eine integrierte Wertschöpfungskette zur Herstellung und Implementierung von Solarpanels auf ökologische Weise entwickelt hat. Das Ziel ist dabei die Wiederverwendung von Materialien während der Herstellung sowie die Wiederverwendung von Komponenten von Solarpanelen am Ende ihres Lebenszyklus. Darüber hinaus wird das Projekt zeigen, dass einzelne Panels während ihrer Lebensdauer überwacht werden können, sodass fehlerhafte Panels leicht identifiziert und repariert oder ausgetauscht werden können.

90% aller Solarzellen werden wie folgt hergestellt: Das Siliziumvormaterial wird durch kristallisiert, entweder über die Richtungsgefrier- und Czochralski-Kristallisationsverfahren. Die resultierenden “Ingots” werden zu sehr dünnen Scheiben namens “Wafern” geschnitten. Diese Wafer sind das Grundprinzip für die Solarzellenverarbeitung, die aus dem Siliziumschnitt ein Gerät macht, das in der Lage ist, die Energie der Sonnenstrahlung in Elektrizität umzuwandeln. Wenn mehrere Solarzellen, normalerweise 6 x 10 Zellen, elektrisch verbunden und zusammengepackt werden, entsteht ein Solarpanel, auch Solar-Modul genannt.

Eco-Solar zielt darauf ab, umweltfreundliche Maßnahmen entlang der gesamten Solar-Wertschöpfungskette zu ergreifen.

Subheadings:

Eco-Solar: Ein Unternehmen mit einer integrierten Wertschöpfungskette
Wie werden Solarzellen hergestellt?
Die Mission von Eco-Solar
Reduzierung von Umweltauswirkungen durch Eco-Solar

Einleitung: Eco-Solar hat sich zum Ziel gesetzt, eine integrierte Wertschöpfungskette zur Herstellung und Implementierung von Solarpanels auf ökologische Weise zu entwickeln. Dies bedeutet, dass das Unternehmen Maßnahmen ergreift, um die Auswirkungen auf die Umwelt während der Herstellung und am Ende des Lebenszyklus von Solarpanels zu minimieren. In diesem Artikel werden die Prozessschritte und Auswirkungen von Eco-Solar näher erläutert.

Eco-Solar: Ein Unternehmen mit einer integrierten Wertschöpfungskette Eco-Solar hat eine integrierte Wertschöpfungskette entwickelt, um Solarpanels auf ökologische Weise herzustellen und zu implementieren. Das Unternehmen setzt auf die Wiederverwendung von Materialien während der Herstellung sowie die Wiederverwendung von Komponenten von Solarpanelen am Ende ihres Lebenszyklus. Darüber hinaus hat Eco-Solar ein Monitoring-System entwickelt, um die Leistung von Solarpanels zu überwachen. Auf diese Weise können fehlerhafte Panels leicht identifiziert und repariert oder ausgetauscht werden.

Eco-Solar Zusammenfassung: Schritte des Prozesses und Auswirkungen

Die Vision von Eco-Solar ist es, eine integrierte Wertschöpfungskette zur Herstellung und Implementierung von Solarpanelen auf ökologischste Weise zu schaffen, unter Berücksichtigung von Wiederverwendung von Materialien während der Herstellung und Wiederverwendung von Solarpanel-Komponenten am Ende ihrer Lebensdauer. Darüber hinaus soll das Projekt zeigen, dass während der Lebensdauer eines PV-Felds zur Stromerzeugung durch Solarstrom, einzelne Panels überwacht werden können, so dass defekte Panels leicht identifiziert und repariert oder ausgetauscht werden können.

90% aller Solarmodule werden wie folgt hergestellt: Das Silizium-Feedstock wird kristallisiert, entweder über die Richtungsstarre (DS)- und Czochralski (Cz)-Kristallisationswege. Die daraus resultierenden ‘Ingot’-Stücke werden zu sehr dünnen Scheiben namens ‘Wafern’ geschnitten. Diese Wafer sind das Grundprinzip für die Solarzellenverarbeitung, die die Siliziumscheibe in ein Gerät verwandelt, das in der Lage ist, die Energie des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln. Wenn mehrere Solarzellen, normalerweise 6 x 10 Zellen, elektrisch verbunden und zusammengepackt werden, bilden sie ein Solarpanel, auch als Solarmodul bezeichnet.

Eco-Solar zielt darauf ab, Umweltreduzierungen entlang der Solar-Wertschöpfungskette zu erzielen.

Subheading: Solarpanelherstellung

Eco-Solar verfolgt das Ziel, die Umweltbelastung während der Herstellung von Solarpanels zu minimieren. Die meisten Solarpanels werden aus kristallinem Silizium hergestellt, das durch Kristallisationsprozesse wie die Richtungsstarre (DS)- und Czochralski (Cz)-Kristallisation gewonnen wird. Eco-Solar setzt auf eine Wiederverwendung von Materialien, um Abfall zu minimieren und Energie einzusparen.

Subheading: Solarmodulherstellung

Das Solarmodul ist die Einheit, die die Solarzellen, die Energie erzeugen, in einem einzigen Paket zusammenfasst. Eco-Solar setzt auf ein integriertes Herstellungsverfahren, um den Einsatz von Materialien zu optimieren und Abfall zu reduzieren. Die Herstellung von Solarmodulen erfordert eine sorgfältige Planung und Überwachung, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den hohen Anforderungen entspricht.

Subheading: Überwachung von Solarmodulen

Eco-Solar setzt auf eine ständige Überwachung von Solarmodulen, um sicherzustellen, dass sie effizient arbeiten und maximale Energie produzieren. Indem jedes Panel individuell überwacht wird, können defekte Panels leicht identifiziert und ausgetauscht werden. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer des PV-Feldes zu verlängern und den Energieertrag zu maximieren.

ARGON-RECYCLING UND WIEDERVERWENDBARE KRISTALLISATIONS-SCHMELZTIEGEL: EIN SCHRITT IN RICHTUNG NACHHALTIGKEIT IN DER SOLARINDUSTRIE

Die Solarindustrie hat einen wichtigen Beitrag zur Förderung erneuerbarer Energien geleistet. Um jedoch die Nachhaltigkeit des Prozesses zu verbessern, muss die Industrie ihre Wertschöpfungskette optimieren. Eco-Solar identifiziert im ersten Schritt ihrer Wertschöpfungskette zwei Möglichkeiten, den Kohlenstoff-Fußabdruck signifikant zu reduzieren: das Recycling von Argon-Purge-Gas und die Verwendung von wiederverwendbaren Schmelztiegeln.

Recycling von Argon-Gas während der Kristallisation

Während des Prozesses wird reines Argon-Gas verwendet, um Verunreinigungen zu entfernen. Das ausströmende Argon-Gas besteht typischerweise aus Argon und einigen Verunreinigungen auf der ppm-Ebene, hauptsächlich bestehend aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen. Derzeit wird das Argon-Gas einfach in die Luft abgegeben, obwohl das Recycling von Argon in anderen Industrien bereits Standard ist.

Obwohl Argon in der Atmosphäre der Erde reichlich vorhanden ist (ca. 1% der Masse), gibt es dennoch (ökologische und finanzielle) Kosten für die Produktion von reinem Gas. Zum Beispiel benötigt eine Wafer-Fabrik von NorSun mit einer äquivalenten Leistung von ~350 MWp pro Jahr ~1,4 Millionen Nm3 Argon, was zu einer typischen Rechnung von 0,7-1,4 Millionen EUR pro Jahr führt und 3-5% der Wafer-Kosten ausmacht.

Glücklicherweise hat GR2L eine kostengünstige Technik zur Wiederverwendung von Argon-Gas entwickelt, die einen wiederhergestellten Gasstrom von rund 99,9999 Reinheit liefert. Dieses Verfahren basiert auf einem chemischen Schleifenverbrennungsprozess, um brennbare Arten im Abgasstrom in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln, gefolgt von der effizienten Kohlendioxid- und Wasserrückgewinnung in wiederherstellbaren Reaktorbetten. Ein solches Recyclingsystem wurde in NorSuns Fabrik integriert, das Abgas von 8 Kristallziehern sammelt und recycelt. Erste Ergebnisse von Kristallen, die mit Argon-Recycling gezüchtet wurden, zeigen eine ähnliche Materialleistung wie bei Standardprozessen ohne Recycling. In naher Zukunft werden Solarzellen und -module aus diesem Material hergestellt, um das technologische Potenzial zu bestätigen und für Kunden zu qualifizieren.

Durch das Recycling von Argon-Gas können Einsparungen von über 95% erzielt werden, wie von bifa in einer LCA bewertet.

Bei der Herstellung von kristallinen Solarzellen werden mehrere nasse chemische Ätz- und Reinigungsschritte durchgeführt, die eine negative Auswirkung auf die Umweltbilanz haben. Durch die Reduzierung und Vermeidung bestimmter Chemikalien oder Metalle (z. B. HF, Pb, Ag, Al) und die Verwendung von weniger reinen oder recycelten Chemikalien kann Abfall reduziert und der ökologische Fußabdruck von Solarzellen und -paneelen verbessert werden.

Besonders Silber ist ein wichtiger Bestandteil, da es in den meisten (über 98 %) der derzeit hergestellten Solarzellen verwendet wird und den Metallkontakt liefert, der den Strom aus der Solarzelle “sammelt” und “ableitet”. Dies führt dazu, dass der heutige Silberverbrauch für PV etwa 15 % des Gesamtsilbermarktes beträgt und voraussichtlich weiter rapide wachsen wird.

Im Eco-Solar-Projekt wird ISC-Konstanz mit verschiedenen Solarzellenarchitekturen experimentieren, um den Einsatz von Ag zu minimieren. Darüber hinaus wird durch Apollons Moduldesign ein innovatives Verbindungsverfahren ermöglicht, das das Löten eines Kontaktbandes auf die hinteren Ag-Pads und die vorderen Busbars vermeidet. Nur die kleinen Kontaktfinger auf der Vorderseite sind erforderlich.

Darüber hinaus testen ISC-Konstanz und SoliTek eine alkalische Sägeschadenentfernung und Texturierung, um die derzeitigen Konzentrate aus HF:HNO3 zu ersetzen. Es wird auch eine HF-Reduktion im Reinigungsprozess untersucht. Es werden fortschrittliche Verfahren zur Emitterbildung entwickelt, die eine höhere Durchsatzleistung, Ressourceneffizienz und die Vermeidung der Notwendigkeit zur Entfernung der chemischen Phosphorglas-Schicht (PSG-Entfernung) ermöglichen.

AIMEN wird die Entwicklung fortschrittlicher Laserbehandlungen weiter vorantreiben, um den Abschnitt an den Kanten der Wafer auf einen vernachlässigbaren Bruchteil der gesamten Waferfläche zu minimieren und die nasse Chemie zu vermeiden, die normalerweise verwendet wird, um die Vorder- und Rückseite der Solarzellen zu trennen.

Insgesamt zielen die Innovationen darauf ab, mindestens 60% Silber und fast 90% Chemikalien einzusparen, was von bifa in der LCA bewertet wird.

Wiederverwendung von Wasser während der Zellverarbeitung

Während der Verarbeitung von Wafern zu Solarzellen wird Wasser hauptsächlich zur Reinigung verwendet: Nach jedem chemischen Verarbeitungsschritt werden die Wafer mit deionisiertem, ultrareinem Wasser gespült. Danach ist das Wasser, das in den Abfluss gelangt, oft von höherer Qualität als das aus dem Wasserhahn entnommene Wasser.

Einer der Eckpfeiler des Umweltschutzes in Europa ist der Schutz der Wasserressourcen, der Süß- und Salzwasserökosysteme sowie des Wassers, das wir trinken und in dem wir baden.

Nach der Fertigstellung der Zellen werden sie elektrisch in Serie geschaltet und zu einem Solarpanel zusammengesetzt. Außerdem wird eine Anschlussdose angebracht, die für eine geeignete Stromausgabe sorgt. In der aktuellen Solarpanel-Technologie besteht eine große ökologische Herausforderung darin, dass alle Modulelemente durch Laminierung und Löten miteinander verbunden sind. Das einzige Recyclingpotential besteht in destruktiven Prozessen, die zu minderwertigen Materialien in Form von Granulaten führen. Aktuelle PV-Module enthalten zudem eine Vielzahl an organischen Materialien (EVA für die Einkapselung, PVF in den Rückseitenfolien).

Die NICE-Module von Apollon Solar sind bereits für die Demontage konzipiert. In Eco-Solar wird Apollon sich daher darauf konzentrieren, die Stückliste des Moduls weiter zu reduzieren, indem eine rahmenlose Version des PV-Moduls entwickelt und Elektronik in der Anschlussdose integriert wird, um die Leistung im Feld zu überwachen. Darüber hinaus wird Apollon demonstrieren, dass die Montage der Eco-Solarzellen zu einer vergleichbaren Modulausgabe führt wie bei der aktuellen nicht-umweltfreundlichen state-of-the-art-Modul-Technologie.

Schließlich wird Apollon Solar die Demontage der Module in ihre Hauptkomponenten (Glasplatten, Kupferdrähte, Zellen) demonstrieren, die als Ganzes mit einem hohen Mehrwert und starkem Potenzial für die Wiederverwendung (in der PV- oder anderen Branchen) wiederhergestellt werden können. Die Vorteile der Materialersparnis werden durch die von bifa durchgeführte LCA demonstriert.

Nachhaltigkeit von Rahmenlosen Solarzellen: Reparatur, Recycling und Umweltvorteile

Rahmenlose Solarzellen sind aufgrund ihrer innovativen Montagemethode eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Zellen, da kein Aluminium für den Rahmen benötigt wird. Darüber hinaus können diese Zellen während des Betriebs überwacht werden, um Funktionsstörungen zu erkennen. Am Ende ihrer Lebensdauer können sie repariert oder wiederverwendet werden, was zu Umweltvorteilen führt.

Überwachung während des Betriebs Nach der Montage werden Solarmodule in der Regel auf Feldern oder Dächern installiert. Derzeit ist es schwer zu erkennen, ob ein Modul nach der Herstellung nicht ordnungsgemäß funktioniert oder während des Betriebs seine Funktion einbüßt. Apollons NICE-Modul kann am Ende seiner Lebensdauer geöffnet und in seine Hauptkomponenten zerlegt werden, um Funktionsstörungen zu erkennen. Reparatur wird somit zur nachhaltigsten und wirtschaftlichsten Lösung.

Um eine wirtschaftliche Demontage und Wiederverwendung zu realisieren, werden von Apollon und Ingesea automatisierte Module-Demontage-Equipment entwickelt sowie Diagnosewerkzeuge für die Qualitätsprüfung von Modulkomponenten. Bifa sammelt Daten aus allen Prozessschritten, um die Umweltauswirkungen der geplanten Innovationen zu bewerten. Darüber hinaus unterstützt es Partner bei der Identifizierung von teuren und schwer zu recycelnden Abfallströmen und findet Möglichkeiten, diese Abfallprodukte in der Solar- oder anderen Branchen wiederzuverwenden.

Reparatur und Recycling von Solarzellen am Ende ihrer Lebensdauer Apollons NICE-Modul kann geöffnet werden, um auf seine Komponenten zuzugreifen. Dies ermöglicht möglicherweise eine Reparatur durch den Austausch defekter Komponenten, wenn ein Modul nach der Herstellung nicht ordnungsgemäß funktioniert oder wenn seine Leistung während des Betriebs stark abnimmt. In beiden Fällen wird die Reparatur oder das Recycling zur nachhaltigeren und wirtschaftlichsten Lösung. Um dies zu realisieren, ist die Überwachung von Funktionsstörungen oder Verschlechterungen während der Herstellung oder des Betriebs von entscheidender Bedeutung.

Deshalb wird Apollon im Rahmen des Eco-Solar-Projekts Lösungen zur Überwachung von Modulen während und am Ende der Herstellung sowie in PV-Installationen untersuchen, um defekte oder abbauende Module zu identifizieren. Apollon wird eine Testinstallation von (10 Vollformat) Eco-Solar-Modulen einrichten, um Alterungs- und Degradationsaspekte von Solarmodulen während der Installation zu untersuchen und die technologische Machbarkeit zur Erfassung und zum Recycling von Komponenten am Ende ihres Lebenszyklus zu bewerten, während es in Zusammenarbeit mit Bifa Umwelt- und Wirtschaftsaspekte berücksichtigt.