AUFGABENSTELLUNG
Wie belasten PV-Module die Umwelt? Einen großen Einfluss dabei hat die Technologie der Fertigung von PV-Modulen. Eine Verbesserung in diesem Bereich würde zu einer günstigeren Ökobilanz führen und dadurch die meist relativ hohen Emissionswerte der Photovoltaik im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien vermindern.
Berechnungen zu Material- und Energieersparnis durch Einsatz von Recycling und deren Auswirkungen auf die Ökobilanz von mono- und polykristallinen Modulen sollen in dieser Diplomarbeit durchgeführt werden.
REALISIERUNG
Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit wurde durch die Verfolgung folgender Ziele realisiert:
- Erfassung der wichtigsten Emissionsströme entlang der gesamten Wertschöpfungskette dargestellt durch Berechnungen der CO2-Äquivalente
- Vergleich von Klimabilanzen von PV-Modulen mit und ohne Recycling-Materialien
Alle Berechnungen sind mit GEMIS 4.9 und PV-Sol erfolgt. Die analysierten mono- und polykristallinen Module wurden in Deutschland hergestellt und sind in Wien in Betrieb. Die erwartete Lebensdauer beträgt 30 Jahre.
ERGEBNISSE: Monokristallines PV-Modul
CO2-Fußabdruck ohne Recycling: 56,63 g CO2/kWh
CO2-Fußabdruck mit 50% Recyclinganteil: 52,33 g CO2/kWh
Ersparnis in 30 Jahren: ca. 33 kg CO2 pro Modul
Der CO2-Fußabdruck des monokristallinen Moduls sinkt durch den Einsatz von jeweils 50 % Recycling-Materialien (Glas, Aluminium und Silizium) um 7,6 % im Vergleich zu PV-Module ohne Recycling-Materialien. Dabei fällt der größte Anteil der Treibhausgasemissionen bei der Herstellung der Wafers an.
ERGEBNISSE: Polykristallines PV-Modul
CO2-Fußabdruck ohne Recycling: 48,05 g CO2/kWh
CO2-Fußabdruck mit 50% Recyclinganteil: 43,04 g CO2/kWh
Ersparnis in 30 Jahren: ca. 35 kg CO2 pro Modul
Der CO2-Fußabdruck des polykristallinen Moduls sinkt durch den Einsatz von jeweils 50 % Recycling-Materialien (Glas, Aluminium und Silizium) um 8 % im Vergleich zu PV-Module ohne Recycling-Materialien. Dabei fällt der größte Anteil der Treibhausgasemissionen auch hier bei der Herstellung der Wafers an.
Die Ersparnis bezieht sich jeweils auf den Vergleich von Modulen mit und ohne Recycling. Der Bezug auf die Veränderungen im Strom-Energiemix während der Lebensdauer wurde nicht berücksichtigt.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Abkürzungsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Steigende Abfallmengen
- 1.2 Wertvolle Inhaltsstoffe des PV-Moduls
- 1.3 Ziele
- 2. Methodik - Klimabilanz
- 2.1 Prozesskette eines PV-Moduls
- 3. Durchführung
- 3.1 Funktionelle Einheit und Systemgrenzen
- 3.2 Sachbilanz
- 3.3 Monokristalline Zellen
- 3.3.1 Das Czochralski – Verfahren
- 3.4 Polykristalline Zellen
- 3.4.1 Blockgießverfahren
- 3.5 Szenario 1: Monokristallines Modul, primäre Rohstoffe
- 3.6 Szenario 2: Polykristallines Modul, primäre Rohstoffe
- 3.7 Berechnungen mit Recycling – GEMIS
- 3.7.1 Recycling
- 3.7.2 Gewählte Recyclingverfahren
- 3.8 Szenario 3: Monokristallines Modul, 50 % sekundäre Rohstoffe
- 3.9 Szenario 4: Polykristallines Modul, 50 % sekundäre Rohstoffe
- 4. Ergebnisse und Diskussion
- 4.1 Ergebnisse des monokristallinen Moduls
- 4.1.1 Ergebnisse Szenario 1: Monokristallines Modul, primäre Rohstoffe
- 4.1.2 Ergebnisse Szenario 3 . Monokristallines Modul, 50 % sekundäre Rohstoffe
- 4.2 Ergebnisse des polykristallines Moduls
- 4.2.1 Ergebnisse Szenario 2: Polykristallines Modul, primäre Rohstoffe
- 4.2.2 Ergebnisse Szenario 4 . Polykristallines Modul, 50 % sekundäre Rohstoffe
- 4.3 Auswertung und Interpretation der Ergebnisse
- 4.4 Offene Fragen und Ausblick
- 4.5 Verbesserungen im PV-Recycling
- 4.5.1 PV CYCLE
- 4.1 Ergebnisse des monokristallinen Moduls
- 5. Anhang
- 5.1 Quellen
- 5.2 Abbildungsverzeichnis
- 5.3 Tabellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Diplomarbeit zielt darauf ab, die Auswirkung von Recycling auf die Öko-Bilanz von ausgewählten PV-Modultechnologien zu untersuchen. Dazu werden Klimabilanzen für mono- und polykristalline PV-Module erstellt, wobei jeweils Szenarien mit und ohne Recyclingmaterialien betrachtet werden.
- Die Auswirkungen von Recycling auf die Öko-Bilanz von PV-Modulen
- Vergleich der Klimabilanzen von mono- und polykristallinen PV-Modulen
- Analyse der wichtigsten Emissionsströme entlang der gesamten Wertschöpfungskette
- Bewertung der Auswirkungen von Recyclingmaterialien auf den CO2-Fußabdruck
- Bewertung des Potenzials von Recycling für die Verbesserung der Ökobilanz von PV-Modulen
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
- Kapitel 1: Einleitung
- Steigende Abfallmengen: Die Arbeit erläutert die wachsenden Mengen an PV-Abfall aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Photovoltaik-Anlagen.
- Wertvolle Inhaltsstoffe des PV-Moduls: Die Bedeutung von Recycling zur Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe und zur Reduzierung von Umweltschäden wird hervorgehoben.
- Ziele: Die Arbeit hat das Ziel, die Klimabilanzen von mono- und polykristallinen PV-Modulen mit und ohne Recyclingmaterialien zu vergleichen und die Auswirkungen von Recycling auf die Öko-Bilanz zu untersuchen.
- Kapitel 2: Methodik - Klimabilanz
- Definition der Klimabilanz: Das Konzept der Klimabilanz und ihre Verwendung zur Bewertung der Umweltauswirkungen von Produkten werden erläutert.
- Prozesskette eines PV-Moduls: Der Aufbau und die verschiedenen Produktionsschritte eines PV-Moduls werden detailliert beschrieben.
- Kapitel 3: Durchführung
- Funktionelle Einheit und Systemgrenzen: Die relevanten Parameter und Systemgrenzen für die Klimabilanz werden definiert.
- Sachbilanz: Die relevanten Input- und Outputströme, die bei der Produktion von PV-Modulen entstehen, werden erfasst.
- Herstellungsverfahren: Die Herstellungsprozesse für monokristalline und polykristalline Zellen werden beschrieben.
- Szenarien: Die Arbeit beschreibt verschiedene Szenarien für die Herstellung von PV-Modulen, sowohl mit als auch ohne Recyclingmaterialien.
- Berechnungen mit Recycling: Das Recycling von Silizium, Glas und Aluminium sowie die verwendeten Recyclingverfahren werden erläutert.
- Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion
- Ergebnisse: Die Ergebnisse der Klimabilanzen für mono- und polykristalline PV-Module mit und ohne Recyclingmaterialien werden vorgestellt.
- Auswertung: Die Ergebnisse werden interpretiert und die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Ökobilanz werden diskutiert.
- Offene Fragen: Die Arbeit diskutiert offene Fragen und Herausforderungen im Bereich des PV-Recyclings.
- Verbesserungen im PV-Recycling: Potenziale für eine Verbesserung des PV-Recyclings werden aufgezeigt.
- Kapitel 5: Anhang
- Quellen: Die verwendeten Quellen werden aufgelistet.
- Abbildungsverzeichnis: Alle Abbildungen der Arbeit werden mit ihren Quellenangaben aufgeführt.
- Tabellenverzeichnis: Alle Tabellen der Arbeit werden mit ihren Quellenangaben aufgeführt.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die wichtigsten Schlüsselwörter der Arbeit sind: Photovoltaik, Öko-Bilanz, Klimabilanz, Recycling, monokristallin, polykristallin, CO2-Fußabdruck, PV-Modul, PV CYCLE.
- Arbeit zitieren
- Adela Jurja (Autor:in), Sebastian Zellhofer (Autor:in), 2015, Die Auswirkung von Recycling auf die Öko-Bilanz von ausgewählten PV-Modultechnologien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/312333
