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
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
5. Anhang
5.1 Quellen
Zielsetzung & Themen
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Auswirkungen des Recyclings von PV-Modulen auf deren Klimabilanz zu untersuchen und zu vergleichen. Dabei wird die Forschungsfrage verfolgt, in welchem Maße der Einsatz von sekundären Rohstoffen bei mono- und polykristallinen Modulen den CO2-Fußabdruck im Vergleich zur rein primären Rohstoffverwendung senken kann.
- Erstellung von Klimabilanzen für verschiedene PV-Modultechnologien
- Analyse der Prozessketten entlang der gesamten Wertschöpfungskette
- Vergleich von Modulen mit und ohne Recyclinganteil
- Berechnung der CO2-Äquivalente mit den Programmen GEMIS und PV-Sol
- Untersuchung technischer und wirtschaftlicher Aspekte des PV-Recyclings
Auszug aus dem Buch
Upcycling statt Downcycling
Bis jetzt konnten PV-Unternehmen bei der Verwertung alter Solarmodule meist keine ausreichend reinen Stofffraktionen erreichen. In so einem Fall spricht man von „Downcycling“, das nur geringe Verkaufserlöse bringt. Die Kosteneffizienz des Modulrecyclings hängt jedoch stark davon ab, ob eine Rückgewinnung auf hohem Wertniveau erreicht werden kann („Upcycling“). Die Wiederverwertung auf Produktniveau wäre auch im Hinblick auf die Energiebilanz vorteilhaft und anstrebenswert. Jedoch müssen leider aus wirtschaftlichen Gründen Kompromisse eingegangen werden, auch wenn es technisch möglich wäre, alle Komponenten bis zum reinen Rohstoff zu trennen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über den Aufschwung der Photovoltaik und verdeutlicht die Notwendigkeit einer Entsorgungsstrategie angesichts steigender Abfallmengen.
2. Methodik - Klimabilanz: Hier werden die Grundlagen für die Erstellung einer Klimabilanz erläutert, einschließlich der Definition von Systemgrenzen und der Vorgehensweise bei der Sachbilanz.
3. Durchführung: Dieses Kapitel detailliert die Prozessketten für die Herstellung monokristalliner und polykristalliner Zellen sowie die Szenarien für primäre und sekundäre Rohstoffnutzung.
4. Ergebnisse und Diskussion: Hier werden die berechneten CO2-Fußabdrücke der verschiedenen Szenarien präsentiert, interpretiert und kritisch hinsichtlich der Einflussfaktoren wie Produktionsstandort und Lebensdauer diskutiert.
5. Anhang: Enthält die verwendeten Quellen sowie Verzeichnisse der Abbildungen und Tabellen.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, PV-Module, Klimabilanz, Recycling, CO2-Fußabdruck, Monokristallin, Polykristallin, Wertschöpfungskette, Upcycling, Sekundärrohstoffe, Nachhaltigkeit, Treibhausgasemissionen, GEMIS, PV-Sol, Lebenszyklusanalyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit untersucht die ökologischen Auswirkungen der Modulherstellung und zeigt auf, wie durch Recyclingprozesse die Klimabilanz von Photovoltaikmodulen verbessert werden kann.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Prozesskette der PV-Modulfertigung, die methodische Erstellung von Klimabilanzen und die Untersuchung des Nutzens von sekundären Rohstoffen im Recyclingkontext.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist der direkte Vergleich der CO2-Äquivalente von PV-Modulen, die aus primären Rohstoffen gefertigt werden, gegenüber Modulen mit einem 50%igen Recyclinganteil.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Klimabilanz (Life Cycle Assessment) auf Basis der GEMIS-Datenbank durchgeführt, ergänzt durch Simulationsberechnungen mit PV-Sol für die energetische Ertragsanalyse.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil beschreibt detailliert die Fertigungsschritte von der Gewinnung des Quarzsandes bis zum fertigen Modul und die spezifischen Anpassungen in den Szenarien für Recyclingmaterialien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Photovoltaik, CO2-Fußabdruck, Recycling, Upcycling und Lebenszyklusanalyse gekennzeichnet.
Warum ist der Produktionsstandort für die Ergebnisse wichtig?
Der Produktionsstandort beeinflusst den dortigen Strom-Energiemix maßgeblich, welcher wiederum die CO2-Emissionen bei der energieintensiven Siliziumherstellung bestimmt.
Welche Erkenntnis ergibt sich aus dem Vergleich der Recycling-Szenarien?
Der CO2-Fußabdruck kann bei monokristallinen Modulen um etwa 7,6 % und bei polykristallinen Modulen um ca. 8 % gesenkt werden, wenn 50 % der Hauptmaterialien recycelt werden.
- Quote paper
- Adela Jurja (Author), Sebastian Zellhofer (Author), 2015, Die Auswirkung von Recycling auf die Öko-Bilanz von ausgewählten PV-Modultechnologien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/312333
