Die generelle Zielsetzung dieser Arbeit ist die Erkenntnis darüber, zu welchem Zeitpunkt wie viele Module mit welchen Materialmengen für das Recycling bereitstehen. Das vorrangige Ziel ist somit die Vergegenwärtigung der Materialmengen, die künftig für das Recycling von Photovoltaikmodulen in Frage kommen sowie die Darstellung der Nutzungsdauer sowie möglicher Ursachen für einen vorzeitigen Ausfall von Photovoltaikmodulen. Die Photovoltaik soll demgemäß im Hinblick auf ihr Recyclingpotenzial untersucht werden.
Folgende Gesichtspunkte werden hierzu schwerpunktmäßig betrachtet:
– Materialzusammensetzung kristalliner Photovoltaikmodule
– Degradation kristalliner Photovoltaikmodule
– Recyclingpotenzial kristalliner Photovoltaikmodule
Bei der Photovoltaik (PV) wird Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. Die natürlich vorhandene Sonnenkraft wird somit auf umweltfreundliche Weise zur direkten Stromerzeugung genutzt. Vor allem im Vergleich zu den endlichen fossilen und nuklearen Brennstoffen ist die Photovoltaik aufgrund der direkten Stromerzeugung klar zu favorisieren. Durch die Nutzung von nachhaltigen und energieeffizienten Photovoltaikanlagen geht zudem die Vermeidung von CO2-Emissionen einher, da bei der Stromerzeugung kein CO2-Gas freigesetzt wird. Im Rahmen der angestrebten Energiewende wird der Photovoltaik eine besondere Aufmerksamkeit zuteil. Dieses zukunftsfähige Energiesystem ist somit für die aktuelle und künftige Forschung von größtem Interesse.
Die Photovoltaik lässt sich zunächst allgemein in drei Generationen unterteilen. Zur sogenannten ersten Generation gehören die Technologien basierend auf Siliziumwafer1 wie beispielsweise kristalline Silizium-Solarzellen (c-Si). Dünnschichttechnologien stellen die zweite Generation dar. Zu ihnen gehört unter anderem die Cadmium-Tellurid (CdTe) Zelle. Die dritte Generation beruht auf zukünftigen Technologien mit neuen Konzepten und neuen Materialien, die teilweise noch nicht kommerziell erhältlich sind. Ein Beispiel hierfür sind Organische Solarzellen (van Sark, 2012, S. 5). Eine detailliertere Unterteilung der Photovoltaiktechnologien erfolgt in Kapitel 2. Im Rahmen dieser Arbeit liegt der Fokus auf den kristallinen Photovoltaikmodulen. Dies soll ebenfalls in Kapitel 2 näher motiviert werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Forschungsgegenstand
2.1 Hintergrund und Motivation
2.2 Legitimation der Problemstellung
3 Literaturanalyse
3.1 Vorgehensweise
3.2 Ergebnisse
4 Materialzusammensetzung kristalliner Photovoltaikmodule
4.1 Stand der Forschung
4.2 Empirie
4.3 Zusammenfassung
5 Degradation kristalliner Photovoltaikmodule
5.1 Stand der Forschung
5.2 Implikationen für die Forschungsfrage
6 Recyclingpotenzial kristalliner Photovoltaikmodule
7 Schlussfolgerungen
8 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Recyclingpotenzial von kristallinen Photovoltaikmodulen, um zukünftige Materialströme am Ende der Lebensdauer besser planen und effiziente Kreislaufwirtschaftsstrategien entwickeln zu können.
- Analyse der Materialzusammensetzung kristalliner PV-Module
- Untersuchung von Degradationsprozessen in Solarmodulen
- Empirische Materialbestimmung an Altmodulen mittels EDX-Analyse
- Evaluierung von Recyclingstrategien im Rahmen eines Closed-Loop Supply Chain Managements
Auszug aus dem Buch
4 Materialzusammensetzung kristalliner Photovoltaikmodule
Die meisten kristallinen Photovoltaikmodule der letzten Jahrzehnte haben prinzipiell einen ähnlichen Aufbau. In Abbildung 7 ist dieser Aufbau grafisch dargestellt. Eine Glasscheibe (1) bildet die transparente Vorderseite des Solarmoduls. Die sogenannte Zellmatrix (3) besteht meist aus 60 oder 72 kristallinen Solarzellen, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Diese Zellen sind sowohl in Richtung der Glasscheibe (2) als auch in Richtung der Modulrückseite (4) mit einem transparenten Verkapselungsmaterial verkapselt. Die Modulrückseite ist mit einer Rückseitenfolie (5) abgedichtet, an der die Kontaktdose sowie die Anschlusskabel (7) befestigt sind. Das Modul ist zudem meist mit einem Rahmen (6) eingefasst (Wirth, 2013, S. 137).
Die Vorderseite des Moduls besteht aus einer gehärteten Glasscheibe. Gegenwärtig wird dieses Glas als sogenanntes Kalknatronglas produziert (Blieske & Stollwerck, 2013, S. 201).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Thematik der Photovoltaik als grüne Technologie und Definition der Zielsetzung der Arbeit bezüglich des Recyclingpotenzials.
2 Forschungsgegenstand: Einordnung der Photovoltaik in das aktuelle Energieumfeld und Legitimation der Problemstellung durch die hohen installierten Kapazitäten.
3 Literaturanalyse: Dokumentation der methodischen Vorgehensweise bei der Literaturrecherche und erste Zusammenfassung relevanter Erkenntnisse.
4 Materialzusammensetzung kristalliner Photovoltaikmodule: Detaillierte Betrachtung der Bestandteile von PV-Modulen sowie empirische Untersuchung des Materialgehalts zweier spezifischer Module.
5 Degradation kristalliner Photovoltaikmodule: Untersuchung der Ursachen und Folgen der schleichenden Leistungsverluste von Solarmodulen während ihrer Nutzungsdauer.
6 Recyclingpotenzial kristalliner Photovoltaikmodule: Analyse theoretischer Ansätze zur Rückgewinnung von Rohstoffen und Beschreibung bestehender Recyclingprozesse.
7 Schlussfolgerungen: Fazit zur Notwendigkeit und den Herausforderungen bei der Etablierung eines effizienten Recycling-Kreislaufs für PV-Module.
8 Ausblick: Diskussion zukünftiger Entwicklungen, potenzieller neuer Recyclingkonzepte und der Rolle interdisziplinärer Forschung.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Kristalline Solarmodule, Recycling, Kreislaufwirtschaft, Materialzusammensetzung, Degradation, Silber, Silizium, Aluminium, Glas, Closed-Loop Supply Chain, End-of-life, Energiewende, Materialanalyse, EDX-Analyse.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Recyclierbarkeit von kristallinen Photovoltaikmodulen und analysiert deren Materialzusammensetzung, um Erkenntnisse für künftiges Recycling zu gewinnen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Arbeit fokussiert sich auf die Materialzusammensetzung, die Degradationsmechanismen und das Recyclingpotenzial von kristallinen Silizium-Solarmodulen.
Welches primäre Ziel verfolgt die Autorin?
Das Hauptziel ist die Erkenntnis darüber, zu welchem Zeitpunkt und in welchen Mengen Materialien aus Altmodulen für das Recycling zur Verfügung stehen werden.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Neben einer umfangreichen Literaturanalyse wird eine empirische Untersuchung an zwei ausgewählten Solarmodulen mittels EDX-Analyse durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Literaturanalyse, die detaillierte Beschreibung der Materialzusammensetzung, die Untersuchung der Moduldegradation sowie die Darstellung von Recyclingprozessen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Die Arbeit lässt sich am besten über Begriffe wie Photovoltaik-Recycling, Materialzusammensetzung, kristalline Solarmodule und Kreislaufwirtschaft definieren.
Welche Rolle spielt die EDX-Analyse in der Untersuchung?
Die EDX-Analyse dient dazu, die elementare Materialzusammensetzung der untersuchten Modulbestandteile (Glas, Rahmen, Wafer) experimentell zu bestimmen.
Warum wird Silber als kritischer Rohstoff betrachtet?
Obwohl Silber nur in geringen Mengen pro Zelle enthalten ist, macht die enorme Menge an weltweit installierten Kapazitäten die Rückgewinnung aus ökologischer und ökonomischer Sicht hochrelevant.
Was versteht man unter der „Badewannen-Kurve“ in dieser Arbeit?
Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen, wobei frühe Ausfälle, normale Betriebsausfälle und das Ende der Lebensdauer (Wear-Out) unterschieden werden.
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- Linda Denzner (Autor), 2014, Untersuchung kristalliner Photovoltaikmodule bezüglich ihrer Recyclierbarkeit, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/335232
