Das französische Solarenergieinstitut INES hat neue PV-Module mit Thermoplasten und Naturfasern aus Europa wie Flachs und Basalt entwickelt. Ziel der Wissenschaftler ist es, den ökologischen Fußabdruck und das Gewicht von Solarmodulen zu reduzieren und gleichzeitig das Recycling zu verbessern.
Eine recycelte Glasscheibe auf der Vorderseite und ein Leinenverbundstoff auf der Rückseite
Bild: GD
Von pv magazine Frankreich
Forscher des französischen Nationalen Instituts für Solarenergie (INES) – einer Abteilung der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA) – entwickeln Solarmodule mit neuen biobasierten Materialien auf der Vorder- und Rückseite.
„Da der CO2-Fußabdruck und die Lebenszyklusanalyse mittlerweile zu wesentlichen Kriterien bei der Auswahl von Photovoltaikmodulen geworden sind, wird die Materialbeschaffung in den nächsten Jahren in Europa ein entscheidendes Element sein“, sagte Anis Fouini, Direktor von CEA-INES , in einem Interview mit pv magazine France.
Aude Derrier, die Koordinatorin des Forschungsprojekts, sagte, ihre Kollegen hätten sich die verschiedenen bereits vorhandenen Materialien angesehen, um eines zu finden, das es Modulherstellern ermöglichen könnte, Panels herzustellen, die Leistung, Haltbarkeit und Kosten verbessern und gleichzeitig die Umweltbelastung verringern. Der erste Demonstrator besteht aus Heterojunction-Solarzellen (HTJ), die in ein Vollverbundmaterial integriert sind.
„Die Vorderseite besteht aus einem mit Glasfaser gefüllten Polymer, das für Transparenz sorgt“, sagte Derrier. „Die Rückseite besteht aus einem Verbundwerkstoff auf Basis von Thermoplasten, in den ein Geflecht aus zwei Fasern, Flachs und Basalt, integriert wurde, das für mechanische Festigkeit, aber auch eine bessere Beständigkeit gegen Feuchtigkeit sorgt.“
Der Flachs stammt aus Nordfrankreich, wo das gesamte industrielle Ökosystem bereits vorhanden ist. Der Basalt stammt aus anderen Teilen Europas und wird von einem Industriepartner von INES gewebt. Dadurch reduzierte sich der CO2-Fußabdruck im Vergleich zu einem Referenzmodul gleicher Leistung um 75 Gramm CO2 pro Watt. Auch das Gewicht wurde optimiert und liegt unter 5 Kilogramm pro Quadratmeter.
„Dieses Modul ist auf die PV-Dach- und Gebäudeintegration ausgerichtet“, sagte Derrier. „Der Vorteil besteht darin, dass es von Natur aus schwarz ist, ohne dass eine Rückseitenfolie erforderlich ist. Auch im Sinne des Recyclings ist dank der wiedereinschmelzbaren Thermoplaste die Trennung der Schichten technisch einfacher.“
Das Modul kann ohne Anpassung bestehender Prozesse hergestellt werden. Derrier sagte, die Idee bestehe darin, die Technologie ohne zusätzliche Investitionen an die Hersteller zu übertragen.
„Die einzige Notwendigkeit besteht darin, Gefrierschränke zur Lagerung des Materials zu haben und nicht, um den Harzvernetzungsprozess zu starten, aber die meisten Hersteller verwenden heute Prepreg und sind bereits dafür gerüstet“, sagte sie.
„Wir haben uns mit dem zweiten Leben von Glas beschäftigt und ein Modul entwickelt, das aus wiederverwendetem 2,8-mm-Glas besteht, das aus einem alten Modul stammt“, sagte Derrier. „Wir haben außerdem ein thermoplastisches Einkapselungsmittel verwendet, das keine Vernetzung erfordert und daher leicht zu recyceln ist, sowie einen thermoplastischen Verbundstoff mit Flachsfasern für die Widerstandsfähigkeit.“
Die basaltfreie Rückseite des Moduls weist einen natürlichen Leinenton auf, der beispielsweise im Hinblick auf die Fassadenintegration für Architekten ästhetisch interessant sein könnte. Darüber hinaus zeigte das INES-Berechnungstool eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 10 %.
„Es ist jetzt zwingend erforderlich, die Photovoltaik-Lieferketten zu hinterfragen“, sagte Jouini. „Mit Hilfe der Region Rhône-Alpes haben wir uns daher im Rahmen des Internationalen Entwicklungsplans auf die Suche nach Akteuren außerhalb des Solarsektors gemacht, um neue Thermoplaste und neue Fasern zu finden. Wir haben auch an den aktuellen Laminierprozess gedacht, der sehr energieintensiv ist.“
Zwischen der Druckbeaufschlagung, dem Pressen und der Abkühlphase dauert die Laminierung in der Regel zwischen 30 und 35 Minuten, bei einer Betriebstemperatur von etwa 150 °C bis 160 °C.
„Aber für Module, die zunehmend umweltfreundlich gestaltete Materialien enthalten, ist es notwendig, Thermoplaste bei etwa 200 bis 250 °C umzuwandeln, wobei man weiß, dass die HTJ-Technologie hitzeempfindlich ist und 200 °C nicht überschreiten darf“, sagte Derrier.
Das Forschungsinstitut arbeitet mit dem in Frankreich ansässigen Spezialisten für Induktions-Thermokompression Roctool zusammen, um die Zykluszeiten zu verkürzen und Formen entsprechend den Bedürfnissen der Kunden herzustellen. Gemeinsam haben sie ein Modul mit einer Rückseite aus thermoplastischem Verbundwerkstoff vom Typ Polypropylen entwickelt, in das recycelte Kohlenstofffasern integriert wurden. Die Vorderseite besteht aus Thermoplasten und Glasfaser.
„Roctools Induktions-Thermokompressionsverfahren ermöglicht es, die beiden vorderen und hinteren Platten schnell zu erhitzen, ohne dass im Kern der HTJ-Zellen 200 °C erreicht werden müssen“, sagte Derrier.
Das Unternehmen behauptet, die Investition sei geringer und der Prozess könne eine Zykluszeit von nur wenigen Minuten erreichen und dabei weniger Energie verbrauchen. Die Technologie richtet sich an Verbundwerkstoffhersteller, um ihnen die Möglichkeit zu geben, Teile unterschiedlicher Form und Größe herzustellen und gleichzeitig leichtere und haltbarere Materialien zu integrieren.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24.06.2022