Schadstoffe under Control

Solarenergie aus Photovoltaikanlagen gilt eigentlich als umweltfreundlich. Doch die meisten Photovoltaik-Module enthalten Schadstoffe, darunter Cadmium und Blei. Diese können bei der Entsorgung in den Boden oder das Grundwasser gelangen. Wissenschaftler der Universität Stuttgart untersuchen nun, auf welchen Wegen die Gifte austreten und wie dies verhindert werden kann.

Kante eines Photovoltaik-Moduls aus kristallinen Silizium-Solarzellen. Die Lötbändchen, mit denen die Zellen untereinander verschaltet sind, enthalten Blei. Foto: Universität Stuttgart

Als grünes Nischenprodukt gestartet, ist die Photovoltaik mittlerweile zu einem Weltmarkt gewachsen. Weltweit sind mehr als 17 Millionen Tonnen an Modulen mit einer Leistung von etwa 140 Gigawatt installiert. Die Nutzungsdauer heutiger Photovoltaik-Module wird auf 20 bis 25 Jahre geschätzt. Das klingt zwar lang, aber dennoch ist diese Zeitspanne begrenzt. Es stellt sich also die Frage, was mit den Modulen nach ihrer Nutzung passiert. Leider enthalten die meisten Module Schadstoffe – ohne, dass dafür eine technische Notwendigkeit besteht.
So werden in allen Modultechnologien Lötbändchen verwendet, die im Lötzinn das Schwermetall Blei enthalten. Den Großteil an Lötbändchen verbrauchen die Module aus kristallinem Silizium durch die Zell-zu-Zell-Verbindungen. Auch in der Dünnschicht-Technologie kommen die Lötbändchen zum Einsatz, um die Modulbox mit den Zellen zu verbinden. Weltweit verkaufen nur ganz wenige Firmen bleifreie Photovoltaikmodule.

Neben Blei kommen noch andere Schadstoffe vor, darunter Cadmiumsulfid, das in der Dünnschicht-Technologie mit Zellen aus Kupferindiumgallium-Diselenid oft als Pufferschicht zum Einsatz kommt. Bei Cadmiumtellurid-Modulen besteht sogar das aktive Zellmaterial selbst aus Schadstoffen. Nur Module aus amorphem Silizium sind schadstofffrei, solange sie keine bleihaltigen Lötbändchen verwenden. Im Gegensatz zu sonstigen elektrischen oder elektronischen Produkten sind Cadmium und Blei ausgerechnet in Photovoltaikmodulen bisher innerhalb der Europäischen Union nicht verboten.

Vor diesem Hintergrund werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Institute für Photovoltaik (ipv) und für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart gemeinsam untersuchen, auf welchen Wegen die Schadstoffe aus den Modulen austreten können und Schwachstellen identifizieren Ihr Ziel ist es, die Mechanismen der Schadstofffreisetzung so gut zu verstehen, dass das Austreten in Zukunft verhindert oder verlangsamt werden kann – zumindest, so lange Blei und Cadmium auch weiterhin eingesetzt werden. Das Projekt mit dem Namen „Schadstofffreisetzung aus Photovoltaik-Modulen, kurz PV Schadstoffe) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund 800.000Euro gefördert.

Bereits in einer vorausgegangenen Worst-Case-Studie für das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg haben die beiden Institute gemeinsam gezeigt, dass die Schadstoffe austreten können, wenn die Module nicht mehr intakt sind und über die Defekte wässrige Lösungen in das Modul eindringen. Um das Auslaugen zu quantifizieren, untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Modulstücke in wässrigen Lösungen mit unterschiedlichen pH-Werten, die unterschiedliche Umweltbedingungen simulieren.

Quelle: Hochschulkommunikation Universität Stuttgart

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