DE19539699C2 - Verfahren zur Verwertung von defekten, laminierten Solarmodulen - Google Patents
Verfahren zur Verwertung von defekten, laminierten SolarmodulenInfo
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Description
Solarzellen und -module haben eine begrenzte Lebensdauer, die
durch chemisch korrosive äußere Einwirkungen, Alterung oder
Beschädigung durch thermisch mechanische Belastungen, elek
trochemisch ausgelöste Diffusions- und Korrosionsprozesse so
wie durch elektrische Defekte beeinflußt wird. Jeder dieser
Einflüsse kann alleine oder insbesondere in Zusammenwirkung
mit anderen Einflüssen zur Leistungsminderung oder gar zum
Totalausfall von Solarmodulen führen.
Der Austausch einzelner defekter Solarzellen in Solarmodulen
ist aufwendig und nur begrenzt möglich. Bei laminierten So
larmodulen, bei denen die miteinander verschalteten Solarzel
len zwischen Glasscheiben und Schmelzklebefolien eingebettet
sind, oder bei integriert verschalteten Dünnschichtsolarmodu
len ist ein solcher Austausch oder eine Reparatur überhaupt
nicht möglich. Aus diesen Gründen werden defekte Solarmodule
bislang als Gewerbemüll entsorgt.
Aus der US-4 675 067 ist ein Verfahren zum Entlaminieren von
Solarzellen bekannt, bei dem die Glasscheibe in einem Tauch
bad durch Auflösen des Klebstoffs von den Solarzellen gelöst
wird.
Steigende Deponierungskosten für Gewerbemüll, die in der BRD
zur Zeit bei ca. DM 450,- pro Tonne liegen und aufwärts ge
richtete Tendenz aufweisen, belasten eine freiwillig einge
gangene oder eine, wie demnächst zu erwarten, gesetzlich vor
geschriebene Rücknahmeverpflichtung alter Solarmodule mit
ständig steigenden Kosten.
Eine ökonomisch und auch ökologisch sinnvolle Wiederverwer
tung von Solarmodulen ist bislang nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah
ren zur Verwertung alter und defekter Solarmodule anzugeben,
welches die Deponierung auf Mülldeponien vermeidet und zu ei
nem sinnvollen weiter- oder wiederverwertbaren Produkt führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach
dem Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Solarmodul mit Laminataufbau, bei dem die miteinander
verschalteten Solarzellen mit Hilfe von zumindest einer
Schmelzklebefolie auf ein Substrat auflaminiert sind, wird
erfindungsgemäß mit Hilfe eines Wasserstrahls entlaminiert.
Dabei gelingt es nicht nur, den Laminataufbau vom Substrat
abzutrennen, sondern sämtliche Laminatschichten aufzutrennen
und insbesondere die Solarzellen freizulegen. Das Verfahren
kann dabei so schonend durchgeführt werden, daß beim Freile
gen der Solarzellen weder die Zellen noch die Lötstellen auf
bzw. unter den Solarzellen beschädigt werden. Dadurch ist es
möglich, an den Solarzellen einfache Reparaturen durchzufüh
ren und beispielsweise eine abgerissene oder anderweitig de
fekte Lötstelle durch erneutes Verlöten zu reparieren. Mög
lich ist es auch, einzelne defekte Solarzellen auszutauschen
und durch neue bzw. funktionsfähige Solarzellen zu ersetzen.
Die dermaßen reparierten und miteinander verschalteten Solar
zellen können dann wieder mit neuer oder mit Flicken aus neu
er Schmelzklebefolie auflaminiert werden und ergeben ein voll
funktionsfähiges Solarmodul.
Da das Solarmodul mit Hilfe des Wasserstrahls in seine Be
standteile Substrat, Laminierfolien und Solarzellen mit Ver
bindungsbändern zerlegt wird, können die einzelnen Bestand
teile bei nicht lohnender Reparatur auch separat stofflich
verwertet werden. So läßt sich beispielsweise das üblicher
weise aus Glas bestehende Substrat, welches bereits ca. 90
Prozent des Modulgewichts ausmacht, abtrennen und recyceln
bzw. wiederverwenden. Die Reste der Schmelzklebefolien und
gegebenenfalls Abdeckfolien können einer thermischen Verwer
tung zugeführt werden. Der nicht mehr verwertbare verbleiben
de Restmüll (Silizium und Metallbänder) wird so auf einen mi
nimalen Anteil des ursprünglichen Gewichts des Solarmoduls
reduziert. Neben dem gegebenenfalls anfallenden Gewinn aus
der Wiederverwertung zumindest des Materials der Glassubstra
te werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich er
hebliche Deponierungskosten eingespart.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der
Wasserstrahl in einem spitzen Winkel von weniger als 45° ge
gen den Laminataufbau gerichtet. Der Strahldruck des Wasser
strahls wird üblicherweise zwischen 200 und 600 bar gewählt,
vorzugsweise jedoch zwischen 300 und 500 bar.
Die Strahlführung erfolgt durch eine Auslaßdüse, die einen
Öffnungswinkel von maximal 30° besitzt. Vorzugsweise wird ei
ne Düse verwendet, die einen Öffnungswinkel zwischen 10 und
20° aufweist. Der Querschnitt der Düsenöffnung kann dabei
rund oder rechteckig sein oder eine beliebige Zwischenform
annehmen. Der Durchmesser der Düse liegt bei 1 bis 5 mm, vor
zugsweise bei 1 bis 2 mm.
Eine Verfahrenserleichterung bzw. Verfahrensbeschleunigung
wird erzielt, wenn die Düse während des Entlaminierens um ei
ne Achse rotiert, die annähernd senkrecht zur Ebene des So
larmoduls steht. Durch die Rotation kann der Strahl einen
Kreisbogen von bis zu 360° bestreichen.
Mit dem Entlaminieren wird an einer Substratkante bzw. an ei
ner Kante des Laminataufbaus begonnen. Der Wasserstrahl wird
während des Entlaminierens mittels einer Relativbewegung von
Düse und Substrat so über das Solarmodul geführt, daß nach
und nach die gesamte Fläche des Laminataufbaus vom Wasser
strahl bestrichen wird und daß bei dem gewählten spitzen Auf
prallwinkel stets ein bestimmter, möglichst geringer Abstand
zwischen Düse und Laminat eingehalten wird.
Der Beginn des Entlaminiervorgangs kann mechanisch unter
stützt werden, indem zumindest die obersten Schichten des La
minataufbaus mit einem Werkzeug ein wenig vom Substrat abge
hoben werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels und der dazugehörigen zwei Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein her
kömmliches Solarmodul mit Laminataufbau.
Fig. 2 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts das er
findungsgemäße Abheben eines Laminats vom Substrat.
Fig. 1: Der Aufbau eines herkömmlichen Solarmoduls SM mit
Solarzellen aus kristallinem Silizium ist in Fig. 1 in sche
matischer und nicht -maßstabsgetreuer Darstellung veranschau
licht. Auf dem Glassubstrat 1 sind die Solarzellen 3 aus ca.
300 µm dickem kristallinem Silizium zwischen einer ersten Ethylvinylacetat-
(EVA)-Folie 2 und einer zweiten EVA-Folie 4 und mit einer dar
über angeordneten Polyester-Aluminium-Tedlar-Verbundfolie 5
laminiert bzw. eingeschweißt und bilden ein Laminat 9. Unter
einander sind die Solarzellen 3 mit vernickelten und verzinn
ten Kupferbändchen 7 von beispielsweise 3 mm Breite verschal
tet. Ein um das ganze Laminat umlaufender Aluminiumprofilrah
men 8 schützt die Laminatkanten vor mechanischer Beschädigung
und erleichtert die Montage des Solarmoduls. Nicht darge
stellt sind gegebenenfalls im Bereich des Rahmens vorhandene
aus organischen Kunststoffen oder aus Silikon bestehende Ab
dichtmassen oder Schaumstoffklebebänder zur Unterfütterung
der Substratkante im Aluminiumrahmen. Ebenfalls nicht darge
stellt ist der Anschlußkasten auf der Rückseite des Solarmo
duls SM, in den die zumindest zwei elektrischen Leiter mün
den, die mit den elektrisch in Serie geschalteten Solarzellen
3 verbunden sind.
Ein defektes und vom Solarmodulhersteller zurückgenommenes
Solarmodul wird zur Wiederverwertung zunächst entrahmt. Bei
einem wie in Fig. 1 dargestellten Solarmodul reicht dazu das
Entfernen der Schrauben, mit deren Hilfe die einzelnen Teile
des Rahmens miteinander verbunden sind und das anschließende
seitliche Abziehen der Rahmenteile 8 vom Laminat 9. Die Rah
menteile bestehen aus Aluminium und können als Reinmaterial
durch Einschmelzen wieder verwertet werden.
Bei dem vom Rahmen befreiten Solarmodul wird nun mit einem
Werkzeug die Rückseitenfolie 9 ein Stück vom Substrat abgeho
ben. Dazu ist es ausreichend, zumindest eine der Laminat
schichten von der darunterliegenden Schicht bzw. vom Substrat
1 auf einer Fläche von zum Beispiel mehreren cm² abzuheben.
Gegen diesen so entstandenen Spalt wird nun der über eine Dü
se 10 geführte Wasserstrahl 11 gerichtet. Es wird eine annä
hernd rechteckige Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 2 mm
gewählt. Die Düse ist so gestaltet, daß sich der Wasserstrahl
11 in einer Ebene fächerartig bis zu einem Öffnungswinkel von
ca. 20° öffnet. Dieser Wasserstrahl 11 wird in einem Winkel α
von ca. 30° gegen die Fläche des Solarmoduls gerichtet. Der
Abstand der Düse 10 vom Auftreffpunkt 12 wird auf ca. 1 cm
eingestellt. Eine Pumpe (nicht dargestellt) sorgt für einen
Wasserdruck von ca. 300 bar.
Mit den angegebenen Parametern ist es möglich, den Schicht
aufbau bzw. den Laminataufbau 9 so abzulösen, daß entweder
die miteinander verschalteten Solarzellen ohne Beschädigung
der Lötstellen freigelegt werden können, oder daß alternativ
zum Beispiel durch Erhöhung des Wasserdrucks das Substrat 1
vollständig vom Laminataufbau befreit werden kann. Während
des Verfahrens wird der Wasserstrahl bzw. der Auftreffpunkt
12 so an den Verfahrensfortschritt angepaßt, daß der Auf
treffpunkt 12 stets der Stelle folgt, an der sich das Laminat
9 vom Substrat löst. Da dabei stets die gewünschte kurze Ent
fernung von ca. 1 cm zwischen Düse 10 und Auftreffpunkt 12
eingehalten wird, ist eine Relativbewegung zwischen Solarmo
dul und Düse erforderlich. Dies umfaßt nicht nur eine Bewe
gung innerhalb der in der Figur dargestellten Ebene, sondern
auch längs der Modulkante, die senkrecht zur Darstellungsebe
ne steht.
Nach dem Entlaminieren ist das Substrat 1 vollständig von den
übrigen Materialien befreit, während die Solarzellen 3 von
den Folien 2, 4 und 5 getrennt werden. Das Glassubstrat 1
wird üblicherweise dem Glasrecycling zugeführt, während die
Folien 2, 4 und 5 deponiert oder anderweitig entsorgt werden.
Die Solarzellen 3 können einer stofflichen Verwertung des
Halbleitermaterials zugeführt werden oder anderweitig ent
sorgt werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Verwertung defekter Solarmodule (SM) mit ei
nem Laminataufbau (9) mit Substrat (1), bei dem das Substrat
(1) mit Hilfe eines Wasserstrahls (11) entlaminiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem der Wasserstrahl (11) in einem spitzen Winkel (α)
von kleiner gleich 45° gegen den Laminataufbau (9) gerichtet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der Wasserstrahl (11) mit einem Strahldruck von 200
bis 600 bar eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem der Wasserstrahl (11) durch eine Düse (10) mit einem
Öffnungswinkel von maximal 30° geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der Wasserstrahl (11) durch eine Düse (10) mit einem
Durchmesser von ca. 1 bis 5 mm geführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem der Wasserstrahl (11) durch eine Düse (10) geführt
wird, die während des Entlaminierens um eine annähernd senk
recht zum Solarmodul (SM) stehende Achse rotiert.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem der Wasserstrahl (11) durch eine Düse (10) mit recht
eckiger oder runder Düsenöffnung geführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem mit dem Entlaminieren an einer Kante des Laminatauf
baus (9) begonnen wird und bei dem das Entlaminieren durch
ein einmaliges, vorheriges mechanisches Anheben der obersten
Schicht des Laminats unterstützt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
- - bei dem durch das Entlaminieren Solarzellen (3) freigelegt werden,
- - bei dem defekte Lötstellen auf oder zwischen den freigeleg ten Solarzellen repariert oder defekte Solarzellen gegen funktionstüchtige ausgetauscht werden und
- - bei dem die reparierten oder ausgetauschten Solarzellen wieder mit Flicken aus neuer Schmelzklebefolie laminiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem die Bestandteile des Solarmoduls (SM) nach dem Entla
minieren soweit wie möglich getrennt und separat einer stoff
lichen Wiederverwertung zugeführt werden.
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