DE19539699A1 - Verfahren zur Verwertung von defekten, laminierten Solarmodulen - Google Patents

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.

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 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 Laminat Aufbau (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 Laminat Aufbau (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 am einer Kante des Laminat Auf­ 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.