Dächer zu Solarkraftwerken zu machen, wird in wenigen Jahren in Hamburg Pflicht. Ab 2023 müssen die Dächer von Neubauten mit einer Photovoltaikanlage bestückt werden, die das Haus mit Strom versorgt. Ab 2025 müssen vorhandene Gebäude, deren Dächer erneuert werden, im Zuge der Dacharbeiten mit einer Solaranlage nachgerüstet werden. So will die Hansestadt ihre Klimaziele erreichen. 20 Jahre lang sollen die Module mindestens in Betrieb sein. Was aber passiert anschließend damit?

Die ausgedienten Module auf die Müllkippe zu bringen, ist keine Lösung: Die Hersteller müssen sie zurücknehmen und recyceln. Zudem enthalten einige Zellen – wenn auch nur in sehr geringen Mengen – schädliche Materialien wie Blei oder Cadmium. Sie müssen also speziell behandelt werden. Außerdem enthalten die Module wertvolle Materialien, die sich wieder verwerten lassen.

Die Photovoltaikanlage auf dem Dach oder in einer Solarfarm besteht aus mehreren Solarmodulen, die wiederum aus einzelnen Solarzellen zusammengesetzt sind. Die Zellen bestehen aus Silizium sowie aus einigen, zum Teil seltenen Metallen. Sie sind in Schichten aus Kunststoff eingebettet. Eine Glasschicht schützt die Zellen vor dem Wetter. Ein Rahmen aus Aluminium hält das Modul. Hinzu kommen Kabel, um den Strom abzuleiten.

Aluminium, Glas und Kupfer werden zurückgewonnen

Aktuell werden die Kabel, der Rahmen und das Glas recycelt. Die Metalle Aluminium und Kupfer können eingeschmolzen und nach einem aufwendigen Veredelungsprozess wiederverwendet werden.

Auch das Glas lässt sich recyceln. Dabei handelt es sich um Flachglas, das auch nur als solches wieder genutzt werden kann. Flaschen lassen sich beispielsweise daraus nicht herstellen. Aber es kann zu Fensterglas oder zu neuen Solarmodulen verarbeitet werden.

Diese Komponenten machen zusammen etwa 90 Prozent des Gewichts der Module aus. Allerdings haben es die restlichen zehn Prozent in sich: Etwa drei Prozent der Zelle besteht aus Silizium. In geringen Anteilen sind die teuren Elemente Tellur, Gallium, Silber und Gold enthalten sowie Indium und Selen, wobei Gold und Silber zusammen weniger als ein Prozent ausmachen.

Auch diese teuren Elemente der Wiederverwertung zuführen zu können, war Ziel des von der Europäischen Union geförderten Projekts Elsi, an dem das in Stuttgart ansässige Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, der Anlagenbauer Geltz Umwelt-Technologie aus Mühlacker in Baden-Württemberg sowie das Entsorgungsunternehmen Suez aus Knittlingen, ebenfalls in Baden-Württemberg, beteiligt sind.

Ziel war es, mindestens 95 Prozent der Materialien zu gewinnen, um sie anschließend wieder zu verwerten. Das zumindest wurde erreicht.

Ab Mitte der 2020er Jahre lohnt sich das Recycling

Um an die Metalle und das Silizium zu kommen, müssen der Kunststoff und der Kleber entfernt werden. Dafür wurde ein Reaktor entwickelt, in dem unter Ausschluss von Sauerstoff bei rund 900 Grad ein Pyrolyse-Prozess abläuft, bei dem die Polymere und die Klebeschichten verdampfen. Dabei werden Gase wie Methan, Butan oder Propan freigesetzt. Alle anderen Materialien bleiben erhalten und können dann mit gängigen elektrochemischen Verfahren zurückgewonnen werden.

Die Machbarkeit dieses Verfahrens haben die Projektpartner in kleinem Maßstab nachweisen können: Die Laboranlage hat kleine Stückchen von Solarmodulen verarbeitet. Im nächsten Schritt sollte eines der beteiligten Unternehmen eine Pilotanlage bauen, die ganze Solarmodule verarbeiten sollte.

Damit sollte das Verfahren für den großtechnischen Maßstab vorbereitet werden, um 20.000 bis 30.000 Solarmodule im Jahr verarbeiten zu können. Im Testbetrieb zeigte sich aber, dass sich das Verfahren nicht wirtschaftlich betreiben lässt, weshalb das Projekt kürzlich eingestellt wurde.

Es gibt noch wenig zu recyceln

Allerdings ist der Bedarf an Recycling-Kapazitäten für Solarmodule auch noch gering: Was derzeit in den Recycling-Anlagen landet, sind defekte Module, die etwa beim Transport oder durch Umwelteinflüsse wie Hagel beschädigt werden. Hinzu kommt – ähnlich wie bei den Akkus der Elektroautos – der Produktionsausschuss.

Mit einem größeren Aufkommen an zu recycelnden Solarmodulen rechnet die Branche erst ab Mitte der 2020er Jahre. Für 2025 werden 20.000 Tonnen pro Jahr prognostiziert, 2027 sollen es 50.000 Tonnen sein.

Ende 2020 waren laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Deutschland rund zwei Millionen Solaranlagen mit einer Nennleistung von 54 Gigawatt installiert. An sonnigen Tagen können die Solaranlagen mehr als zwei Drittel des Stromverbrauchs decken.

2020 lieferten Solarmodule 50,6 Terawattstunden

Im vergangenen Jahr lieferten Photovoltaikanlagen 50,6 Terawattstunden, was knapp zehn Prozent des Bruttostromverbrauchs entsprach. Alle Erneuerbaren Energien (EE) kamen auf 45 Prozent. Im Bruttostromverbrauch sind auch Netz-, Speicher- sowie Eigenverbrauchsverluste berücksichtigt.

Eine Photovoltaikanlage ist haltbar. Das eingangs erwähnte Hamburger Gesetz geht von einem Amortisationszeitraum von 20 Jahren aus, damit eine Solardachpflicht besteht. Die Nutzungsdauer dürfte aber deutlich länger sein. Im Jahr verliert ein Modul etwa 0,5 Prozent seiner Leistung. Das heißt, nach 30 Jahren hat es noch 80 bis 85 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrades.

Für industrielle Betreiber mögen sich die Module irgendwann nicht mehr lohnen. Aber das bedeutet nicht notwendigerweise, dass diese dann gleich im Recycling landen müssen.

Solaranlagen weiterverwenden

Eine Weiterverwendung an anderer Stelle ist durchaus denkbar. Ein Team der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) in Gießen hat vorgeschlagen, lediglich die Zellen zu reparieren, statt ganze Module zu verschrotten, wenn einige wenige Zellen kaputt sind.

In einem Forschungsprojekt zeigte ein Team um Harald Weigand, dass das machbar ist. Praktikabel ist es allerdings nicht: „Da es im Wesentlichen aber Handwerk ist, wird eine Reparatur zu teuer. Das liegt vor allem am Stundenlohn“, sagte er der populärwissenschaftlichen Zeitschrift P.M.

Vor einer ähnlichen Frage stehen auch gerade Betreiber von Windrädern, für die die Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz ausläuft. Die Windräder können abgebaut und recycelt werden. Oder aber sie werden erneuert und weiter betrieben oder für die Gewinnung von Wasserstoff eingesetzt.