Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin, der Rena Technologies GmbH, des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben zum ersten Mal ein umfassendes Modell der Wasserflüsse in einer 5 Gigawatt Solarzellen-Fabrik erstellt. Auf dieser Grundlage prüften sie die Einführung zweier unterschiedlicher Strategien zur zirkulären Wassernutzung. Das Ergebnis: Wassereinsparungen von bis zu 79 Prozent und eine Abwasserreduzierung von bis zu 84 Prozent wären mit heutigen Produktionstechnologien technisch bereits möglich. Dies ermöglicht den Bau von neuen Solarzellen-Fabriken auch an Standorten mit weniger Wasserverfügbarkeit. Die Studie ist in der neusten Ausgabe der Solar Energy frei zugänglich.
Das Forschungsteam analysierte die Wasser-, Abwasser- und Stoffströme für eine Fertigung von PERC-Solarzellen mit einer jährlichen Kapazität von 5 Gigawatt Peak. Die Ergebnisse sind auch für Fabriken interessant, in denen Heterojunction- oder TOPCon-Solarzellen hergestellt werden oder die dafür umgerüstet werden sollen, da die Abwasserflüsse für diese Zelltypen sehr ähnlich sind.
»Wir haben basierend auf dem Modell dieser Fertigung unterschiedliche Möglichkeiten zur Wassereinsparung und Wiederaufbereitung analysiert«, erklärte Peter Brailovsky, einer der beiden Hauptautoren der Studie und Wissenschaftler am Fraunhofer ISE. »Empfehlen können wir zwei Ansätze: Die Wiederverwendung leicht kontaminierten Abwassers (low contaminated wastewater LCR) und den sogenannten ‚Minimal Liquid Discharge‘ (MLD), bei der bestimme Reststoffe anderweitig wiederverwertet werden.« So können beispielsweise bei der Solarzellenfertigung zurückbleibende Ätzlösungen danach noch in der Zementfertigung genutzt werden.
»Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem MLD-Szenario bis zu 80 Prozent des Frischwasserbedarfs und des Abwassers in der Solarzellenfabrik eingespart werden können«, sagte Jascha Reich, zweiter Hauptautor und Wissenschaftler an der Technischen Universität Berlin. »Wendet man den LCR-Ansatz an, kommt man auf bis zu 40 Prozent Einsparung.« Gleichzeitig würde die Umsetzung der Einsparungsmaßnahmen der Fertigung keine zusätzlichen Kosten aufbürden, sondern im Gegenteil unter dem Strich sogar leichte Kosteneinsparungen bedeuten. Zusätzlich reduziert ein geschlossener Wasserkreislauf das Risiko eines Shutdown der Fabrik mit wöchentlichen Kosten von um 1,9 Millionen Euro aufgrund von Wasserknappheit, zum Beispiel während Hitzewellen im Sommer, stark.
Solarzellen sind an sich bereits ein sehr nachhaltiges Produkt. Integriert in einem Photovoltaik-Modul amortisiert sich die Energie, die es zu ihrer Herstellung brauchte, innerhalb kürzester Zeit – Für PV-Anlage in Mitteleuropa typischerweise innerhalb von 1,3 Jahren. »Darauf müssen wir uns aber nicht ausruhen«, sagte Dr. Jochen Rentsch, Leiter der Abteilung Technologietransfer im Bereich Photovoltaik des Fraunhofer ISE. »Wie überall in der produzierenden Wirtschaft sollte auch die Photovoltaik Teil einer Kreislaufwirtschaft werden.«
Text: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE