Recyclierbarkeit von PV- Einkapselungsfolien aus Kunststoff · 2010 0.5 2020 5.2 2030 12.7 2040...

2013-11-06_gmW

Gernot M. Wallner

Präsentation anlässlich des 11. Workshops

Photovoltaik-Modultechnik

TÜV Rheinland

Köln, 11. November 2014

Recyclierbarkeit von PV-

Einkapselungsfolien aus Kunststoff

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Recyclierbarkeit von PV-Einkapselungsfolien aus Kunststoff

Inhalt

Einleitung und Hintergrund

Marktentwicklung Kunststoffe und Potentiale in der Photovoltaik

SolPol-Forschungsinitiative

Einkapselungsmaterialien - Kunststoffe in PV-Modulen

Einbettungsmaterialien

Rück- und Frontseitenfolien

Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien

Innerbetriebliches Recycling

End-of-use Recycling

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Marktentwicklung der Kunststoffe vs. Stahl (Volumsbezogen)

Die Bedeutung der Kunststoffindustrie

Source: Plastics Europe, D (2008)

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Kumulierter, globaler Materialbedarf für 100% REN-Szenario bis 2050 (Basis: Energy[R]Evolution Studie, Greenpeace, 2012)

Entwicklung der Photovoltaik-Industrie

Source: K. Holzhaider, JKU-IPMT (2014)

Jahr Kum. Kunststoff-

bedarf [mio t]

2010 0.5

2020 5.2

2030 12.7

2040 18.4

2050 25.8

Mittlerer, jährlicher

Kunststoffbedarf bis 2050:

0.6 mio t/year

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SolPol-3: Solarelectrical Systems based on Polymeric Materials

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SolPol-3: Solarelectrical Systems based on Polymeric Materials

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SolPol-3: Entwicklungsziele

Backsheet-Lamination

mit extrudierten Folien

Akasol, Krempel (GER)

Stand der

Technik

Kontinuierliche Herstellung von Backsheet/Einbettungs-

und Frontsheet/Einbettungs-Kombinationen

Entwicklungs-

ziele

+

+

+

+

In-line Lamination Co-Extrusion

Laminierter Film

Extrudierter Film extrudierter

Layer 2

extrudierter

Layer 1

Specimen

Constituents

EVA-Elastomere

chemisch vernetzt

(mit Peroxiden)

Thermopl. Elastomere

vornehmlich physikalisch

vernetzt

kürzere Laminations-

zykluszeiten

Kontinuierliche Produktion

(Rolle-zu-Rolle)

verbesserte Performance

Entwicklungs-

ziele Stand der

Technik

Von neuen Materialien …

… zu neuen Prozessen.

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Aufbau von PV-Modulen

Encapsulation (= Einkapselung) umfasst:

a) Embedding (= Einbettung)

b) Frontsheet (meist Glas) und Backsheet (meist Kunststofflaminate)

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Chemischer Aufbau und Eigenschaften von Einbettungsfolien

Ver-

netzung

Material Atomarer

Aufbau

Additive Schmelz-/

Fließtemp., °C

Zersetzungs-

temp., °C

chem

isch

EVA CHO Peroxid, AO, UVA,

Haftverm. - 300 – 500

PVB CHO AO, UVA, Haftverm.

- 250 – 500

physik

alis

ch Ionomer

CHO,

Ca/Zn AO, UVA, Haftverm. < 120°C 300 – 500

Polyolefin CH AO, UVA, Haftverm.

< 120°C 350 – 500

TPSE CHSiON AO, UVA, Haftverm.

~ 140°C 200 – 600

Chemisch oder energetisch recyclierbar (Heizwert: ~ 10 kWh/kg)

Werkstofflich, chemisch oder energetisch recyclierbar

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Einbettungsfolien – Stabilisatoren und Schneckenspuren in EVA

Source: S. Meyer et al., Sol. Eng. Mat. (2014)

Irganox 1010

Irganox 1330

Irgafos 168

Irganox MD 1024

Phosphitisches (P) Antioxidans

Silan (Si) Haftvermittler

Werkstoffliches Recycling von EVA aus Performancegründen nicht sinnvoll

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Chemischer Aufbau und Eigenschaften von Back- und Frontsheets

Klasse Material Atomarer

Aufbau

Additive Schmelz-/

Fließtemp., °C

Zersetzungs-

temp., °C

TPT PVF/PET

/PVF CHF, CHO

AO, UVA, Haftverm.,

20m% TiO2

190, 250 300 – 500

FP FP/PET/

EVA CHF, CHO

AO, UVA, Haftverm.,

15m% TiO2 105, 175, 250 300 – 500

PET Lack/PET

/EVA CHO

AO, UVA, Haftverm.,

10m% TiO2

105, 250 350 – 500

PA PA/PET/

PA CHON

AO, UVA, Haftverm.,

20m% TiO2, SiO2 180, 250 350 – 500

Front-

sheet

ETFE,

FEP CHF UVA, Haftverm. 270 400 – 650

Recyclierbarkeit:

• chemisch oder energetisch

• ETFE, FEP: geringer Heizwert:

~ 2 kWh/kg

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Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien

Case study zum innerbetrieblichen Recycling von Einbettungsmaterialien:

• EVA, PVB, Ionomer

• Verfahrenstechnische und Anlagen-Entwicklung (NGR, Feldkirchen, A)

• Charakterisierung recyclierter Einbettungsmaterialien (JKU-IPMT)

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Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien

Einfluss auf thermische Übergänge und Vernetzbarkeit – EVA

40 60 80 100 120 140 160 180

1E-3

0,01

0,1

1

Folie

Granulat recycliert

Temperatur [°C]

Sp

eic

herm

odu

l E

' [M

Pa

]

Innerbetriebliches Recycling von EVA-Einbettungsfolien prinzipiell möglich

14 2014-11-11_gmW 14

Recyclierbarkeit von Einkapselungsmaterialien

Einfluss auf thermische Übergänge in der TGA – PVB

100 200 300 400 500 600

0

1

Folie

Granulat recycliert

Temperatur [°C]

rel. M

asse [%

]

Innerbetriebliches Recycling von PVB: Unterschiede feststellbar!

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End-of-Use Recycling von Einkapselungsmaterialien

Hemmnisse für werkstoffliches Recycling:

• Mehrschichtiger Laminataufbau Trennung der Einzelschichten?

• Veränderung der Stabilisierung Abbauprodukte?

• Technologische Weiterentwicklung verbesserte Produkte

• PET und EVA sind kostengünstige Einsatzstoffe Wirtschaftlichkeit?

Energetisches Recycling von Einkapselungsmaterialien

(in der Metallurgie Stand der Technik)

Entwicklung von halogenfreien Kunststoff-Einkapselungsmaterialien auf

Basis von C, H, O, N

Hemmnisse für chemisches Recycling:

• Hoher Energieaufwand für die Pyrolyse der Kunststoffe

• Heterogene Zusammensetzung der Pyrolysegase Trennung