Balancing and evaluation of the water jet cutting process for the composite separation of photovoltaic modules

Die zunehmende Menge an Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen), welche am Ende ihrer Lebensdauer angelangt sind, fordert effektive Recycling-Lösungen. Um alle Schichten (Backsheet, Solar Zellen, Glas) von PV-Modulen vollständig zu recyceln, ist eine effektive Trennmethode erforderlich. In dieser Arbeit wird der Einsatz des Wasserstrahlschneidens zur Trennung der PV-Komponenten Solarzellen, Backsheet und Glas untersucht und eine Massenbilanz erstellt. Insgesamt wurden fünf PV-Module von drei verschiedenen Produktionstypen dem Wasserstrahlschneideverfahren unterzogen. Der Druck und der Vorschub des Wasserstrahls wurden so eingestellt, dass nur jeweils eine Schicht abgetragen wird. Dabei wurde darauf geachtet, dass beim Abtrag des Backsheets die darunterliegenden Solar Zellen nicht durch den Wasserstrahl beschädigt werden. Im Vergleich zum Abtrag des Backsheets wurden für die Entfernung der Solar Zellen ein höherer Druck und niedrigere Vorschubraten verwendet damit die Zellen rückstandslos entfernt werden konnten. Nach dem jeweiligen entfernen einer Schicht wurden die abgetrennten Komponenten (Backsheet, Solar Zellen und Glas) eingesammelt und beprobt. Zusätzlich wurden während des gesamten Prozesses Wasserproben entnommen um den Materialverlust während des Verfahrens abschätzen zu können. Mit den gesammelten Daten wurde eine Massenbilanz erstellt um einerseits die durchschnittlichen Massen der gewonnenen Rohstoffe und andererseits um den Masseverlust abschätzen zu können. Die Werte wurden auch mit anderen Literaturwerten verglichen. Bei den Versuchen wurde deutlich, dass die Qualität der Trennung der Komponenten von Parametern der Herkunft (Alter, Witterung, Produktionsmethode, usw.) der Module abhängt. Diese Parameter waren bei den in diesem Experiment verwendeten PV- Modulen unbekannt. Das Verfahren selbst hat sich jedoch als effektiv erwiesen, und eine Trennung von Backsheet, Solar Zellen und Glas ist möglich. Es wurde ein durchschnittlicher Masseverlust von 1,2 kg festgestellt. Mögliche Erklärungen für diesen Masseverlust sind unterschiedliche Feuchtegrade der Proben da einerseits die Module vor dem Experiment unter freiem Himmel gelagert wurden und daher durch Regen feucht waren. Der Masseverlust kann teilweise aber auch durch den Prozess selbst versucht worden sein. Da beim Wasserstrahlschneiden hohe Drücke vorhanden sind, wird Material auch durch die Luft geschleudert. Dadurch ist es eine Herausforderung ein abgeschlossenes System für die Versuche zu erhalten. Der Masseverlust über das Abwasser ist gering. Durch das Reinigen und Rückführen des Wassers können wertvolle Rohstoffe rückgewonnen werden.