Entwicklung eines innovativen PV-Moduls auf Basis eines Standardisolierglases
Projektdurchführung
Flachglas Sülzfeld GmbH
Am Still
98617 Sülzfeld
Zielsetzung
Die Solarenergie gilt als eine der vielversprechendsten erneuerbaren Energiequellen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung der globalen Klimakrise. Durch die Nutzung der nahezu unerschöpflichen Energie der Sonne können fossile Brennstoffe zunehmend ersetzt und der CO₂-Ausstoß erheblich reduziert werden. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund des steigenden weltweiten Energiebedarfs und der Notwendigkeit nachhaltiger Energielösungen von großer Bedeutung.
Um das volle Potenzial der Solarenergie auszuschöpfen, sind kontinuierliche technologische Fortschritte erforderlich. In diesem Zusammenhang nimmt die Forschung zur Effizienzsteigerung und Kostenreduktion von Photovoltaikmodulen eine zentrale Stellung ein. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die Herstellungskosten zu senken, die Energieausbeute zu maximieren und gleichzeitig die Umweltbilanz der Produktion zu verbessern.
Ein besonders vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung innovativer Solarmodule auf Basis von Standardisolierglas. Dabei wird bewusst auf die üblicherweise verwendete Einkapselungsfolie zum Schutz der Solarzellen sowie auf den energieintensiven Laminierprozess verzichtet. Diese neuartige Technologie könnte gleich mehrere Vorteile mit sich bringen: Zum einen lassen sich durch den Verzicht auf bestimmte Materialien und Produktionsschritte die Herstellungskosten reduzieren. Zum anderen trägt die Eliminierung des Laminierprozesses dazu bei, den Energieverbrauch in der Produktion erheblich zu senken, was die Umweltbilanz der Solarmodule weiter verbessert.
Ein zentrales Ziel des Projekts ist es, die Umweltbelastungen durch die Solarmodulproduktion und Entsorgung zu minimieren. Der innovative Aufbau, der auf neuen Klebeverbindungen basiert, soll sicherstellen, dass alle Bestandteile des Moduls nach der Nutzungsphase einfach, kostengünstig und schnell recycelbar sind. Dies bedeutet, dass sowohl das Glas als auch die Solarzellen und Klebstoffe ohne große Aufwendungen voneinander getrennt werden können, was eine effiziente Rückgewinnung von Rohstoffen ermöglicht. Diese Recyclingfähigkeit kann den gesamten Lebenszyklus des Moduls umweltfreundlicher gestalten und die Notwendigkeit für den Abbau neuer Rohstoffe minimieren.
Arbeitsschritte
Evaluierung des Modulaufbaus und Abweichungen vom Standardaufbau:
Im Rahmen der Entwicklung von PV-Iso wurde ein normkonformer Modulaufbau definiert, der die Integration photovoltaischer Komponenten in Isolierglaseinheiten erlaubt. Dabei wurde gezielt analysiert, wo vom klassischen Aufbau abgewichen werden muss, ohne die thermischen oder mechanischen Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Auswahl geeigneter Klebstoffe zur Glas-PV-Zellen-Verbindung:
Zur Auswahl geeigneter Klebstoffe erfolgten eine umfassende Recherche und Herstellerkontakte. Die ausgewählten Systeme wurden entsprechend den Herstellervorgaben getestet. Bewertet wurden u. a. Topfzeit, Viskosität, Applizierbarkeit, Aushärtezeit und Automatisierbarkeit. Die daraus entstandenen PV-Iso-Prototypen mit vollständiger Zellmatrix wurden in einem Fassadenelement der Flachglas Sülzfeld verbaut und unter realen Bedingungen auf ihre Langzeitstabilität hin geprüft.
Elektrische Isolation im Randverbund:
Für die Durchführung der elektrischen Leiter durch den Randverbund wurden geeignete Isolationsmaterialien recherchiert und getestet. Wesentliches Kriterium war die Durchschlagfestigkeit. Voll funktionsfähige Musterscheiben wurden dazu beim Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) Isolationsprüfungen unterzogen (trocken und feucht). Die PV-Iso-Scheiben bestanden alle Tests und erfüllen damit die elektrischen Sicherheitsanforderungen für PV-Module.
Entwicklung einer Anschlusslösung:
Konventionelle Junctionboxen waren mit dem Aufbau von PV-Iso nicht kompatibel. Daher wurde eine eigene Lösung entwickelt: Eine kompakte, innerhalb des Glasverbunds integrierbare Anschlussbox. Nach zahlreichen 3D-gedruckten Prototypen entstand ein finales Design, das eine zuverlässige elektrische Verbindung sicherstellt – ohne strukturelle oder thermische Beeinträchtigung.
Recyclingfähigkeit der PV-Iso-Scheiben
Da etablierte Recyclingprozesse für Isolierglas bestehen, lag der Fokus auf der Trennung von PV-Zellen und Glas. Ziel war ein wirtschaftliches, automatisierbares Verfahren mit hoher Rückgewinnungsquote. Testmuster wurden verschiedenen Trennverfahren unterzogen. Bewertet wurden Effizienz, Sauberkeit, Glasunversehrtheit und Automatisierbarkeit. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Entwicklung eines nachhaltigen Recyclingsystems, das die stoffliche Wiederverwertung aller Hauptkomponenten ermöglicht.
Ergebnisse
Im zweijährigen Forschungsvorhaben „Entwicklung eines innovativen PV-Moduls auf Basis eines Standardisolierglases“ wurde ein neuartiges Photovoltaik-Modul konzipiert, das handelsübliches Isolierglas nutzt. Ziel war die Entwicklung eines auf Recycling und Materialeffizienz optimierten Designs.
Kern der Innovation ist die punktuelle Befestigung der PV-Strings im Inneren des Isolierglases. Diese ermöglicht eine sortenreine Trennung der Hauptkomponenten wie Glas, Silizium und Silber. Durch den Verzicht auf klassische Verkapselungsmaterialien, die das Recycling erschweren, kann eine effiziente Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe erfolgen. Das Design unterstützt somit eine nachhaltige Kreislaufführung gemäß den Prinzipien der Circular Economy.
Ein weiteres zentrales Entwicklungsziel war die elektrische Durchführung durch den Isolierglasaufbau. Der Strom aus den integrierten PV-Zellen muss nach außen abgeführt werden, ohne die Dichtigkeit des Glasverbunds zu beeinträchtigen. Das entwickelte System nutzt Standardisolierglas, erfüllt mechanische und elektrische Anforderungen und gewährleistet eine langfristige Funktionalität.
Die Ergebnisse markieren einen wichtigen Schritt hin zu nachhaltigen, recyclingfähigen Photovoltaikmodulen. Die Integration in Standard-Isolierglas eröffnet neue Einsatzfelder, insbesondere im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV).
In Deutschland schreibt das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG), basierend auf der EU-Richtlinie WEEE, vor, dass Hersteller PV-Altmodule zurücknehmen und fachgerecht recyceln. Dabei gelten Mindestverwertungsquoten von 85 % des Gesamtgewichts und 80 % stofflicher Verwertung. Zusätzlich finden Regelungen des Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrWG) und der Gewerbeabfallverordnung (GewAbfV) Anwendung.
PV-Iso wurde unter besonderer Berücksichtigung dieser Anforderungen entwickelt. Die Komponenten sind sortenrein, trennbar und recyclingfreundlich.
Zudem kann PV-Iso vollständig rückverfolgbar sein – von den Materialien bis zu den Fertigungsschritten. Dies erleichtert die Einhaltung regulatorischer Vorgaben und optimiert die Entsorgungsplanung.
Analysen im Rahmen von Rückbau- und Recyclingtests belegen Verwertungsquoten von über 90 % – ein Wert, der die gesetzlichen Mindestanforderungen deutlich übertrifft und die hohe Recyclingfähigkeit des Produkts bestätigt.
Öffentlichkeitsarbeit
Bereits im Januar 2025 wurde das Projekt auf der Bau Messe in München präsentiert. Am Messestand des Flachglas Markenkreises konnten Besucher die PV-Isolierglasscheiben kennenlernen und sich über die technischen Innovationen informieren. Die Resonanz war vielversprechend, sodass weitere Messebesuche geplant sind, um die Projektergebnisse einem noch größeren Publikum vorzustellen.
Neben den Messeauftritten spielt auch die Veröffentlichung in Fachzeitschriften eine zentrale Rolle. Im Herbst 2025 sollen detaillierte Artikel erscheinen, die sowohl die technische Umsetzung als auch die potenziellen Anwendungsbereiche beleuchten. Ein erster Beitrag ist bereits fest für die Fachzeitschrift Glaswelt eingeplant. Weitere Publikationen sind in Vorbereitung, um die Erkenntnisse einer breiten Fachleserschaft zugänglich zu machen.
Zusätzlich wird geprüft, inwiefern die digitalen Kanäle stärker genutzt werden können, beispielsweise durch Beiträge auf branchenrelevanten Webseiten, Fachforen oder Social-Media-Plattformen. So könnten nicht nur Experten aus der Glas- und Solarbranche, sondern auch Architekten, Bauherren und Investoren gezielt angesprochen werden.
Fazit
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde ein innovatives Photovoltaik-Modul entwickelt, das von Beginn an auf eine optimierte Recyclingfähigkeit ausgelegt wurde. Die Designstrategie zielte darauf ab, eine sortenreine Trennung der verwendeten Materialien zu ermöglichen, wodurch die Wiederverwertung wertvoller Rohstoffe, wie Glas, Silizium und Silber, erheblich vereinfacht wird. Im Projekt konnte nicht nur die grundsätzliche Recyclingfähigkeit des Moduls experimentell nachgewiesen, sondern auch ein systematischer Recyclingprozess erarbeitet werden.
Die mechanische und elektrische Stabilität des Moduls wurde durch Prüfverfahren erfolgreich validiert. Durch die Integration der Solarzellen in ein Standard Isolierglas, ein jahrzehntelang erprobtes Bauprodukt, wird auch eine langfristige Funktionssicherheit gewährleistet.
Im internationalen Markt existiert derzeit kein anderes PV-Modul, das eine vergleichbare Recyclingfähigkeit bietet.
Zukünftige Herausforderungen und Weiterentwicklung.
Für eine erfolgreiche Industrialisierung des neuartigen Moduls sind weitere Entwicklungsmaßnahmen sinnvoll. Insbesondere sind dies die folgenden Aspekte:
Modulare elektrische Durchführung:
Die Weiterentwicklung einer modularen und standardisierten elektrischen Kontaktierung.
Integration in eine Isolierglas-Produktionslinie:
Die Anpassung des Moduls an bestehende Produktionsprozesse für Isolierglas ist notwendig, um eine serienfähige und wirtschaftlich skalierbare Herstellung zu realisieren.