WYZWANIA RECYKLINGU PANELÓW SŁONECZNYCH

W nadchodzącej dekadzie ilość odpadów z paneli słonecznych wzrośnie o ponad 4000%.Czy branża recyklingu paneli słonecznych jest gotowa obsłużyć takie ilości?Ponieważ popyt na nowe panele rośnie wykładniczo, a surowce są ograniczone, wyścig trwa.

Panel słonecznyrecykling staje się prawdziwym wyzwaniem.Energia słoneczna, mająca kluczowe znaczenie dla brytyjskiej strategii zerowej netto, jest trwałą i zrównoważoną opcją dla przedsiębiorstw i gospodarstw domowych, a jej wykorzystanie szybko rośnie.

W 2021 r. Wielka Brytania dodała 730 MW nowej mocy fotowoltaicznej, zwiększając łączną moc do 14,6 GW, co oznacza wzrost o 5,3% w porównaniu z 2020 r., a – w drugim kwartale 2022 r. – energia słoneczna stanowiła 6,4% całkowitej produkcji energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii.W kwietniowej strategii bezpieczeństwa energetycznego Departament ds. Biznesu, Energii i Strategii Przemysłowej (BEIS) potwierdził, że do 2035 r. oczekuje się, że wykorzystanie energii słonecznej w Wielkiej Brytanii wzrośnie pięciokrotnie, osiągając łączną moc do 70 GW: około 15 procent przewidywanej mocy w Wielkiej Brytanii Według McKinsey’a (i rosnącego) zapotrzebowania na energię elektryczną.

Pojawiającym się problemem jest to, co zrobić z panelami słonecznymi po upływie 30 lat ich żywotności.Wraz z rozwojem rynku w przyszłości będzie rosnąć rosnąca sterta odpadów fotowoltaicznych.Według Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) przewiduje się, że w ciągu następnej dekady Wielka Brytania wygeneruje 30 000 ton odpadów fotowoltaicznych.Ponadto przewiduje się, że gwałtowny wzrost liczby nieistniejących paneli pojawi się na rynku w latach trzydziestych XXI wiekupanele słoneczneod tysiąclecia zaczynają słabnąć.IRENA przewiduje, że w 2030 r. globalna ilość odpadów pochodzących z paneli słonecznych będzie wynosić od 1,7 do 8 milionów ton.

Co więcej, pojawia się potencjalne wąskie gardło w dostawach surowców, a popyt na panele przekroczy dostępność dziewiczych komponentów.

Rośnie presja na branżę recyklingu paneli słonecznych, aby zwiększyła swoje moce produkcyjne, aby poradzić sobie ze wzrostem liczby niedziałających paneli i wesprzeć produkcję nowych paneli słonecznych.W lipcu Sam Vanderhoof, ekspert branży fotowoltaicznej, zasugerował, że w skali globalnej tylko jeden na dziesięć paneli fotowoltaicznych (PV) jest poddawany recyklingowi, a reszta trafia na wysypiska śmieci, ponownie odnosząc się do danych IRENA.

Przepisy i zgodność

W Wielkiej Brytaniipanele słoneczne są formalnie klasyfikowane jakoElektryczne i elektroniczneSprzęt(EEE) w ramach specjalnej kategorii 14. Panele fotowoltaiczne jako takie podlegają przepisom dotyczącym zużytego EEE (WEEE);ich koniec życia jest monitorowany, a rozwój infrastruktury recyklingu stałych paneli słonecznych jest już w toku.

Producenci paneli fotowoltaicznych są zobowiązani do przystąpienia do Systemu Zgodności Producentów (PCS), raportowania tonaży wprowadzonych na rynek i uzyskiwania not zgodności w celu uwzględnienia przyszłego recyklingu tych jednostek.Muszą także oznaczać produkty, aby poinformować użytkowników i zakłady przetwarzania o składzie materiału i prawidłowej utylizacji.

Jednocześnie dystrybutorzy mają obowiązek zbierania produktów wycofanych z eksploatacji.Muszą posiadać procedurę odbioru odpadów fotowoltaicznych lub uczestniczyć w zatwierdzonym przez rząd programie odbioru.

Jednakże według Scotta Butlera, dyrektora naczelnego Material Focus, organizacji pozarządowej finansowanej z opłat za przestrzeganie przepisów WEEE, istnieją pewne szczególne względy, które będą miały wpływ na odzysk paneli słonecznych: „W przypadku fotowoltaiki można oczekiwać, że będzie istniała relacja instalatora/deinstalatora dla Gospodarstwa domowe.Chociaż jest to produkt krajowy, nie jest to coś, z czym wiele osób byłoby w stanie sobie poradzić samodzielnie.

„Wyobrażam sobie, że w demontażu musi uczestniczyć zarejestrowany specjalista od elektryki… i to on może być kluczem do zarządzania tymi [odpadami].Chociaż może to być trudne, ponieważ nie są przygotowani do radzenia sobie z odpadami, nie jest tak trudno zostać przewoźnikiem odpadów”.

Butler zauważa, że ​​recykling paneli fotowoltaicznych zbliżających się do końca może okazać się trudny ze względu na różnice w procesie produkcyjnym: „Jeśli chodzi o recykling, myślę, że wyzwaniem w przypadku ogniw fotowoltaicznych będzie zrozumienie chemii, ponieważ szczególnie na początku dzieje się wiele różnych mieszanin chemicznych.Rzeczy, które zaczną wychodzić teraz, są dość stare, 20 lat to dość długi cykl.Być może zatem istnieje luka informacyjna, którą należy wypełnić, jeśli chodzi o to, kto i co wprowadza na rynek, i co to jest”.

Procesy recyklingu

Procesy recyklingu paneli różnią się w zależności od składu paneli słonecznych, z których najpopularniejszym jest panel na bazie krzemu.Znane ze swojej przystępności cenowej i elastyczności krzemowe panele słoneczne stanowiły 73,3% udziału w rynku w 2020 r.;cienka folia stanowiła 10,4%, a panele wyprodukowane z innych materiałów (uczulone barwnikami, skoncentrowane fotowoltaiczne, hybrydy organiczne) stanowiły pozostałe 16,3% (Chowdhury i in., 2020).

Po zebraniu dowolnePanel fotowoltaicznyjest trudny do demontażu.Aluminiową ramę i skrzynkę przyłączeniową można łatwo zdemontować;wyzwaniem jest laminowana płaska tafla szkła, która zawiera niewielkie ilości metali żelaznych i nieżelaznych, tworzyw sztucznych i materiałów półprzewodnikowych.Jeśli chodzi o rozwiązania w zakresie przetwarzania, wyzwanie nie ma charakteru technicznego, ponieważ piroliza, separacja kriogeniczna (zamrażanie) i rozdrabnianie mechaniczne istnieją jako techniki oddzielania różnych materiałów.Największym wyzwaniem jest to, że panele fotowoltaiczne nie generują odpadów podobnych do odpadów opakowaniowych czy materiałów eksploatacyjnych o krótkiej żywotności.Zatem główne pytanie jest natury ekonomicznej: kto zainwestuje w linię oczyszczania, która nie ma pojęcia, kiedy odpady dotrą na miejsce?

Panele cienkowarstwowe wymagają procesu obróbki wymagającego kilku dodatkowych etapów odzyskiwania związku metalu – tellurku kadmu – w sposób przyjazny dla środowiska.Chociaż panele cienkowarstwowe są mniej popularnym wyborem, charakteryzują się bardziej efektywnym wykorzystaniem materiału, mieszcząc cieńszy półprzewodnik, co pozwala zaoszczędzić na kosztach i emisji dwutlenku węgla podczas produkcji.Panele te sprawdzają się lepiej przy słabym oświetleniu i pod „ekstremalnymi” kątami, co jest przydatne w przypadku powierzchni pionowych i fasad.

Aby odzyskać materiały, cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne są rozdrabniane w celu usunięcia laminowania, a następnie odłamki stałe i płynne oddzielane są za pomocą obracającej się śruby.Następnie folię usuwa się za pomocą kwasu i nadtlenku, po czym następuje usuwanie materiałów międzywarstwowych za pomocą wibracji, natomiast pozostałe szkło i metal oddziela się i odzyskuje.

Recykling paneli słonecznych na dużą skalę

Pomimo stałego wzrostu liczby inicjatyw w zakresie recyklingu, obecnie tylko 80–95% materiałów z paneli słonecznych, które trafiają do recyklingu, jest odzyskiwanych.Aby to osiągnąć, firma zajmująca się gospodarką odpadami Veolia prowadzi projekt mający na celu wprowadzenie pełnego recyklingu paneli słonecznych na skalę przemysłową w ramach trwającego projektu finansowanego przez EIT RawMaterials.ReProSolar opracowuje wysoce wydajny proces recyklingu paneli wycofanych z eksploatacji, umożliwiający odzysk wszystkich komponentów modułów fotowoltaicznych na bazie krzemu.

Wykorzystując technologię rozwarstwiania w celu oddzielenia ogniwa słonecznego od szklanej płyty, procesy fizyczne i chemiczne umożliwiają odzyskanie wszystkich materiałów, w tym czystego srebra i krzemu, bez niszczenia modułów fotowoltaicznych.

We współpracy z FLAXRES GmbH i ROSI Solar, dwafirmy technologicznektóre opracowują nowe metody odzyskiwania surowców z paneli fotowoltaicznych, do końca roku w ramach projektu przetestuje się wykonalność na skalę przemysłową, a w 2024 r. w zakładzie demonstracyjnym w Niemczech będzie przetwarzanych rocznie 5000 ton wycofanych modułów fotowoltaicznych.

Komercjalizacja pełnego procesu recyklingu jest kluczem do sprostania obecnym wyzwaniom rynkowym, zapewniając dużą podaż odzyskanych komponentów paneli fotowoltaicznych, aby zaspokoić rosnący popyt na panele i uporać się z rosnącymi ilościami odpadów z paneli słonecznych.

W miarę wzrostu popytu można osiągnąć znaczne korzyści gospodarcze z odzyskiwania komponentów paneli fotowoltaicznych o wysokiej wartości.Na przykład srebro, choć stanowi 0,05% masy panelu, stanowi 14% jego wartości rynkowej.Inne cenne i możliwe do odzyskania metale obejmują aluminium, miedź i tellur.Według Rystad Energy, choć wartość materiałów odzyskanych z wycofanych z eksploatacji paneli fotowoltaicznych jest obecnie warta 170 milionów dolarów, w 2030 roku ich wartość ma przekroczyć 2,7 miliarda dolarów.

Przeprojektowanie paneli słonecznych

Oprócz innowacji w świecie recyklingu paneli słonecznych, projekt paneli jest również na nowo projektowany z myślą o ponownym użyciu.Holenderska Organizacja Stosowanych Badań Naukowych (TNO) zaprezentowała w grudniu 2021 r. nowo opracowane panele słoneczne „Design for Recycling” (D4R), wyprodukowane z myślą o wycofaniu z eksploatacji.Panele o testowanej 30-letniej żywotności zostały zaprojektowane tak, aby można je było łatwo zdemontować bez uszkodzenia komponentów.

Panele, otoczone folią samoprzylepną, posiadają zintegrowany mechanizm spustowy do oddzielania komórek i ramek.Proces jest niskoenergetyczny i nie zawiera żadnych toksycznych pierwiastków.

Badania realizowane są w ramach dwóch projektów, z których pierwszym jest projekt DEREC, w ramach którego opracowano koncepcję i przetestowano panele D4R na małą skalę, aby zapewnić ich czysty demontaż po symulowanym okresie użytkowania.W ramach projektu PARSEC technologia zostanie następnie rozszerzona do pełnowymiarowych paneli D4R do użytku komercyjnego i mieszkaniowego.

Choć to panelezrobiony fabrycznieprawie 30 lat temu, które stanowią obecne wyzwanie dla podmiotów zajmujących się recyklingiem, panele D4R mogą uprościć recykling paneli, przyczyniając się do rozwoju branży.Oprócz nowych paneli konsorcjum bada techniki recyklingu obecnych modeli paneli słonecznych, aby uzyskać czysty krzem do ponownego użycia.

Podsumowując

Łącznie innowacje te są obiecujące, ponieważ skupiają się na komercjalizacji, choć nadal istnieją obawy, czy zostanie osiągnięta wymagana skala, przy rosnącym zarówno wolumenie nieistniejących paneli, jak i zapotrzebowaniu na nowe.Jeśli jednak wysiłki na rzecz komercjalizacji pójdą pomyślnie i jeśli uda się zrealizować plany produkcji paneli z całkowicie odzyskanych materiałów, branża paneli fotowoltaicznych czeka na solidną gospodarkę o obiegu zamkniętym.