اقتصاد دایره ای و فتوولتائیک خورشیدی: آیا موردی برای ماژول های PV زندگی دوم وجود دارد؟

چه اتفاقی برای یک ماژول PV خورشیدی پس از عمر عملیاتی 25 ساله مورد انتظار آن می‌افتد؟ با توجه به اینکه حدود 2 TW PV روی پشت بام و مقیاس کاربردی در سراسر جهان مستقر شده است، و تعداد زیادی از آنها قبل از 15 سال کار بازنشسته شده اند، تعداد ماژول های PV که دور ریخته می شوند هر سال در حال افزایش است. از آنجایی که ماژول‌های PV روز به روز ارزان‌تر می‌شوند و با بهبود مداوم راندمان ماژول‌های PV، بسیاری از نیروگاه‌های PV در مقیاس شهری حتی قبل از رسیدن به 25 سال کار مورد انتظار خود شروع به تجدید نیرو می‌کنند. بسیاری از این ماژول ها هنوز هم عملکرد خوبی دارند. آیا می توان آنها را برای یک عمر دوم برای تامین برق خورشیدی برای چند سال دیگر مستقر کرد؟

^{یک سیستم PV ساخته شده با پانل های استفاده مجدد}

^{تصویر: ریکاردو روتر/ISES}

آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در سال 2020 پیش‌بینی کرد که ظرفیت نصب تجمعی جهانی فتوولتائیک‌ها تا سال 1 از 2025 TWp تجاوز خواهد کرد (PVPS TASK, 2020). با این حال، قبل از پایان سال 2024، این رقم دو برابر شده و به بیش از 2 TW خواهد رسید. پیش‌بینی‌های اخیر تولید انرژی نشان می‌دهد که افزایش زیادی لازم است، با هدف 75 TW ظرفیت PV جهانی تا سال 2050 برای محدود کردن افزایش دمای جهانی به 1.5 درجه سانتی‌گراد و کاهش اثرات تغییرات آب و هوایی.

به طور گسترده ای پذیرفته شده است که فتوولتائیک خورشیدی (همراه با باد خشکی در مقیاس بزرگ) پایدارترین و کم هزینه ترین فناوری تبدیل انرژی است. استقرار جهانی خورشیدی باید حدود 40 برابر بزرگتر از امروز باشد تا به طور کامل جهان را کربن زدایی کند. اگر نرخ رشد فعلی 2042 درصد در سال ادامه یابد، این امر در سال 20 محقق خواهد شد.

رشد تولید PV در مقیاس جهانی به ناچار منجر به مقدار قابل توجهی زباله از ماژول های PV در آینده خواهد شد. از سوی دیگر، PV خورشیدی از انتشار دی اکسید کربن جلوگیری می کند. هر کیلوگرم پنل خورشیدی در طول عمر خود حدود 0.9 مگاوات ساعت تولید می کند، که اجازه می دهد تا از حدود 900 کیلوگرم دی اکسید کربن ناشی از سوزاندن زغال سنگ جلوگیری شود - نسبت 900:1. این محاسبه جرم آتی ماژول PV را 25 وات بر کیلوگرم (بدون احتساب قاب)، ضریب ظرفیت 16 درصد و طول عمر ماژول 25 سال فرض می کند.

اگر فرض کنیم که 10 میلیارد نفر به 100 TW PV خورشیدی (هر کدام 10 کیلووات) برای کربن زدایی جهانی نیاز دارند، آنگاه هر سال 400 وات در هر نفر از ماژول های خورشیدی بازنشسته می شود. این مقدار 16 کیلوگرم زباله ماژول خورشیدی برای هر نفر در سال است که بیشتر آن شیشه با مقدار کمی پلاستیک، سیلیکون و فلز است. جریان زباله شیشه ای فعلی در ایالات متحده حدود 11 میلیون تن یا 32 کیلوگرم برای هر نفر است. بنابراین، PV خورشیدی 50٪ به جریان زباله های موجود اضافه می کند در حالی که از انتشار 900 برابر جرم بیشتر دی اکسید کربن جلوگیری می کند. ضایعات آتی ماژول خورشیدی 16 کیلوگرمی به ازای هر نفر در سال تنها 2 درصد از 800 کیلوگرم زباله جامد سالانه برای هر نفر در سال در ایالات متحده است.

به طور خلاصه، ضایعات ماژول خورشیدی یک مسئله جزئی است. با این حال، آیا جایگزینی برای ارسال پنل های خورشیدی به محل دفن زباله وجود دارد؟ آیا پس از بازنشستگی، آیا ماژول های PV همچنان قابلیت تولید برق مفیدی دارند؟ مطالعاتی در حال انجام است که چرخه زندگی دایره ای را برای ماژول های خورشیدی پیشنهاد می کند. افت راندمان در یک ماژول فتوولتائیک بسته به آب و هوا و مواد مورد استفاده می تواند از 0.4٪ تا 5٪ در سال متغیر باشد.

فناوری ساخت با هدف افزایش توان ماژول PV به سرعت در حال پیشرفت است. اندازه پانل ها افزایش می یابد و کارایی سلول نیز افزایش می یابد. بین سال‌های 1980 و 2020، کاهش 76 درصدی در نسبت وزن به توان ماژول‌های PV به دست آمد. این بدان معنی است که پانل های جدید را می توان بر روی ساختارهای پشتیبانی یا ردیاب های موجود برای تولید قدرت بسیار بیشتر نصب کرد.

در حال حاضر، فناوری غالب در بازار جهانی، سیلیکون تک کریستالی با توان تقریبی ماژول از 550 وات تا 750 وات است، در مقایسه با 350 وات در سال 2019، کمتر از 200 وات در سال 2010، و کمتر از 100 وات قبل از سال 2000. امکان سنجی فنی، اقتصادی و اجتماعی استفاده مجدد از آنها در زندگی دوم به جای هدایت مستقیم آنها به بازیافت. علاوه بر این، فقدان خط‌مشی‌ها، استانداردها و روش‌هایی وجود دارد که راهنمایی کند آیا تجهیزات می‌توانند دوباره استفاده شوند (عمر دوم) یا باید بازیافت شوند. قوانین، مانند دستورالعمل WEEE در اروپا، چالشی را برای بازار استفاده مجدد ایجاد می کند.

اقتصاد دایره ای: استفاده مجدد و بازیافت

PV CYCLE یک سازمان غیرانتفاعی و مبتنی بر اعضا است که در سال 2007 توسط صنعت PV برای مدیریت طیف گسترده ای از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی از جمله ماژول های PV، باتری ها، بسته بندی و زباله های صنعتی تاسیس شد. خدمات مدیریت پسماند و انطباق قانونی را برای شرکت ها و دارندگان زباله ارائه می دهد و نمایندگانی در سراسر جهان دارد. یکی از این اعضا در برزیل در چهار سال گذشته 160 برابر رشد کرده است و در سال 13 زمانی که شرکت شروع به جمع‌آوری ماژول‌های PV دور انداخته کرد، 430 تن (0.2 ماژول PV = 2020 مگاوات) را پردازش کرد و به 2800 تن (بیش از 91 هزار ماژول PV = 45 مگاوات) تا کنون در سال 2024 پیش‌بینی می‌شود که این رشد در 4500 مگاوات باشد. پایان سال 75؛ نزدیک به 2024 درصد از این ماژول ها از نیروگاه های PV در مقیاس شهری می آیند. حدود 80٪ از ماژول های PV دور ریخته شده از توزیع کنندگان (با نام تجاری جدید، آسیب دیده در حین حمل و نقل و جابجایی) و 10٪ باقی مانده از یکپارچه سازهای سیستم کوچکتر هستند. SunR اکنون در حال گسترش به کل آمریکای لاتین است و نیروگاه های PV در مقیاس بزرگ را نیز هدف قرار می دهد که کمتر از 10 سال پیش راه اندازی شده بودند.

در سال 1999، Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) یک دیزل ژنراتور را در یک جزیره ماهواره ای کوچک (جزیره Ratones Grande) در نزدیکی جزیره اصلی Florianopolis، برزیل، با یک سیستم PV خارج از شبکه 5 کیلوواتی که در تصاویر زیر نشان داده شده است، جایگزین کرد. ماژول‌های PV سیلیکون پلی کریستالی با کارآمدی 10 درصد به طور مداوم تا سال 2022 کار می‌کردند، زمانی که تصمیم گرفته شد آنها را با ماژول‌های جدید بیش از دو برابر کارآمدتر جایگزین کنند تا ظرفیت نصب‌شده در همان منطقه در آن مکان محدود به فضا دو برابر شود. پس از بیش از 20 سال کار در این محیط فراساحلی، اکثر 76 ماژول PV هنوز خروجی حدود 80 درصد از امتیاز پلاک اصلی دارند و به جای دور انداختن/بازیافت، مجدداً در آزمایشگاه تحقیقات انرژی خورشیدی UFSC نصب شدند و در یک پروژه استفاده مجدد از ماژول PV با عمر دوم نظارت می شوند. برنامه‌های مسکن اجتماعی در برزیل و جاهای دیگر می‌توانند از ماژول‌های PV بسیار کم‌هزینه و عمر دوم بهره ببرند، مشروط بر اینکه عملکرد و ایمنی آن‌ها پس از معتبر نبودن ضمانت‌های سازنده تضمین شود. علیرغم اینکه هنوز یک روش معمول نیست، چندین گروه و شرکت تحقیقاتی در اروپا، ایالات متحده آمریکا و استرالیا وجود دارد که در آنها استفاده مجدد و فعالیت های زندگی دوم در حال توسعه است.

اقتصاد دایره ای ماژول های PV می تواند شامل استفاده مجدد و عمر دوم، قبل از بازیافت نهایی برای بازیابی مواد برای تولید ماژول های PV جدید باشد. با این حال، با پیشرفته‌ترین ماژول‌های PV با ضمانت‌های 25 تا 30 ساله کمتر از 0.10 دلار در وات، همانطور که امروز داریم، اقتصاد ماژول‌های PV عمر دوم یک شرط سخت است.

نویسندگان: پروفسور ریکاردو روتر (UFSC)، پروفسور اندرو بلیکرز /ANU

Andrew.blakers@anu.edu.au

rruther@gmail.com

ISES، انجمن بین‌المللی انرژی خورشیدی، یک سازمان غیردولتی با عضویت در سازمان ملل است که در سال 1954 تأسیس شد و در راستای جهانی با 100٪ انرژی تجدیدپذیر برای همه، استفاده کارآمد و عاقلانه کار می‌کند.

نظرات و نظرات بیان شده در این مقاله متعلق به خود نویسنده است و لزوماً منعکس کننده نظراتی نیست که توسط مجله pv.

این محتوا توسط حق چاپ محافظت می شود و امکان استفاده مجدد وجود ندارد. اگر می‌خواهید با ما همکاری کنید و می‌خواهید از برخی از محتوای ما دوباره استفاده کنید، لطفاً با: editors@pv-magazine.com تماس بگیرید.

منبع از مجله pv

سلب مسئولیت: اطلاعات ذکر شده در بالا توسط pv-magazine.com مستقل از Chovm.com ارائه شده است. Chovm.com هیچ گونه نمایندگی و ضمانتی در مورد کیفیت و قابلیت اطمینان فروشنده و محصولات نمی دهد. Chovm.com صراحتاً هر گونه مسئولیتی را در قبال نقض حق نسخه برداری محتوا سلب می کند.