想定される 25 年の運用寿命を過ぎた太陽光発電モジュールはどうなるのでしょうか。すでに世界中で約 2 TW の屋上および公共規模の太陽光発電が導入されており、その多くが 15 年の運用期間を経ずに廃止されているため、廃棄される太陽光発電モジュールの量は毎年増加しています。太陽光発電モジュールは日々安価になり、また、太陽光発電モジュールの効率も向上しているため、多くの公共規模の太陽光発電プラントは、想定される 25 年の運用期間に達する前に再発電され始めています。これらのモジュールの多くは、依然として良好なパフォーマンスを発揮しています。これらのモジュールを XNUMX 度目の運用に使用して、さらに数年間太陽光発電を供給できるでしょうか。
再利用パネルで構築された太陽光発電システム
画像: リカルド・ルーサー/ISES
国際エネルギー機関（IEA）は2020年、世界の太陽光発電の累積設置容量が1年までに2025TWpを超えると予測しました（PVPS TASK、2020）。しかし、2024年末までにこの数字は2倍の75TWを超えるでしょう。最近のエネルギー生産予測では、地球の気温上昇を2050℃に抑え、気候変動の影響を緩和するために、1.5年までに世界の太陽光発電容量をXNUMXTWにするという目標を掲げ、大幅な増加が必要であることが示されています。
太陽光発電（大規模な陸上風力発電と併せて）は、最も持続可能で低コストのエネルギー変換技術であることは広く認められています。世界を完全に脱炭素化するには、世界の太陽光発電の導入を現在の約 40 倍に拡大する必要があります。現在の年間 2042% の成長率が続くと、20 年に達成されることになります。
太陽光発電が世界規模で拡大すると、将来的にPVモジュールから大量の廃棄物が必然的に発生します。その一方で、太陽光発電は二酸化炭素の排出を回避します。太陽光パネル0.9kgあたり、その寿命期間中に約900MWhを発電し、石炭燃焼による二酸化炭素の約900kgを回避できます。比率は1:25です。この計算では、将来のPVモジュールの質量が16W/kg（フレームを除く）、容量係数が25%、モジュールの寿命がXNUMX年であると想定しています。
地球の脱炭素化のために、10億人が100 TWの太陽光発電（各10 kW）を必要とすると仮定すると、400人あたり16 Wの太陽光発電モジュールが毎年廃棄されることになります。これは、11人あたり年間32 kgの太陽光発電モジュール廃棄物に相当し、そのほとんどはガラスで、少量のプラスチック、シリコン、金属が含まれます。米国の現在のガラス廃棄物は約50万トン、900人あたり16 kgです。したがって、太陽光発電は、既存の廃棄物の2％を追加しながら、800倍の質量の二酸化炭素の排出を回避します。将来のXNUMX人あたり年間XNUMX kgの太陽光発電モジュール廃棄物は、米国のXNUMX人あたり年間XNUMX kgの年間固形廃棄物のわずかXNUMX％です。
まとめると、ソーラー モジュールの廃棄物は小さな問題です。しかし、ソーラー パネルを埋め立て地に送る以外の方法はあるのでしょうか。PV モジュールは、使用後も有効な発電能力を備えているのでしょうか。ソーラー モジュールの循環型ライフサイクルを提案する研究が進行中です。太陽光発電モジュールの効率低下は、気候や使用される材料に応じて、年間 0.4% から 5% の範囲になります。
PV モジュールの電力増加を目的とした製造技術は急速に進歩しています。パネルのサイズは大きくなり、セル効率も向上しています。1980 年から 2020 年の間に、PV モジュールの重量対電力比は 76% 削減されました。これは、新しいパネルを既存のサポート構造またはトラッカーに取り付けて、より多くの電力を生産できることを意味します。
現在、世界市場で主流となっている技術は単結晶シリコンで、モジュール電力は約 550 W ～ 750 W の範囲です。これは、350 年の 2019 W、200 年の 2010 W 未満、100 年以前の 2000 W 未満と比較すると低い値です。大量の PV モジュールが廃棄されていますが、それらを直接リサイクルするのではなく、セカンドライフで再利用することの技術的、経済的、社会的実現可能性については明確ではありません。さらに、機器を再利用できるか (セカンドライフ)、またはリサイクルする必要があるかを示すポリシー、基準、方法論が不足しています。欧州の WEEE 指令などの法律は、再利用市場にとって課題となっています。
循環型経済：再利用とリサイクル
PV CYCLEは、PVモジュール、バッテリー、パッケージ、産業廃棄物など、幅広い電気電子機器を管理するために2007年にPV業界によって設立された非営利の会員制組織です。企業や廃棄物保有者向けに廃棄物管理および法令遵守サービスを提供しており、世界中に代理店があります。ブラジルの会員の160つは、過去13年間で430倍に成長し、廃棄されたPVモジュールの収集を開始した0.2年には2020トン（PVモジュール2800個= 91 MW）を処理していましたが、45年にはこれまでに2024トン（PVモジュール4500個以上= 75 MW）を処理しています。この成長は、2024年末までに80トン= 10 MWに達すると予測されており、これらのモジュールの10％近くは、公益規模のPV発電所からのものです。廃棄されるPVモジュールの約10%は販売業者（新品、輸送中および取り扱い中に損傷）からのものであり、残りのXNUMX%は小規模なシステムインテグレーターからのものである。SunRは現在、ラテンアメリカ全域に拡大しており、稼働開始からXNUMX年未満の大規模PV発電所もターゲットにしている。
1999年、サンタカタリーナ連邦大学（UFSC）は、ブラジルのフロリアノポリス本島沖の小さな衛星島（ラトネスグランデ島）のディーゼル発電機を、以下の画像に示す5kWのオフグリッドPVシステムに交換しました。効率10%の多結晶シリコンPVモジュールは、2022年まで継続的に稼働していましたが、スペースが限られた場所の同じエリアの設置容量を20倍にするために、効率が76倍以上の新しいモジュールに交換することが決定されました。このオフショア環境で80年以上稼働した後も、XNUMX個のPVモジュールのほとんどは、元の銘板定格の約XNUMX%の出力を維持しており、廃棄/リサイクルされる代わりに、UFSC太陽エネルギー研究ラボに再設置され、セカンドライフのPVモジュール再利用プロジェクトで監視されています。ブラジルやその他の地域の社会住宅プログラムは、メーカーの保証期間が切れた後も性能と安全性が保証されていれば、非常に低コストの再利用PVモジュールの恩恵を受けることができます。まだ一般的な慣行ではありませんが、ヨーロッパ、米国、オーストラリアには、再利用と再利用活動を開発している研究グループや企業がいくつか存在します。
PV モジュールの循環型経済には、最終的なリサイクルの前に、再利用とセカンドライフが含まれ、新しい PV モジュールの製造のために材料を回収します。ただし、現在の最先端の PV モジュールは 25 ～ 30 年の保証が $0.10/W 未満であるため、セカンドライフ PV モジュールの経済性は厳しいと言えます。
著者: リカルド・ルーサー教授 (UFSC)、 アンドリュー・ブレイカーズ教授 /ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
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国際太陽エネルギー協会である ISES は、1954 年に設立された国連認定の会員制 NGO で、すべての人が 100% 再生可能エネルギーを効率的かつ賢く利用できる世界を目指して活動しています。
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