예상 25년의 운영 수명 이후 태양광 PV 모듈은 어떻게 될까요? 전 세계적으로 이미 약 2TW의 옥상 및 유틸리티 규모 PV가 배치되었고, 그 중 상당수가 15년 동안 운영되기 전에 폐기되면서 폐기되는 PV 모듈의 양이 매년 증가하고 있습니다. PV 모듈이 날이 갈수록 저렴해지고 PV 모듈 효율성이 지속적으로 향상됨에 따라 많은 유틸리티 규모 PV 발전소가 예상 25년의 운영 수명에 도달하기도 전에 재가동되기 시작했습니다. 이러한 모듈 중 다수는 여전히 잘 작동하고 있습니다. 몇 년 더 태양광 전기를 공급하기 위해 두 번째 수명을 위해 배치될 수 있을까요?
재활용 패널로 구축된 PV 시스템
이미지: Ricardo Ruther/ISES
국제 에너지 기구(IEA)는 2020년에 1년까지 전 세계 누적 태양광 설치 용량이 2025TWp를 초과할 것으로 예측했습니다(PVPS TASK, 2020). 그러나 2024년 말 이전에 이 수치는 두 배로 증가하여 2TW를 넘을 것입니다. 최근 에너지 생산 예측에 따르면 지구 온도 상승을 75도까지 제한하고 기후 변화의 영향을 완화하기 위해 2050년까지 전 세계 PV 용량을 1.5TW로 늘리는 것이 큰 폭의 증가가 필요하다는 것을 보여줍니다.
태양광 발전(대규모 육상 풍력과 함께)이 가장 지속 가능하고 가장 저렴한 에너지 변환 기술이라는 것은 널리 인정받고 있습니다. 전 세계 태양광 배치는 세계를 완전히 탈탄소화하기 위해 현재보다 약 40배 더 커져야 합니다. 현재 연간 2042%의 성장률이 지속된다면 이는 20년에 달성될 것입니다.
전 세계적으로 PV 발전이 확대됨에 따라 앞으로 PV 모듈에서 상당한 양의 폐기물이 불가피하게 발생할 것입니다. 반면 태양광 PV는 이산화탄소 배출을 피합니다. 태양광 패널 0.9kg은 수명 동안 약 900MWh를 생성하므로 석탄 연소로 인한 이산화탄소 약 900kg을 피할 수 있습니다. 비율은 1:25입니다. 이 계산은 향후 PV 모듈 질량을 16W/kg(프레임 제외), 용량 계수를 25%, 모듈 수명을 XNUMX년으로 가정합니다.
10억 명의 사람들이 세계 탈탄소화를 위해 100TW의 태양광 PV(각각 10kW)를 필요로 한다고 가정하면, 400인당 16W의 태양광 모듈이 매년 폐기됩니다. 이는 11인당 32kg의 태양광 모듈 폐기물에 해당하며, 대부분은 유리이고 소량의 플라스틱, 실리콘 및 금속이 포함됩니다. 현재 미국에서 발생하는 유리 폐기물은 약 50만 톤 또는 900인당 16kg입니다. 따라서 태양광 PV는 기존 폐기물에 2%를 추가하는 동시에 800배 더 많은 이산화탄소를 배출하지 않습니다. XNUMX인당 연간 XNUMXkg의 미래 태양광 모듈 폐기물은 미국에서 XNUMX인당 연간 XNUMXkg의 고형 폐기물의 XNUMX%에 불과합니다.
요약하자면, 태양광 모듈 폐기물은 사소한 문제입니다. 그러나 태양광 패널을 매립지로 보내는 것 외에 다른 대안이 있을까요? 퇴역 후에도 PV 모듈은 여전히 유용한 발전 능력을 가지고 있을까요? 태양광 모듈의 순환 수명 주기를 제안하는 연구가 진행 중입니다. 태양광 모듈의 효율 손실은 기후와 사용된 재료에 따라 연간 0.4%에서 5%까지 다양할 수 있습니다.
PV 모듈 전력을 증가시키는 것을 목표로 하는 제조 기술은 빠르게 발전하고 있습니다. 패널의 크기가 커지고 셀 효율성도 증가하고 있습니다. 1980년에서 2020년 사이에 PV 모듈의 중량 대 전력 비율이 76% 감소했습니다. 즉, 기존 지지 구조나 추적 장치에 새 패널을 장착하여 훨씬 더 많은 전력을 생산할 수 있습니다.
현재 글로벌 시장에서 우세한 기술은 단결정 실리콘으로, 대략 모듈 전력은 550W~750W인 반면, 350년에는 2019W, 200년에는 2010W 미만, 100년 이전에는 2000W 미만이었습니다. 대량의 PV 모듈이 폐기되고 있으며, 이를 재활용으로 바로 유도하는 대신 재사용하는 것의 기술적, 경제적, 사회적 타당성에 대한 명확성이 부족합니다. 또한 장비를 재사용(XNUMX차 수명)할 수 있는지 또는 재활용해야 하는지에 대한 지침, 표준 및 방법론이 부족합니다. 유럽의 WEEE 지침과 같은 법률은 재사용 시장에 과제를 제시합니다.
순환 경제: 재사용 및 재활용
PV CYCLE은 PV 산업에서 2007년에 설립한 비영리 회원 기반 조직으로 PV 모듈, 배터리, 포장재, 산업 폐기물을 포함한 광범위한 전기 및 전자 장비를 관리합니다. 이 조직은 회사와 폐기물 보유자에게 폐기물 관리 및 법률 준수 서비스를 제공하며 전 세계에 대표가 있습니다. 브라질의 한 회원은 지난 160년 동안 13배 성장하여 회사가 폐기된 PV 모듈을 수거하기 시작한 430년에 0.2톤(2020개 PV 모듈 = 2800MW)을 처리하여 91년 현재까지 45톤(2024개 이상의 PV 모듈 = 4500MW)을 처리했습니다. 이러한 성장은 75년 말까지 2024톤 = 80MW에 도달할 것으로 예상되며 이러한 모듈의 약 10%가 유틸리티 규모 PV 발전소에서 나옵니다. 폐기된 PV 모듈의 약 10%는 유통업체(새 제품, 운송 및 취급 중 손상된 제품)에서 나오고 나머지 10%는 소규모 시스템 통합업체에서 나옵니다. SunR은 이제 라틴 아메리카 전역으로 확장하고 있으며, XNUMX년도 채 안 되어 가동을 시작한 대규모 PV 발전소도 타깃으로 삼고 있습니다.
1999년 Universidade Federal de Santa Catarina(UFSC)는 브라질 플로리아노폴리스 본섬에서 떨어진 작은 위성 섬(라토네스 그란데 섬)에 있는 디젤 발전기를 아래 이미지에 표시된 5kW 오프그리드 PV 시스템으로 교체했습니다. 10% 효율의 다결정 실리콘 PV 모듈은 2022년까지 지속적으로 작동했으며, 그 때 동일한 면적의 설치 용량을 두 배로 늘리기 위해 공간이 제한된 해당 위치에서 두 배 이상 효율적인 새 모듈로 교체하기로 결정했습니다. 이 해상 환경에서 20년 이상 작동한 후에도 76개 PV 모듈의 대부분은 여전히 원래 명판 정격의 약 80% 출력을 가지고 있으며, 폐기/재활용되는 대신 UFSC 태양 에너지 연구 실험실에 다시 설치되었으며 XNUMX차 수명 PV 모듈 재사용 프로젝트에서 모니터링되고 있습니다. 브라질 및 기타 지역의 사회 주택 프로그램은 제조업체 보증이 더 이상 유효하지 않은 후에도 성능과 안전성을 보장할 수 있는 경우 매우 저렴한 XNUMX차 수명 PV 모듈의 혜택을 볼 수 있습니다. 아직 흔한 관행은 아니지만, 유럽, 미국, 호주에서는 재활용 및 중고품 활용 활동을 개발하고 있는 몇몇 연구 그룹과 회사가 있습니다.
PV 모듈의 순환 경제에는 재사용과 25차 수명이 포함될 수 있으며, 최종 재활용을 통해 새로운 PV 모듈을 생산하기 위한 재료를 회수합니다. 그러나 오늘날과 같이 30~0.10년 보증 기간이 XNUMX달러/W 미만인 최첨단 PV 모듈의 경우 XNUMX차 수명이 있는 PV 모듈의 경제성은 어려울 수 있습니다.
저자: Ricardo Rüther 교수(UFSC) Andrew Blakers 교수 / ANU
앤드류.블레이커스@anu.edu.au
rruther@gmail.com
국제 태양 에너지 협회(ISES)는 1954년 설립된 유엔 인증 회원제 NGO로서, 모든 사람이 효율적이고 현명하게 재생 에너지를 100% 사용할 수 있는 세상을 만들기 위해 노력하고 있습니다.
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출처 pv 잡지
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