Wat gebeurt er met een zonne-PV-module na de verwachte operationele levensduur van 25 jaar? Met ongeveer 2 TW aan PV op daken en op nutsbedrijvenschaal die wereldwijd al zijn ingezet, en een groot aantal daarvan wordt afgedankt voordat ze 15 jaar in bedrijf zijn, groeit het aantal PV-modules dat wordt weggegooid elk jaar. Omdat PV-modules met de dag goedkoper worden en de efficiëntie van PV-modules voortdurend verbetert, worden veel PV-centrales op nutsbedrijvenschaal opnieuw van stroom voorzien, zelfs voordat ze hun verwachte operationele levensduur van 25 jaar hebben bereikt. Veel van deze modules presteren nog steeds goed. Kunnen ze worden ingezet voor een tweede leven om nog een paar jaar zonne-energie te leveren?
Een PV-systeem gebouwd met hergebruikte panelen
Afbeelding: Ricardo Ruther/ISES
Het Internationaal Energieagentschap (IEA) voorspelde in 2020 dat de wereldwijde cumulatieve geïnstalleerde capaciteit van fotovoltaïsche cellen in 1 de 2025 TWp zou overschrijden (PVPS TASK, 2020). Echter, voor het einde van 2024 zal dit cijfer verdubbeld zijn tot meer dan 2 TW. Recente voorspellingen over energieproductie geven aan dat een grote toename noodzakelijk is, met een doel van 75 TW aan wereldwijde PV-capaciteit in 2050 om de wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot 1.5 C en de gevolgen van klimaatverandering te verzachten.
Het is algemeen erkend dat zonne-energie (samen met grootschalige onshore windenergie) de meest duurzame en goedkoopste technologie is voor energieomzetting. De wereldwijde inzet van zonne-energie moet ongeveer 40 keer groter worden dan nu om de wereld volledig te decarboniseren. Dit zal in het jaar 2042 worden bereikt als de huidige groeivoet van 20% per jaar aanhoudt.
De groei van PV-opwekking op wereldschaal zal in de toekomst onvermijdelijk resulteren in een aanzienlijke hoeveelheid afval van PV-modules. Aan de andere kant vermijdt zonne-PV de uitstoot van koolstofdioxide. Elke kg zonnepaneel genereert ongeveer 0.9 MWh gedurende zijn levensduur, wat een vermijding van ongeveer 900 kg koolstofdioxide door kolenverbranding mogelijk maakt - een verhouding van 900:1. Deze berekening gaat uit van een toekomstige PV-modulemassa van 25 W/kg (exclusief frame), een capaciteitsfactor van 16% en een modulelevensduur van 25 jaar.
Als we aannemen dat 10 miljard mensen 100 TW aan zonne-PV (elk 10 kW) nodig hebben voor wereldwijde decarbonisatie, dan zal er elk jaar 400 W/persoon aan zonnepanelen verdwijnen. Dit komt neer op 16 kg aan afval van zonnepanelen per persoon per jaar, waarvan het grootste deel bestaat uit glas met een kleine hoeveelheid plastic, silicium en metalen. De huidige glasafvalstroom in de VS bedraagt ongeveer 11 miljoen ton of 32 kg per persoon. Zonne-PV voegt dus 50% toe aan de bestaande afvalstroom, terwijl de uitstoot van 900 keer grotere massa koolstofdioxide wordt vermeden. Het toekomstige afval van zonnepanelen van 16 kg per persoon per jaar is slechts 2% van de 800 kg per persoon per jaar aan jaarlijks vast afval in de VS.
Samenvattend is afval van zonnepanelen een klein probleem. Is er echter een alternatief voor het storten van zonnepanelen? Hebben PV-modules na pensionering nog steeds bruikbare energieopwekkingscapaciteiten? Er zijn studies gaande die een circulaire levenscyclus voor zonnepanelen voorstellen. Het efficiëntieverlies in een fotovoltaïsche module kan variëren van 0.4% tot 5% per jaar, afhankelijk van het klimaat en de gebruikte materialen.
Productietechnologie, gericht op het verhogen van het vermogen van PV-modules, boekt snel vooruitgang. Panelen worden groter en de celefficiëntie neemt ook toe. Tussen 1980 en 2020 werd een reductie van 76% in de gewicht-tot-vermogensverhouding van PV-modules bereikt. Dit betekent dat nieuwe panelen op bestaande ondersteuningsstructuren of trackers kunnen worden gemonteerd om veel meer vermogen te produceren.
Momenteel is de dominante technologie op de wereldmarkt monokristallijn silicium met een geschat modulevermogen van 550 W tot 750 W, vergeleken met 350 W in 2019, minder dan 200 W in 2010 en minder dan 100 W vóór 2000. Grote hoeveelheden PV-modules worden weggegooid en er is een gebrek aan duidelijkheid over de technische, economische en sociale haalbaarheid van het hergebruiken ervan in een tweede leven in plaats van ze rechtstreeks naar recycling te leiden. Bovendien is er een gebrek aan beleid, normen en methodologieën die bepalen of de apparatuur kan worden hergebruikt (tweede leven) of moet worden gerecycled. Wetgeving, zoals de WEEE-richtlijn in Europa, vormt een uitdaging voor de hergebruikmarkt.
Circulaire economie: hergebruik en recycling
PV CYCLE is een non-profitorganisatie die in 2007 door de PV-industrie is opgericht om een breed scala aan elektrische en elektronische apparatuur te beheren, waaronder PV-modules, batterijen, verpakkingen en industrieel afval. Het biedt afvalbeheer en wettelijke nalevingsdiensten voor bedrijven en afvalhouders en heeft vertegenwoordigers over de hele wereld. Een dergelijk lid in Brazilië groeide de afgelopen vier jaar met een factor 160 en verwerkte 13 ton (430 PV-modules = 0.2 MW) in 2020 toen het bedrijf begon met het inzamelen van afgedankte PV-modules, tot 2800 ton (meer dan 91 duizend PV-modules = 45 MW) tot nu toe in 2024. Deze groei zal naar verwachting 4500 ton = 75 MW bereiken tegen het einde van 2024; bijna 80% van deze modules komt van PV-energiecentrales op nutsbedrijfschaal. Ongeveer 10% van de afgedankte PV-modules komt van distributeurs (gloednieuw, beschadigd tijdens transport en verwerking) en de resterende 10% komt van kleinere systeemintegratoren. SunR breidt zich nu uit naar heel Latijns-Amerika en richt zich daarbij ook op de grootschalige PV-energiecentrales die minder dan 10 jaar geleden in gebruik zijn genomen.
In 1999 verving de Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) een dieselgenerator op een klein satelliet-eiland (Ratones Grande-eiland) voor het hoofdeiland Florianopolis, Brazilië, met een 5 kW off-grid PV-systeem dat op de onderstaande afbeeldingen wordt weergegeven. De 10% efficiënte polykristallijne silicium PV-modules werkten continu tot 2022, toen werd besloten ze te vervangen door nieuwe modules die meer dan twee keer zo efficiënt waren om de geïnstalleerde capaciteit in hetzelfde gebied op die locatie met beperkte ruimte te verdubbelen. Na meer dan 20 jaar in deze offshore-omgeving te hebben gewerkt, hebben de meeste van de 76 PV-modules nog steeds een output van ongeveer 80% van de oorspronkelijke nominale waarde en in plaats van te worden weggegooid/gerecycled, werden ze opnieuw geïnstalleerd in het zonne-energieonderzoekslaboratorium van de UFSC en worden ze gemonitord in een tweede leven, PV-modulehergebruikproject. Sociale huisvestingsprogramma's in Brazilië en elders kunnen profiteren van zeer goedkope, tweede leven PV-modules, op voorwaarde dat hun prestaties en veiligheid kunnen worden gegarandeerd nadat de garanties van de fabrikant niet langer geldig zijn. Hoewel het nog geen gangbare praktijk is, zijn er in Europa, de VS en Australië diverse onderzoeksgroepen en bedrijven die activiteiten op het gebied van hergebruik en second life ontwikkelen.
De circulaire economie van PV-modules zou hergebruik en een tweede leven kunnen omvatten, vóór de uiteindelijke recycling om materialen te herwinnen voor de productie van nieuwe PV-modules. Echter, met state-of-the-art PV-modules met 25-30 jaar garantie onder de $ 0.10/W, zoals we die nu hebben, is de economie van tweedehands PV-modules een lastige gok.
Auteurs: prof. Ricardo Rüther (UFSC), Prof. Andrew Blakers /ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, de International Solar Energy Society, is een door de VN geaccrediteerde NGO die in 1954 werd opgericht en streeft naar een wereld met 100% hernieuwbare energie voor iedereen, die efficiënt en verstandig wordt gebruikt.
De standpunten en meningen in dit artikel zijn van de auteur en weerspiegelen niet noodzakelijk die van pv tijdschrift.
Deze content is auteursrechtelijk beschermd en mag niet worden hergebruikt. Als u met ons wilt samenwerken en een deel van onze content wilt hergebruiken, neem dan contact op met: editors@pv-magazine.com.
Bron van pv tijdschrift
Disclaimer: De hierboven vermelde informatie wordt onafhankelijk van Chovm.com door pv-magazine.com verstrekt. Chovm.com geeft geen verklaringen en garanties met betrekking tot de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkoper en producten. Chovm.com wijst uitdrukkelijk elke aansprakelijkheid af voor inbreuken met betrekking tot het auteursrecht op inhoud.
