Co dzieje się z modułem fotowoltaicznym po oczekiwanym 25-letnim okresie eksploatacji? Przy około 2 TW instalacji fotowoltaicznej na dachach i w skali przemysłowej już wdrożonych na całym świecie, a duża liczba z nich jest wycofywana przed upływem 15 lat eksploatacji, liczba modułów fotowoltaicznych wyrzucanych rośnie każdego roku. Ponieważ moduły fotowoltaiczne stają się tańsze z dnia na dzień, a wraz z ciągłym ulepszaniem wydajności modułów fotowoltaicznych, wiele elektrowni fotowoltaicznych w skali przemysłowej zaczyna być ponownie zasilanych, nawet zanim osiągną oczekiwany okres eksploatacji wynoszący 25 lat. Wiele z tych modułów nadal działa dobrze. Czy można je wdrożyć na drugie życie, aby dostarczać energię słoneczną przez kilka kolejnych lat?
System fotowoltaiczny zbudowany z paneli pochodzących z recyklingu
Zdjęcie: Ricardo Ruther/ISES
Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) prognozowała w 2020 r., że globalna skumulowana zainstalowana moc fotowoltaiczna przekroczy 1 TWp do 2025 r. (PVPS TASK, 2020). Jednak przed końcem 2024 r. liczba ta podwoi się do ponad 2 TW. Najnowsze prognozy produkcji energii wskazują, że konieczny jest duży wzrost, z celem 75 TW globalnej mocy fotowoltaicznej do 2050 r., aby ograniczyć wzrost globalnej temperatury do 1.5 C i złagodzić skutki zmiany klimatu.
Powszechnie wiadomo, że fotowoltaika słoneczna (wraz z wielkoskalową lądową energią wiatrową) jest najbardziej zrównoważoną i najtańszą technologią konwersji energii. Globalne wdrażanie energii słonecznej musi wzrosnąć około 40 razy bardziej niż obecnie, aby w pełni zdekarbonizować świat. Zostanie to osiągnięte w roku 2042, jeśli utrzyma się obecne tempo wzrostu na poziomie 20% rocznie.
Wzrost generacji PV na skalę globalną nieuchronnie doprowadzi do znacznej ilości odpadów z modułów PV w przyszłości. Z drugiej strony, fotowoltaika słoneczna pozwala uniknąć emisji dwutlenku węgla. Każdy kg panelu słonecznego generuje około 0.9 MWh w ciągu swojego okresu użytkowania, co pozwala uniknąć około 900 kg dwutlenku węgla ze spalania węgla – stosunek 900:1. Obliczenia te zakładają przyszłą masę modułu PV wynoszącą 25 W/kg (bez ramy), współczynnik wykorzystania mocy 16% i żywotność modułu wynoszącą 25 lat.
Jeśli założymy, że 10 miliardów ludzi potrzebuje 100 TW fotowoltaiki (10 kW każda) na globalną dekarbonizację, to 400 W/osobę modułów fotowoltaicznych będzie wycofywanych z użytku każdego roku. Stanowi to 16 kg odpadów z modułów fotowoltaicznych na osobę rocznie, z czego większość to szkło z niewielką ilością plastiku, krzemu i metali. Obecny strumień odpadów szklanych w USA wynosi około 11 milionów ton lub 32 kg na osobę. Tak więc fotowoltaika dodaje 50% do istniejącego strumienia odpadów, jednocześnie unikając emisji 900 razy większej masy dwutlenku węgla. Przyszłe odpady z modułów fotowoltaicznych wynoszące 16 kg na osobę rocznie stanowią zaledwie 2% 800 kg na osobę rocznie rocznych odpadów stałych w USA.
Podsumowując, odpady z modułów słonecznych to niewielki problem. Czy jednak istnieje alternatywa dla wysyłania paneli słonecznych na wysypisko? Czy po wycofaniu z użytku moduły PV nadal mają użyteczne możliwości wytwarzania energii? Trwają badania, które proponują cykl życia modułów słonecznych. Utrata wydajności w module fotowoltaicznym może wynosić od 0.4% do 5% rocznie, w zależności od klimatu i użytych materiałów.
Technologia produkcji, której celem jest zwiększenie mocy modułów PV, szybko się rozwija. Panele są coraz większe, a wydajność ogniw również wzrasta. W latach 1980–2020 osiągnięto 76% redukcję stosunku masy do mocy modułów PV. Oznacza to, że nowe panele można montować na istniejących konstrukcjach wsporczych lub trackerach, aby wytwarzać znacznie więcej mocy.
Obecnie dominującą technologią na rynku światowym jest monokrystaliczny krzem o przybliżonej mocy modułu od 550 W do 750 W, w porównaniu z 350 W w 2019 r., poniżej 200 W w 2010 r. i poniżej 100 W przed 2000 r. Duże ilości modułów fotowoltaicznych są wyrzucane, a brak jest jasności co do technicznej, ekonomicznej i społecznej wykonalności ponownego ich wykorzystania w drugim życiu zamiast kierowania ich bezpośrednio do recyklingu. Ponadto brakuje polityk, norm i metodologii regulujących, czy sprzęt można ponownie wykorzystać (drugie życie), czy należy poddać recyklingowi. Przepisy, takie jak dyrektywa WEEE w Europie, stanowią wyzwanie dla rynku ponownego wykorzystania.
Gospodarka o obiegu zamkniętym: ponowne wykorzystanie i recykling
PV CYCLE to organizacja non-profit, oparta na członkostwie, założona w 2007 roku przez branżę fotowoltaiczną w celu zarządzania szeroką gamą sprzętu elektrycznego i elektronicznego, w tym modułów fotowoltaicznych, baterii, opakowań i odpadów przemysłowych. Oferuje usługi zarządzania odpadami i zgodności z przepisami dla firm i posiadaczy odpadów i ma przedstawicieli na całym świecie. Jeden z takich członków w Brazylii wzrósł 160-krotnie w ciągu ostatnich czterech lat, przetwarzając 13 ton (430 modułów fotowoltaicznych = 0.2 MW) w 2020 roku, kiedy firma rozpoczęła zbieranie wyrzuconych modułów fotowoltaicznych, do 2800 ton (ponad 91 tysięcy modułów fotowoltaicznych = 45 MW) do tej pory w 2024 roku. Przewiduje się, że wzrost ten osiągnie 4500 ton = 75 MW do końca 2024 roku; blisko 80% tych modułów pochodzi z elektrowni fotowoltaicznych na skalę przemysłową. Około 10% wyrzuconych modułów PV pochodzi od dystrybutorów (zupełnie nowe, uszkodzone podczas transportu i obsługi), a pozostałe 10% od mniejszych integratorów systemów. SunR rozszerza się teraz na całą Amerykę Łacińską, kierując się również do dużych elektrowni PV, które zostały uruchomione mniej niż 10 lat temu.
W 1999 r. Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) wymienił generator diesla na małej wyspie satelitarnej (wyspa Ratones Grande) u wybrzeży głównej wyspy Florianopolis w Brazylii na 5-kilowatowy system fotowoltaiczny poza siecią, pokazany na poniższych zdjęciach. Polikrystaliczne moduły fotowoltaiczne z krzemu o sprawności 10% działały nieprzerwanie do 2022 r., kiedy to podjęto decyzję o ich wymianie na nowe moduły o ponad dwukrotnie większej sprawności, aby podwoić zainstalowaną moc na tym samym obszarze w tej ograniczonej przestrzeni. Po ponad 20 latach eksploatacji w tym środowisku morskim większość z 76 modułów fotowoltaicznych nadal ma moc wyjściową wynoszącą około 80% pierwotnej wartości znamionowej i zamiast zostać wyrzuconymi/poddanymi recyklingowi, zostały ponownie zainstalowane w laboratorium badawczym energii słonecznej UFSC i są monitorowane w ramach projektu ponownego wykorzystania modułów fotowoltaicznych w ramach drugiego życia. Programy budownictwa socjalnego w Brazylii i gdzie indziej mogą skorzystać z bardzo tanich modułów fotowoltaicznych z drugiego życia, pod warunkiem, że ich wydajność i bezpieczeństwo mogą być zagwarantowane po wygaśnięciu gwarancji producenta. Pomimo że nie jest to jeszcze powszechna praktyka, istnieje kilka grup badawczych i firm w Europie, USA i Australii, gdzie rozwijane są działania z zakresu ponownego wykorzystania i drugiego życia.
Gospodarka o obiegu zamkniętym modułów PV może obejmować ponowne wykorzystanie i drugie życie, przed ostatecznym recyklingiem w celu odzyskania materiałów do produkcji nowych modułów PV. Jednak przy najnowocześniejszych modułach PV z 25-30-letnią gwarancją poniżej 0.10 USD/W, jakie mamy dzisiaj, ekonomia modułów PV drugiego życia jest trudnym zakładem.
Autorzy: prof. Ricardo Rüther (UFSC), Prof. Andrew Blakers /ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, Międzynarodowe Towarzystwo Energii Słonecznej, jest akredytowaną przez ONZ organizacją pozarządową założoną w 1954 r., której celem jest zapewnienie powszechnego dostępu do energii w 100% odnawialnej, wykorzystywanej w sposób efektywny i mądry.
Poglądy i opinie wyrażone w tym artykule są własnością autora i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy i opinie wyrażone przez magazyn pv.
Ta treść jest chroniona prawem autorskim i nie może być ponownie wykorzystana. Jeśli chcesz współpracować z nami i chcesz ponownie wykorzystać część naszej treści, skontaktuj się z nami: editors@pv-magazine.com.
Źródło z magazyn pv
Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez pv-magazine.com niezależnie od Chovm.com. Chovm.com nie składa żadnych oświadczeń ani gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów. Chovm.com wyraźnie zrzeka się wszelkiej odpowiedzialności za naruszenia dotyczące praw autorskich do treści.
