Utylizacja i recykling paneli fotowoltaicznych - jak?
Branża energetyczna doświadcza zmian, a stopniowe przechodzenie na odnawialne źródła energii jest więcej niż oczywiste. Niemniej, nie wszystko, co wygląda na zrównoważone, pozostaje takie po zakończeniu swojego cyklu życia. Temat ten jest jednym z najczęstszych zmartwień dotyczących paneli fotowoltaicznych.
Panele fotowoltaiczne są stosunkowo trwałym źródłem energii, uzależnionym wyłącznie od promieniowania słonecznego i mogącym dostarczać energię elektryczną do naszych domów. Co jednak dzieje się z panelami PV, gdy nie działają wydajnie, a ich żywotność dobiega końca? Czy moduły fotowoltaiczne można poddać recyklingowi?
Żywotność paneli fotowoltaicznych
Jak długo działają panele PV? To pytanie zadaje sobie wiele osób, które myślą o inwestycji w fotowoltaikę. Według badań oczekiwana żywotność modułów fotowoltaicznych wynosi około 25-30 lat przed wycofaniem z eksploatacji.
Musimy jednak pamiętać, że w okresie użytkowania paneli fotowoltaicznych może wystąpić spadek ich mocy. Czołowi producenci modułów PV podają, że największa obniżka mocy występuje z reguły w pierwszym roku użytkowania instalacji fotowoltaicznej i wynosić ona może od 3% do nawet 5%. W kolejnych latach spodziewać się można spadków na poziomie około 1% rocznie.
Doświadczenie pokazuje jednak, że w rzeczywistości w wielu przypadkach po 25 latach wydajność paneli PV spada zaledwie o 6% do 8%, przez co żywotność całej instalacji może być znacznie dłuższa, niż zakładamy. Zdarza się bowiem, że wysokiej jakości panele fotowoltaiczne mogą działać nawet 30 do 40 lat, choć z mniejszą skutecznością.
Utylizacja paneli fotowoltaicznych
Unia Europejska (UE) zapewnia ramy prawne dla rozszerzonej odpowiedzialności producenta modułów fotowoltaicznych w skali europejskiej poprzez dyrektywę 2012/19/UE w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE). Główne cele tej polityki to zachowanie, ochrona i poprawa jakości środowiska, ochrona zdrowia ludzkiego oraz rozważne i racjonalne wykorzystanie zasobów naturalnych. Od lutego 2014 r. zbieranie, transport i recykling modułów fotowoltaicznych, które osiągnęły swój ostateczny termin ważności, są regulowane w każdym kraju UE.
W Polsce z prawnego punktu widzenia odpady z paneli fotowoltaicznych traktowane są jak elektrośmieci. Zgodnie z zapisami dokonanymi w ustawie o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, wszystkie urządzenia, których działanie uzależnione jest „od dopływu prądu elektrycznego lub od obecności pól elektromagnetycznych, oraz urządzenia mogące służyć do wytwarzania, przesyłu lub pomiaru prądu elektrycznego lub pól elektromagnetycznych, które są zaprojektowane do użytku przy napięciu elektrycznym nieprzekraczającym 1000 V dla prądu przemiennego oraz 1500 V dla prądu stałego” po zakończeniu okresu użytkowania trzeba oddać do przeznaczonych na ten cel punktów odbioru odpadów elektrycznych. Nie można ich więc po prostu wyrzucić do kosza czy też uznać za odpady wielkogabarytowe. We wspomnianych punktach odbioru niedziałające już moduły PV zostaną poddane dalszej obróbce nakierowanej na odzyskanie z nich jak największej liczby elementów do powtórnego użycia, a w razie wystąpienia potrzeby całkowitego ich zniszczenia, zostaną w całkowicie bezpieczny sposób unieszkodliwione.
Jak przebiega proces recyklingu paneli fotowoltaicznych?
Panele fotowoltaiczne w dużej mierze nadają się do recyklingu. Materiały takie jak szkło, aluminium i półprzewodniki można teoretycznie odzyskać i ponownie wykorzystać. Dlatego ważne jest, aby konsumenci, przemysł i producenci fotowoltaiki brali odpowiedzialność za okres eksploatacji tych modułów. Dotychczas najczęstsze metody recyklingu modułów krzemowych, zwanych też c-Si PV, opierają się na procesach mechanicznych, termicznych i chemicznych.
Recykling paneli fotowoltaicznych wykonanych na bazie krzemu polega na demontażu ramy znajdującej się na modułach PV w celu oddzielenia części aluminiowych i szklanych. W dalszej kolejności usuwane są kable i skrzynka przyłączeniowa. Tak przygotowany materiał jest następnie cięty i zgniatany.
Co istotne, praktycznie całe szkło pozyskane z modułów PV, bo aż 95% materiału, można ponownie wykorzystać. Podobnie wygląda recykling zewnętrznych części wykonanych z metalu. Wypracowane technologie pozwalają na ponowne ich użycie do formowania ramek. Recyklingowi podlegają także ogniwa fotowoltaiczne. Szacuje się, że około 80% ‒ 90% z nich nadaje się do powtórnego wykorzystania.
Pozostałe elementy pozyskane z utylizacji paneli PV są poddawane obróbce termicznej w bardzo wysokiej temperaturze, sięgającej nawet 500° C. W procesie tym tworzywo sztuczne otaczające poszczególne części paneli PV odparowuje. W ten sposób ogniwa krzemowe pozostają gotowe do dalszej obróbki i jak pokazuje praktyka, aż 80% z nich można wykorzystać ponownie. W tym przypadku recykling polega na wytrawianiu kwasem cząsteczek krzemu i wzbogacaniu struktury, aby ich pierwotne właściwości zostały przywrócone. Pozostałe 20% ogniw krzemowych poddawane jest natomiast dalszej obróbce, która koncentruje się na przetapianiu ich do formy tak zwanych wafli. Te finalnie mogą być ponownie wykorzystane do produkcji zupełnie nowych paneli fotowoltaicznych.
Koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych
Koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych w dużej mierze zależy od ich masy. Średnie ceny kształtują się na poziomie około 1,5 zł za kilogram. Cena ta dotyczy jednak tylko tych modułów PV, które zostaną dowiezione do punktu odbioru elektrośmieci przez ich właściciela. Zakładając więc, że posiadamy instalację PV o mocy 10 kW, która składa się z 30 modułów fotowoltaicznych o mocy 340 Wp i wadze pojedynczego modułu około 18 kg, to koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych wyniesie:
Rachunek: 18 kg * 30 modułów * 1,5 zł = 810 zł
Natomiast w sytuacji, gdy nie mamy możliwości samodzielnego dowozu paneli fotowoltaicznych do punktu odbioru i utylizacji, to do kosztów musimy doliczyć transport. Ceny rynkowe za tego typu usługi kształtują się obecnie średnio na poziomie 2,5 zł za każdy kilometr.
Jak więc łatwo wywnioskować, koszty utylizacji paneli PV będą rosnąć wraz z ilością modułów fotowoltaicznych użytych w danej instalacji.
Czy recykling paneli fotowoltaicznych się opłaca?
Odzyskiwanie cennych materiałów podczas recyklingu modułów PV może mieć dużą wartość ekonomiczną. Pozyskiwanie surowców wtórnych z modułów fotowoltaicznych, jeśli odbywa się w sposób efektywny, sprawia, że są one ponownie dostępne do użytku na rynku.
Szczególną uwagę należy zwrócić na srebro, które można odzyskać i wykorzystać do innych zastosowań lub użyć do ponownej produkcji w ogniwach fotowoltaicznych. Jednak według niektórych prognoz nie nastąpi to przed 2025 rokiem.
ITRPV (z ang. International Technology Roadmap for Photovoltaic) przewiduje, że do 2030 roku całkowita wartość materiałów odzyskanych z recyklingu PV może osiągnąć wartość 450 mln USD. Z tej kwoty możliwe jest wyprodukowanie 60 milionów modułów PV (18 GW), co stanowiłoby około 33% produkcji z 2015 roku. Biorąc pod uwagę krzem, teoretycznie do 2030 roku można odzyskać do 30 000 ton tego materiału, co pokrywa się z ilością krzemu potrzebną do produkcji około 45 milionów nowych modułów. Rozważając obecne ceny polikrzemu na poziomie 20 USD/kg oraz wskaźnik odzysku z komercyjnych procesów recyklingu na poziomie 70%, jest to równowartość 380 mln USD.
Dlaczego utylizacja paneli fotowoltaicznych jest tak ważna?
Dlaczego utylizacja paneli fotowoltaicznych jest tak ważna?
Powszechne przekonanie, że panele fotowoltaiczne nie nadają się do recyklingu, jest na szczęście mitem. Jest to jednak proces, który wymaga czasu na szerokie wdrożenie i dalszych badań, aby osiągnąć pełny potencjał odpowiedniego recyklingu wszystkich komponentów paneli PV. Z tego powodu konieczna jest ścisła współpraca jednostek zajmujących się projektowaniem i recyklingiem, aby zapewnić zdolność do utylizacji poprzez świadome eko projekty.
Choć w większości przypadków panele PV podlegać mogą procesowi recyklingu i tym samym ich negatywny wpływ na środowisko jest minimalizowany, to jednak trzeba mieć świadomość zagrożenia niewłaściwym ich utylizowaniem. Szacuje się, że gdyby nie wdrożono procesów recyklingu, do roku 2050 na składowiskach odpadów znalazłoby się 60 milionów ton odpadów z paneli fotowoltaicznych. To ogromne zagrożenie dla środowiska naturalnego.
Wiele odpadów fotowoltaicznych trafia obecnie na składowiska. Biorąc pod uwagę metale ciężkie obecne w modułach fotowoltaicznych, na przykład ołów i cynę, może to spowodować poważne problemy z zanieczyszczeniem środowiska. Ponadto obecne są również cenne metale, takie jak srebro i miedź, co stanowi szansę na zwiększenie wartości, jeśli można je odzyskać.
W związku z tym na całym świecie opracowywane są metody recyklingu modułów fotowoltaicznych w celu zmniejszenia negatywnego wpływu odpadów fotowoltaicznych na środowisko i możliwości odzyskania chociaż części wartości ze starych modułów PV. Na dzień dzisiejszy metody recyklingu pozwalają odzyskać tylko część materiałów, więc jest dużo miejsca na postęp w tej dziedzinie. Obecnie Europa jest jedyną jurysdykcją, która posiada silne i jasne ramy regulacyjne wspierające proces recyklingu fotowoltaiki. Tym bardziej więc cieszy fakt, że Polska ma swój wkład w opracowywanie innowacyjnych metod recyklingu paneli fotowoltaicznych. Władze AGH wraz ze spółką technologiczno-badawczą 2loop Tech zawiązały konsorcjum, którego celem jest przeprowadzenie badań i działań wdrożeniowych nad utylizacją modułów PV.
Prof. dr hab. inż. Marek Cała, Dziekan Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii, tak komentuje cały projekt: „Stajemy przed globalnym wyzwaniem zagospodarowania zużytych paneli fotowoltaicznych. Nasze metody przetwarzania zużytych paneli opracowane wraz z firmą 2loop Tech będą nie tylko w 100% ekologiczne, lecz również efektywne ekonomicznie. Dzięki opracowanym technologiom odzyskamy praktycznie wszystko, co możliwe, łącznie z metalami szlachetnymi, takimi jak srebro, w formie umożliwiającej ich ponowne wykorzystanie”. Z kolei Marcin Karbowniczek, prezes zarządu 2loop Tech dodaje: „Razem z AGH opracowujemy nowatorską technologię pozwalającą firmom efektywnie ekonomicznie recyklingować panele fotowoltaiczne, tak aby zminimalizować koszty procesu i nie musieć ich przerzucać na użytkownika indywidualnego. Dostawcy paneli są coraz bardziej świadomi narastającego problemu odpadów po instalacjach OZE i są już wśród nich na rynku pionierzy, którzy wychodzą z inicjatywą, by skorzystać z tych nowych możliwości i doprowadzić do odpowiedzialnego przetworzenia zużytych elementów instalacji PV”.
Czytaj również: Systemy fotowoltaiczne bezpieczne w każdym detalu
Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami
