Jak wygląda sytuacja w zakresie recyklingu paneli słonecznych na bazie krzemu?

Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej przewiduje, że do 2050 r. świat będzie musiał stawić czoła nawet 78 milionom ton metrycznych odpadów pochodzących z paneli słonecznych. Obecnie 90% wszystkich zainstalowanych modułów słonecznych stanowi moduły na bazie krzemu. Jednak recykling modułów na skalę komercyjną nie jest jeszcze w pełni rozwinięty. Rzeczywiście, organizacje z branży PV zajmujące się odpadami, takie jak PV CYCLE w UE lub Solar Energy Industries Association w USA, nadal mają ograniczone możliwości i technologie.

Naukowcy z Uniwersytetu Stanu Arizona we współpracy z kilkoma innymi uniwersytetami i firmami, takimi jak First Solar i DuPont, badają wyzwania i możliwości związane z recyklingiem krzemowych (Si) modułów słonecznych. Ich wnioski są publikowane w czasopiśmie Progress in Photovoltaic. W ramach powyższego badania naukowcy dokonują przeglądu obecnej sytuacji w zakresie recyklingu modułów krzemowych w celu zaproponowania dalszych kroków, których celem będzie zwiększenie możliwości procesów recyklingu.

Scenariusze dotyczące recyklingu

Zakłady zajmujące się recyklingiem zwykle odzyskują tylko stłuczkę szklaną z przedniej szyby modułu, aluminium z ramy oraz miedź z kabla. Składniki te stanowią 84,6% całkowitej masy modułu, ale tylko 34,3% zapewnia potencjalne przychody z ekstrakcji materiału z 60-ogniwowego modułu aluminiowego Back Surface Field (Al-BSF).

Naukowcy badają trzy potencjalne scenariusze dotyczące recyklingu w przypadku modułów krzemowych. Są to:

1. 1. 1. Ponowne użycie uprzednio wykorzystywanych modułów
    2. Ekstrakcja komponentów (podobnie jak w przypadku obecnych procesów komercyjnych)
    3. Ekstrakcja materiału w celu odzyskania całkowitego możliwego materiału

Ponowne użycie

Ponowne użycie paneli słonecznych po zakończeniu okresu gwarancji to szybki i prosty proces, który wymaga jedynie czyszczenia, oględzin i szybkiego testu, aby upewnić się, że wszystko jest w porządku. Takie moduły będą sprzedawane na rynku używanych modułów, ale ostatecznie będą musiały zostać poddane procesowi recyklingu, gdy tylko przestaną działać.

Fotografia pochodzi z PV magazine

Ekstrakcja komponentów

Scenariusze dotyczące ekstrakcji komponentów wykorzystują maszyny dostępne na rynku, aby zdjąć aluminiową ramę z modułów, a następnie usunąć skrzynkę przyłączową. Na samym końcu odzyskuje się szkło z ogniwem słonecznym z krzemu – zawarte tam warstwy i warstwa tylna są rozdrabniane i topione w celu uzyskania nowych szklanych produktów. Szkło odzyskane podczas tych procesów odznacza się niższą jakością ze względu na większe zanieczyszczenia. Może też dojść do uwolnienia substancji toksycznych, z którymi należy się ostrożnie obchodzić.

Ekstrakcja materiału

Scenariusze dotyczące ekstrakcji materiału wykorzystują te same procesy do oddzielenia aluminiowej ramy skrzynki przyłączowej od modułu, jak te wspomniane w przypadku ekstrakcji komponentów. Następnie moduły są poddawane rozkładowi termicznemu i dodatkowej serii procesów chemicznych w celu odzyskania cennego materiału, takiego jak krzem lub srebro.

Potencjalne zyski

Według szacunków naukowców, potencjalne zyski wynikające z 60-ogniwowego polikrystalicznego aluminiowego modułu BSF wynoszą 22$ w przypadku ponownego wykorzystania modułu, 18,14$ w przypadku ekstrakcji komponentów i 10,61$ w przypadku ekstrakcji materiału z jednego modułu. Ponowne wykorzystanie starego materiału jest najlepszą możliwością, ale znalezienie dużego i stałego rynku z dużą liczbą modułów przeznaczonych do wycofania każdego roku jest dużym wyzwaniem.

Najlepszym rozwiązaniem w przypadku ekstrakcji komponentów i materiałów jest standaryzacja struktury ogniwa krzemowego, wydajności i struktury modułu. Pozwoli to obniżyć koszty zbierania i przetwarzania nieużywanych paneli fotowoltaicznych. Jednak z uwagi na tempo, z jakim rozwija się obecnie rynek, taka stabilizacja na tak wczesnym etapie jest mało prawdopodobna.

Niemniej jednak dzięki ciągłemu rozwojowi i inwestycjom branża PV szybko się rozwija. Na razie wyzwaniem stojącym przed producentami modułów krzemowych jest nadążanie za najnowszymi trendami poprzez projektowanie wysoce niezawodnych i wydajnych paneli fotowoltaicznych po możliwie najniższych kosztach. Dopiero później nadarzy się możliwość wykorzystania recyklingu. Z drugiej strony, coraz większe inwestycje w sektorze fotowoltaiki, jakich dokonują gospodarstwa domowe i przedsiębiorstwa, dają nadzieję, że możemy również oczekiwać większych inwestycji finansowych w sektorze recyklingu.