Solcellepanelavfallet vil øke med mer enn 4000 prosent det neste tiåret.Er resirkuleringsindustrien for solcellepaneler klar til å håndtere disse volumene?Med etterspørselen etter nye paneler økende eksponentielt og råmaterialer knappe, er løpet i gang.
Solcellepanelresirkulering er i ferd med å bli en reell utfordring.Kritisk for Storbritannias netto null-strategi er solenergi et varig og bærekraftig alternativ for bedrifter og husholdninger, og den vokser raskt.
I 2021 la Storbritannia til 730 MW ny solenergikapasitet, og tok det totale volumet til 14,6 GW, en økning på 5,3 prosent fra 2020, og – i andre kvartal 2022 – bidro solenergi med 6,4 prosent av Storbritannias totale elektrisitetsproduksjon.Innenfor aprils energisikkerhetsstrategi bekreftet Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) at innen 2035 forventes Storbritannias solenergiutbygging å femdobles, og ta det totale volumet til 70 GW: rundt 15 prosent av Storbritannias anslåtte. (og økende) strømkrav, ifølge McKinsey.
Et spørsmål som dukker opp er hva man skal gjøre med solcellepaneler når de når slutten av sin 30-årige levetid.Ettersom markedsveksten fortsetter å stige inn i fremtiden, vil den voksende haugen med solavfall også gjøre det.Ifølge International Renewable Energy Agency (IRENA) er Storbritannia spådd å generere 30 000 tonn solavfall i løpet av det neste tiåret.I tillegg er en økning i nedlagte paneler spådd å komme på markedet på 2030-tallet, nårsolcellepanelerfra årtusen begynner å vakle.IRENA spår globalt avfall fra solcellepaneler vil være mellom 1,7 millioner og åtte millioner tonn i 2030.
Videre er det en potensiell flaskehals i tilførselen av råvarer, med etterspørselen etter paneler som vil overgå tilgjengeligheten av nye komponenter.
Presset bygges for at resirkuleringsindustrien for solcellepaneler skal øke sin kapasitet for å håndtere fremveksten av nedlagte paneler og støtte produksjonen av nye solcellepaneler.I juli foreslo Sam Vanderhoof, en ekspert i solenergiindustrien, at – globalt – bare én av ti solcellepaneler (PV) blir resirkulert mens resten ender på søppelfylling, igjen med henvisning til data fra IRENA.
Regulering og overholdelse
Innenfor Storbritannia,solcellepaneler er formelt klassifisert somElektrisk og elektroniskUtstyr(EEE), under en dedikert kategori 14. Som sådan er PV-paneler dekket av avfalls-EEE (WEEE)-forskriften;deres levetid overvåkes, og utviklingen av solid resirkuleringsinfrastruktur for solcellepaneler er allerede i gang.
Solcellepanelprodusenter er forpliktet til å slutte seg til en Producer Compliance Scheme (PCS), rapportere tonnasjer introdusert til markedet og innhente samsvarsnotater for å dekke fremtidig resirkulering av disse enhetene.De skal også merke produkter for å gi råd til brukere og behandlingsanlegg om materialsammensetning og korrekt avhending.
Samtidig må distributører samle inn utgåtte produkter.De må ha en returprosedyre for solcelleavfall eller bidra til en statlig godkjent returordning.
Ifølge Scott Butler, administrerende direktør for Material Focus, en frivillig organisasjon finansiert fra WEEE-overholdelsesgebyrer, er det imidlertid noen særegne hensyn som vil påvirke gjenvinningen av solcellepaneler: "Med PV vil du forvente at det er et installatør/deinstaller-forhold for husholdninger.Selv om det er et innenlandsk produkt, er det ikke noe mange mennesker vil klare selv.
"Jeg ser for meg at deinstallasjonen må involvere en registrert fagperson for strømnettet ... og de kan være nøkkelen til å håndtere dette [avfallet].Selv om det kan være vanskelig fordi de ikke er rustet til å håndtere avfall, er det ikke så vanskelig å bli en avfallsbærer.»
Butler bemerker at solcellepaneler som nå nærmer seg slutten av levetiden kan vise seg å være utfordrende å resirkulere på grunn av variasjonen i produksjonen: "Når det gjelder resirkulering, tror jeg utfordringen med PV-er kommer til å være å forstå kjemien fordi, spesielt i starten, det er mange forskjellige kjemiske blandinger på gang.Ting som skal begynne å komme ut nå er ganske gamle, 20 år er en ganske lang syklus.Så kanskje det er et informasjonshull som kanskje må tettes om hvem som har lagt hva på markedet og hva det er.»
Gjenvinningsprosesser
Gjenvinningsprosesser for paneler varierer i henhold til solcellepanelsammensetningen, den vanligste er silisiumbasert.Silisiumsolpaneler, kjent for sin rimelige pris og fleksibilitet, utgjorde en markedsandel på 73,3 prosent i 2020;tynn film utgjorde 10,4 prosent og paneler produsert av andre materialer (fargesensibiliserte, konsentrerte solceller, organiske hybrider) representerte de resterende 16,3 prosent (Chowdhury et al, 2020).
Ved avhenting kan evtPV paneler vanskelig å demontere.Aluminiumsrammen og koblingsboksen kan enkelt fjernes;den utfordrende delen er den laminerte flate glassplaten, som inneholder små mengder jernholdige og ikke-jernholdige metaller, plast og halvledermateriale.Når det gjelder behandlingsløsninger, er ikke utfordringen teknisk, da pyrolyse, kryogen separering (frysing) og mekanisk makulering eksisterer som separasjonsteknikker for de forskjellige materialene.Den største utfordringen er at PV-paneler ikke genererer avfall som ligner på emballasjeavfall eller forbruksvarer med kort levetid.Derfor er hovedspørsmålet et økonomisk spørsmål: hvem vil investere i en behandlingslinje som ikke aner når avfallet kommer?
Tynnfilmpaneler involverer en behandlingsprosess, som krever noen ekstra trinn for å gjenvinne det sammensatte metallet 'kadmiumtelluride' miljømessig forsvarlig.Selv om det er et mindre populært valg, har tynnfilmpaneler en mer effektiv materialbruk, og huser en tynnere halvleder, noe som sparer kostnader og karbon under produksjon.Disse panelene yter bedre i dårligere lys og i "ekstrem" vinkler, nyttig for vertikale overflater og fasader.
For å gjenvinne materialene, rives tynnfilm PV-paneler for å fjerne laminering, før de faste og flytende skårene separeres med en roterende skrue.Filmen fjernes deretter med syre og peroksid, etterfulgt av fjerning av mellomlagsmaterialer med vibrasjon, mens gjenværende glass og metall separeres og gjenvinnes.
Gjenvinning av solcellepanel i stor skala
Til tross for at nåværende resirkuleringsinitiativ vokser jevnt, gjenvinnes for tiden bare 80 til 95 prosent av solcellepanelmaterialene som kommer til resirkulering.For å fremme dette leder avfallshåndteringsselskapet Veolia et prosjekt for å bringe full resirkulering av solcellepaneler i industriell skala, i et pågående prosjekt finansiert av EIT RawMaterials.ReProSolar utvikler en svært effektiv prosess for resirkulering av utgåtte paneler, som gjør at alle silisiumbaserte PV-modulkomponenter kan gjenvinnes.
Ved å bruke delamineringsteknologi for å skille solcellen fra glassplaten, gjenvinner fysiske og kjemiske prosesser alle materialer, inkludert rent sølv og silisium, uten å ødelegge PV-modulene.
I samarbeid med FLAXRES GmbH og ROSI Solar, toteknologiselskapersom utvikler nye metoder for å gjenvinne råmaterialer fra solcellepaneler, vil prosjektet teste gjennomførbarhet i industriell skala innen utgangen av året, med 5000 tonn utrangerte solcellemoduler som skal behandles årlig ved et demonstrasjonsanlegg i Tyskland i 2024.
Kommersialisering av en komplett resirkuleringsprosess er nøkkelen til å møte den nåværende markedsutfordringen, og gir en sterk tilgang på gjenvunnede PV-panelkomponenter for å møte den økende etterspørselen etter paneler og håndtere monteringsvolumene av solcellepanelavfall.
Betydelige økonomiske gevinster kan oppnås ved å gjenvinne høyverdi PV-panelkomponenter når etterspørselen øker.Sølv, for eksempel, utgjør 0,05 prosent av panelvekten, men utgjør 14 prosent av markedsverdien.Andre verdifulle og utvinnbare metaller inkluderer aluminium, kobber og tellur.I følge Rystad Energy, mens gjenvunnet materiale fra utrangerte PV-paneler for tiden er verdt 170 millioner dollar, er de satt til å være verdt mer enn 2,7 milliarder dollar i 2030.
Redesign av solcellepaneler
I tillegg til innovasjoner i verden av resirkulering av solcellepaneler, blir designen til panelene også redesignet med tanke på gjenbruk.Den nederlandske organisasjonen for anvendt vitenskapelig forskning (TNO) avslørte deres nyutviklede 'Design for Recycling' (D4R) solcellepaneler i desember 2021, produsert i forhold til slutten av levetiden.Panelene, med en testet 30 års levetid, er designet for enkel demontering uten å skade komponenter.
Panelene, innkapslet med en selvklebende folie, har en integrert utløsermekanisme for separering av cellene og rammer.Prosessen er lavenergi og involverer ingen giftige elementer.
Forskningen er huset av to prosjekter, det første er DEREC-prosjektet, som konseptualiserte og testet D4R-panelene i liten skala for å sikre ren demontering etter en simulert levetid.PARSEC-prosjektet vil deretter skalere opp teknologien til D4R-paneler i full størrelse for kommersiell bruk og boligbruk.
Mens det er panelerprodusertfor nesten 30 år siden, som utgjør den nåværende utfordringen for gjenvinnere, kan D4R-paneler forenkle panelgjenvinning for å drive industrien fremover.Og, i tillegg til de nye panelene, forsker konsortiet på resirkuleringsteknikker for dagens solcellepanelmodeller for å oppnå ren silisiuminnsamling for gjenbruk.
For å konkludere
Kumulativt viser disse innovasjonene lovende i sitt fokus på kommersialisering, selv om det fortsatt er bekymring for om den nødvendige skalaen vil bli oppfylt, med både volumer av nedlagte paneler og etterspørsel etter nye økende.Men hvis kommersialiseringsarbeidet går bra, og hvis planer om å produsere paneler fra fullstendig gjenvunnede materialer kan leveres, ser solcellepanelindustrien på en robust sirkulær økonomi.
Innleggstid: Jan-11-2023