ПРОБЛЕМИ ПЕРЕРОБКИ СОНЯЧНИХ ПАНЕЛЕЙ

За наступне десятиліття відходи від сонячних панелей зростуть більш ніж на 4000 відсотків.Чи готова галузь переробки сонячних панелей впоратися з такими обсягами?Оскільки попит на нові панелі експоненціально зростає, а сировини бракує, гонка триває.

Сонячна панельпереробка стає справжньою проблемою.Вирішальною для британської стратегії чистого нуля є сонячна енергія, яка є тривалим і стійким варіантом для підприємств і домогосподарств, і вона швидко зростає.

У 2021 році Велика Британія додала 730 МВт нових сонячних потужностей, збільшивши загальний обсяг до 14,6 ГВт, що на 5,3 відсотка більше, ніж у 2020 році, а у другому кварталі 2022 року сонячна енергія склала 6,4 відсотка загального виробництва електроенергії у Великобританії.У квітневій Стратегії енергетичної безпеки Департамент бізнесу, енергетики та промислової стратегії (BEIS) підтвердив, що до 2035 року очікується, що впровадження сонячної енергії у Великій Британії зросте в п’ять разів, довівши загальний обсяг до 70 ГВт: приблизно 15 відсотків від прогнозованого у Великобританії. (і зростаючі) потреби в електроенергії, згідно з McKinsey.

Проблема, що виникає, полягає в тому, що робити з сонячними панелями після того, як вони досягнуть кінця свого 30-річного терміну служби.У міру зростання ринку в майбутньому зростатиме й купа сонячних відходів.За даними Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії (IRENA), Великобританія, за прогнозами, генеруватиме 30 000 тонн сонячних відходів у наступне десятиліття.Крім того, очікується, що сплеск кількості неіснуючих панелей на ринку з’явиться у 2030-х роках, колисонячні панеліз тисячоліття починають хитатися.IRENA прогнозує, що глобальні відходи від сонячних панелей становитимуть від 1,7 мільйона до восьми мільйонів тонн у 2030 році.

Крім того, виникає потенційна перешкода в постачанні сировини, оскільки попит на панелі буде перевищувати доступність первинних компонентів.

Зростає тиск на індустрію переробки сонячних панелей, щоб збільшити свої потужності, щоб впоратися зі збільшенням неіснуючих панелей і підтримувати виробництво нових сонячних панелей.У липні Сем Вандерхуф, експерт із сонячної промисловості, припустив, що у всьому світі лише кожна десята фотоелектрична (PV) панель переробляється, а решта потрапляє на звалище, знову посилаючись на дані IRENA.

Регулювання та відповідність

У Великобританії,Сонячні батареї формально класифікуються якЕлектротехніка та електронікаОбладнання(EEE), відповідно до спеціальної категорії 14. Таким чином, фотоелектричні панелі підпадають під дію Правил утилізації відходів EEE (WEEE);їх термін служби відстежується, а розробка інфраструктури переробки твердих сонячних панелей вже триває.

Виробники сонячних панелей зобов’язані приєднатися до Схеми відповідності виробників (PCS), повідомляючи про обсяги, випущені на ринок, і отримуючи нотатки про відповідність для майбутньої переробки цих одиниць.Вони також повинні маркувати продукти, щоб інформувати користувачів і очисні споруди про склад матеріалу та правильну утилізацію.

Водночас дистриб’ютори повинні збирати витрачені продукти.Вони повинні мати процедуру повернення фотоелектричних відходів або зробити внесок у затверджену урядом схему повернення.

Однак, за словами Скотта Батлера, виконавчого директора Material Focus, неурядової організації, яка фінансується за рахунок зборів за відповідність вимогам WEEE, є деякі відмінні міркування, які впливатимуть на відновлення сонячних панелей: «З PV ви очікуєте, що існуватимуть відносини між установником та деінсталятором для домашніх господарств.Незважаючи на те, що це вітчизняний продукт, багато людей не зможуть впоратися з ним самостійно.

«Я думаю, що деінсталяція має залучати зареєстрованого професіонала з електромережі… і вони можуть бути ключем до управління цими [відходами].Хоча це може бути важко, тому що вони не налаштовані на поводження з відходами, не так вже й важко стати перевізником відходів».

Батлер зазначає, що сонячні панелі, термін служби яких наближається до кінця, може виявитися складним для переробки через різницю у виробництві: «З точки зору переробки, я думаю, що проблемою з фотоелектричними панелями буде розуміння хімії, тому що, особливо на початку, існує багато різних хімічних сумішей.Речі, які почнуть виходити зараз, досить старі, 20 років — це досить довгий цикл.Тож, можливо, існує інформаційна прогалина, яку, можливо, потрібно закрити щодо того, хто що випустив на ринок і що це таке».

Процеси переробки

Процеси переробки панелей відрізняються залежно від складу сонячних панелей, найпоширенішою з яких є кремній.Кремнієві сонячні панелі, відомі своєю доступністю та гнучкістю, у 2020 році займали 73,3% ринку;тонка плівка становила 10,4 відсотка, а панелі, виготовлені з інших матеріалів (сенсибілізовані барвниками, концентровані фотоелектричні, органічні гібриди), становили решту 16,3 відсотка (Chowdhury et al, 2020).

Коли зібрано будь-якийФотоелектрична панельважко розібрати.Алюмінієва рама і розподільна коробка знімаються досить просто;складною частиною є ламіноване плоске скло, яке містить низьку кількість чорних і кольорових металів, пластмас і напівпровідникових матеріалів.Що стосується рішень для очищення, проблема не є технічною, оскільки піроліз, кріогенне розділення (заморожування) та механічне подрібнення існують як методи розділення різних матеріалів.Найбільша проблема полягає в тому, що фотоелектричні панелі не утворюють відходів, подібних до відходів упаковки або витратних матеріалів із коротким терміном служби.Тому головне питання економічне: хто буде інвестувати в очисну лінію, яка не знає, коли прийдуть відходи?

Тонкоплівкові панелі передбачають процес обробки, який вимагає деяких додаткових кроків для екологічно безпечного відновлення складного металу «телуриду кадмію».Хоча тонкоплівкові панелі є менш популярним вибором, вони мають більш ефективне використання матеріалу, містять тонший напівпровідник, заощаджуючи вартість і вуглець під час виробництва.Ці панелі краще працюють при слабкому освітленні та під «екстремальними» кутами, що корисно для вертикальних поверхонь і фасадів.

Щоб відновити матеріали, тонкоплівкові фотоелектричні панелі подрібнюються для видалення ламінування, перш ніж тверді та рідкі фрагменти розділяються обертовим шнеком.Потім плівку видаляють за допомогою кислоти та перекису, після чого видаляють проміжні матеріали за допомогою вібрації, тоді як решту скла та металу відокремлюють і витягують.

Масштабна переробка сонячних панелей

Незважаючи на те, що поточні ініціативи з переробки невпинно зростають, наразі лише від 80 до 95 відсотків матеріалів сонячних панелей, які потрапляють на переробку, відновлюються.Щоб досягти цього, компанія з утилізації відходів Veolia веде проект із впровадження повної переробки сонячних панелей у промислових масштабах у поточному проекті, який фінансується EIT RawMaterials.ReProSolar розробляє високоефективний процес переробки панелей із вичерпаним терміном експлуатації, що дозволяє відновлювати всі компоненти фотоелектричних модулів на основі кремнію.

Використовуючи технологію розшарування для відділення сонячної батареї від скляної пластини, фізичні та хімічні процеси відновлюють усі матеріали, включаючи чисте срібло та кремній, без руйнування фотоелектричних модулів.

У партнерстві з FLAXRES GmbH і ROSI Solar, дватехнологічні компаніїякі розробляють нові методи регенерації сировини з фотоелектричних панелей, до кінця року цей проект перевірить можливість реалізації цього проекту в промислових масштабах, причому 5000 тонн виведених з експлуатації фотоелектричних модулів будуть щорічно перероблятися на демонстраційному заводі в Німеччині в 2024 році.

Комерціалізація процесу повної переробки є ключовою для вирішення поточних викликів ринку, забезпечуючи значну пропозицію відновлених компонентів фотоелектричних панелей для задоволення зростаючого попиту на панелі та поводження зі зростаючими обсягами відходів сонячних панелей.

Значні економічні вигоди можна отримати від відновлення цінних компонентів фотоелектричних панелей у міру зростання попиту.Наприклад, срібло становить 0,05% ваги панелі, але становить 14% її ринкової вартості.Інші цінні метали, які можна відновити, включають алюміній, мідь і телур.За даними компанії Rystad Energy, вартість відновлених матеріалів із фотоелектричних панелей, що вийшли з експлуатації, на даний момент становить 170 мільйонів доларів, а в 2030 році їхня вартість становитиме понад 2,7 мільярда доларів.

Редизайн сонячних панелей

На додаток до інновацій у світі переробки сонячних панелей, дизайн панелей також переосмислюється з урахуванням повторного використання.У грудні 2021 року Нідерландська організація прикладних наукових досліджень (TNO) представила свої нещодавно розроблені сонячні панелі «Дизайн для переробки» (D4R), виготовлені з урахуванням міркувань закінчення терміну експлуатації.Панелі з перевіреним 30-річним терміном служби розроблені для легкого розбирання без пошкодження компонентів.

Панелі, капсульовані клейкою плівкою, містять інтегрований спусковий механізм для відділення комірок і рамок.Процес є низькоенергетичним і не містить токсичних елементів.

Дослідження проводяться двома проектами, першим з яких є проект DEREC, який концептуалізував і випробував панелі D4R у невеликому масштабі, щоб забезпечити їх чистий демонтаж після змодельованого терміну служби.Потім проект PARSEC розширить технологію до повнорозмірних панелей D4R для комерційного та житлового використання.

Поки це панелівиготовленімайже 30 років тому, що є актуальною проблемою для переробників, панелі D4R можуть спростити переробку панелей, щоб рухати галузь вперед.На додаток до нових панелей, консорціум досліджує методи переробки сучасних моделей сонячних панелей, щоб отримати чистий кремній для повторного використання.

На закінчення

У сукупності ці інновації показують багатообіцяючі перспективи, оскільки вони зосереджені на комерціалізації, хоча залишається занепокоєння щодо того, чи буде досягнуто необхідного масштабу, оскільки зростає як обсяг неіснуючих панелей, так і попит на нові.Однак, якщо зусилля з комерціалізації підуть успішно, і якщо плани з виробництва панелей із повністю відновлених матеріалів можуть бути виконані, індустрія сонячних панелей дивиться на надійну циркулярну економіку.