Panele fotowoltaiczne to opłacalny sposób produkcji energii elektrycznej w bezobsługowych systemach wykorzystujących promieniowanie słoneczne. Średnia żywotność modułów fotowoltaicznych wynosi od 25 do 30 lat, natomiast po tym czasie pojawia się problem utylizacji zużytych paneli. Aby zrównoważyć ich negatywny wpływ na środowisko, konieczne jest zaimplementowanie długofalowej strategii obejmującej pełny cykl życia wszystkich elementów systemu od fazy produkcji, poprzez instalację i eksploatację, aż po utylizację. Ważnym aspektem jest też recykling produktów odpadowych i zużytych modułów. Korzyści dla środowiska związane są nie tylko z ograniczoną powierzchnią składowisk, ale także z oszczędnością energii, surowców i redukcją emisji. Ważnym argumentem jest również zmniejszenie zużycia energii na etapie ich produkcji poprzez ponowne wykorzystanie istniejących oczyszczonych materiałów. Istnieje potencjał do opracowania nowych ścieżek rozwoju branży gospodarowania odpadami fotowoltaicznymi oraz oferowania zatrudnienia i perspektyw zarówno inwestorom z sektora publicznego, jak i prywatnego.

Rozwój fotowoltaiki

Moduły fotowoltaiczne są przeznaczone do produkcji odnawialnej i czystej energii. Pierwsze znaczące instalacje zostały wyprodukowane na początku lat 90., a od XXI wieku dystrybucja energii elektrycznej z fotowoltaiki rozwijała się zdecydowanie dynamiczniej. Skumulowana światowa moc wytwarzania paneli osiągnęła 302 GW pod koniec 2016 roku, a dominującą technologią (90% rynku) są ogniwa z krzemu krystalicznego (c-Si). Ponadto w ostatnich latach nastąpił ogólny rozwój w dziedzinie energii odnawialnej – znaczny spadek cen i stały wzrost zainteresowania wpływem źródeł energii na środowisko. Prognoza Międzynarodowej Mapy Drogowej Technologii Fotowoltaicznej (ITRPV) dla zainstalowanej mocy fotowoltaicznej w 2050 r. wynosi 4500 gigawatów. W wyniku wzrostu światowego rynku energii fotowoltaicznej, w niedalekiej przyszłości w takim samym tempie będzie rosła liczba modułów, których żywotność dobiega końca. Pod koniec 2016 roku skumulowana globalna ilość odpadów fotowoltaicznych osiągnęła 250 tys. ton, podczas gdy do 2050 roku szacuje się, że wartość ta wzrośnie do 5,5–6 mln ton.

Recykling modułów fotowoltaicznych

Metody recyklingu paneli fotowoltaicznych są opracowywane na całym świecie w celu zmniejszenia wpływu na środowisko tych wycofanych z eksploatacji i odzyskania części ze starych modułów. Obecne rozwiązania bazują w dużej mierze na procesach downcyclingu, odzyskując tylko część materiałów, więc jest jeszcze dużo do zrobienia w kwestii postępu w tej dziedzinie. Co więcej, obecnie tylko Europa posiada silne ramy regulacyjne wspierające recykling, ale państwa w Azji czy USA również zaczynają tworzyć regulacje prawne związane z odpadami fotowoltaicznymi. Oczywiste jest, że zrównoważony rozwój tej branży powinien być wspierany przez stosowne instytucje i ustalone normy na całym świecie, co obecnie nie ma miejsca. Musi istnieć odpowiednia polityka zarządzania panelami fotowoltaicznymi, gdy nie są już one w stanie wytwarzać energii elektrycznej. Unia Europejska określa normy 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.

Jak przebiega odzysk surowców w fotowoltaice?

Przez lata naukowcy i specjaliści w zakresie fotowoltaiki intensywnie pracowali w poszukiwaniu różnych rodzajów wydajnych i opłacalnych materiałów do produkcji paneli fotowoltaicznych. Szukali sposobów na ich efektywne złączenie, aby zapewniły trwałość na kilka lat ekspozycji na zewnątrz. Moduły są wykonane tak, aby zminimalizować szansę na kontakt wilgoci z ogniwami słonecznymi i ich stykami, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji. Obecny standardowy moduł c-Si jest łączony za pomocą dwóch warstw EVA, w związku z czym recykling modułów jest stosunkowo złożonym zadaniem, ponieważ materiały te trzeba rozdzielić. Po oddzieleniu warstw metale takie jak ołów, miedź, gal, kadm, aluminium i krzem można odzyskać i ponownie wykorzystać w nowych produktach.

Stworzony przez PV CYCLE w 2007 roku proces recyklingu mono- lub multikrystalicznych modułów krzemowych rozpoczyna się od oddzielenia aluminiowej ramy i skrzynek przyłączeniowych, po czym proces mechaniczny jest wykorzystywany do ekstrakcji pozostałych materiałów. Główne problemy wynikają z faktu, że wartość odzyskiwanego tworzywa jest zbyt niska. Nawet 90% odzysk materiałów jest za mały w porównaniu z kosztami produkcji. Co więcej, w przypadku zaawansowanych procesów recyklingu mających na celu wygenerowanie nowych materiałów, celem jest zachowanie materiałów w stanie nienaruszonym do ponownego użycia lub bezpośredniego recyklingu – odzyskiwanie ramy, szkła, zakładek i ogniw słonecznych bez pęknięć i w dobrym stanie. Wskaźniki odzysku mogą osiągnąć nawet 95%, a odzyskane materiały mają wyższą wartość handlową. Procesy te są jednak złożone i obecnie mają tylko skalę laboratoryjną i są analizowane przez kilka grup badawczych.

Podsumowanie

Istnieje wiele wyzwań związanych z zaprojektowaniem idealnego procesu recyklingu PV. Należy skoncentrować się na unikaniu uszkodzeń ogniw fotowoltaicznych i materiałów modułów, wykonalności ekonomicznej i wysokim współczynniku odzysku materiałów, które można ponownie wykorzystać w łańcuchu dostaw. Producenci, którzy są bardziej skuteczni w rozwiązywaniu problemów związanych z recyklingiem, mogą wyróżnić się jako liderzy zrównoważonego rozwoju.