چالش های بازیافت پنل های خورشیدی

ضایعات پنل های خورشیدی قرار است در دهه آینده بیش از 4000 درصد افزایش یابد.آیا صنعت بازیافت پنل های خورشیدی آماده رسیدگی به این حجم است؟با افزایش روزافزون تقاضا برای پانل های جدید و کمیاب شدن مواد خام، این رقابت ادامه دارد.

صفحه خورشیدیبازیافت در حال تبدیل شدن به یک چالش واقعی است.برای استراتژی صفر خالص بریتانیا حیاتی است، انرژی خورشیدی یک گزینه پایدار و پایدار برای مشاغل و خانوارها است و به سرعت در حال رشد است.

در سال 2021، بریتانیا 730 مگاوات ظرفیت خورشیدی جدید اضافه کرد که حجم کلی را به 14.6 گیگاوات رساند که 5.3 درصد افزایش نسبت به سال 2020 نشان می‌دهد، و - در سه ماهه دوم سال 2022 - انرژی خورشیدی 6.4 درصد از کل تولید برق بریتانیا را تشکیل داد.در استراتژی امنیت انرژی آوریل، وزارت راهبرد تجاری، انرژی و صنعتی (BEIS) تأیید کرد که تا سال 2035، پیش‌بینی می‌شود استقرار خورشیدی بریتانیا پنج برابر شود و حجم کلی را به 70 گیگاوات برساند: حدود 15 درصد از انرژی پیش‌بینی شده بریتانیا. طبق گفته مک کینزی (و افزایش) نیازهای برق.

یک مسئله نوظهور این است که پس از پایان عمر 30 ساله پنل های خورشیدی چه باید کرد.همانطور که رشد بازار در آینده افزایش می یابد، توده رو به رشد زباله های خورشیدی نیز افزایش می یابد.طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (ایرنا)، پیش‌بینی می‌شود که بریتانیا در دهه آینده 30 هزار تن زباله خورشیدی تولید کند.به‌علاوه، پیش‌بینی می‌شود افزایش پانل‌های از بین رفته در دهه 2030 وارد بازار شود، زمانی کهپنل های خورشیدیاز هزاره شروع به تزلزل کرد.ایرنا پیش بینی می کند زباله های جهانی از صفحات خورشیدی در سال 2030 بین 1.7 تا 8 میلیون تن باشد.

علاوه بر این، یک گلوگاه بالقوه در تامین مواد خام به وجود می‌آید، به طوری که تقاضا برای پانل‌ها از در دسترس بودن اجزای بکر پیشی می‌گیرد.

فشار زیادی برای صنعت بازیافت پنل های خورشیدی ایجاد می شود تا ظرفیت خود را برای مقابله با افزایش پانل های از بین رفته و حمایت از ساخت پنل های خورشیدی جدید افزایش دهد.در ماه ژوئیه، سم واندرهوف، کارشناس صنعت خورشیدی، پیشنهاد کرد که - در سطح جهانی - تنها یک پانل از هر ده فتوولتائیک (PV) بازیافت می‌شود و بقیه به محل دفن زباله ختم می‌شوند و دوباره به داده‌های IRENA اشاره کرد.

مقررات و انطباق

در داخل بریتانیا،پنل های خورشیدی به طور رسمی به عنوان طبقه بندی می شوندبرق و الکترونیکتجهیزات(EEE)، تحت یک رده اختصاصی 14. به این ترتیب، پانل های PV تحت پوشش مقررات زباله EEE (WEEE) قرار دارند.پایان عمر آنها نظارت می شود و توسعه زیرساخت های بازیافت پنل های خورشیدی جامد در حال انجام است.

تولیدکنندگان پنل های خورشیدی موظف به پیوستن به طرح انطباق تولیدکننده (PCS)، گزارش تناژهای معرفی شده به بازار و دریافت یادداشت های انطباق برای پوشش بازیافت آتی این واحدها هستند.آنها همچنین باید محصولات را علامت گذاری کنند تا به کاربران و امکانات درمانی درباره ترکیب مواد و دفع صحیح توصیه کنند.

به طور همزمان، توزیع کنندگان باید محصولات پایان عمر را جمع آوری کنند.آنها باید یک روش بازپس گیری ضایعات PV داشته باشند یا در یک طرح بازپس گیری مورد تایید دولت مشارکت داشته باشند.

با این حال، به گفته اسکات باتلر، مدیر اجرایی Material Focus، یک سازمان غیردولتی که از هزینه‌های انطباق WEEE حمایت مالی می‌شود، برخی ملاحظات متمایز وجود دارد که بر بازیابی پنل‌های خورشیدی تأثیر می‌گذارد: «با PV شما انتظار دارید که یک رابطه نصاب/نصب کننده وجود داشته باشد. خانوارهادر حالی که این یک محصول داخلی است، چیزی نیست که بسیاری از مردم بتوانند خودشان از عهده آن برآیند.

"من تصور می کنم که نصب غیرفعال باید شامل یک متخصص ثبت نام شده برای برق اصلی باشد... و آنها ممکن است کلید مدیریت این [ضایعات] باشند.اگرچه ممکن است دشوار باشد زیرا آنها برای مدیریت زباله آماده نیستند، تبدیل شدن به یک حامل زباله چندان سخت نیست.

باتلر خاطرنشان می کند که پنل های خورشیدی که اکنون به پایان عمر خود نزدیک می شوند ممکن است به دلیل تنوع در ساخت، بازیافت چالش برانگیز باشد: "از نظر بازیافت، من فکر می کنم چالش PV ها درک شیمی است زیرا، به ویژه در ابتدا، بسیاری از مخلوط های شیمیایی مختلف در حال انجام است.چیزهایی که اکنون قرار است به بازار بیایند بسیار قدیمی هستند، 20 سال چرخه بسیار طولانی است.بنابراین شاید یک شکاف اطلاعاتی وجود داشته باشد که ممکن است نیاز باشد که چه کسی چه چیزی را در بازار عرضه می کند و چه چیزی است، برطرف شود.

فرآیندهای بازیافت

فرآیندهای بازیافت پنل ها بر اساس ترکیب پنل های خورشیدی متفاوت است که رایج ترین آنها مبتنی بر سیلیکون است.پانل های خورشیدی سیلیکونی که به دلیل مقرون به صرفه بودن و انعطاف پذیری شناخته شده اند، 73.3 درصد از سهم بازار را در سال 2020 به خود اختصاص دادند.لایه نازک 10.4 درصد را به خود اختصاص داده است و پانل های ساخته شده از مواد دیگر (حساس شده به رنگ، فتوولتائیک متمرکز، هیبریدهای آلی) 16.3 درصد باقی مانده را تشکیل می دهند (چادری و همکاران، 2020).

هنگام جمع آوری، هرپنل PVجدا کردن آن دشوار استقاب آلومینیومی و جعبه اتصال را می توان به سادگی جدا کرد.بخش چالش برانگیز ورق شیشه ای تخت چند لایه است که حاوی مقادیر کمی از فلزات آهنی و غیر آهنی، پلاستیک و مواد نیمه هادی است.با توجه به راه حل های تصفیه، این چالش یک چالش فنی نیست، زیرا تجزیه در اثر حرارت، جداسازی برودتی (انجماد)، و خرد کردن مکانیکی به عنوان تکنیک های جداسازی برای مواد مختلف وجود دارد.بزرگترین چالش این است که پانل های PV زباله ای شبیه زباله های بسته بندی یا مواد مصرفی با طول عمر کوتاه تولید نمی کنند.بنابراین، سوال اصلی یک سوال اقتصادی است: چه کسی در خط تصفیه ای سرمایه گذاری می کند که نمی داند زباله ها چه زمانی می رسند؟

پانل های لایه نازک شامل یک فرآیند تصفیه هستند که نیاز به برخی مراحل اضافی برای بازیابی فلز ترکیبی "کادمیم تلورید" از نظر محیطی سالم دارد.پانل های لایه نازک در حالی که انتخاب کمتری هستند، استفاده از مواد کارآمدتری دارند، نیمه هادی نازک تری را در خود جای می دهند و در هزینه و کربن در طول تولید صرفه جویی می کنند.این پانل ها در نور کمتر و در زوایای «افراطی» عملکرد بهتری دارند که برای سطوح عمودی و نماها مفید است.

برای بازیابی مواد، پانل های PV فیلم نازک برای حذف لایه لایه، قبل از جدا شدن خرده های جامد و مایع توسط یک پیچ دوار، خرد می شوند.سپس فیلم با استفاده از اسید و پراکسید برداشته می شود و به دنبال آن مواد بین لایه ای با ارتعاش حذف می شوند، در حالی که شیشه و فلز باقی مانده جدا شده و بازیابی می شوند.

بازیافت پنل خورشیدی در مقیاس

علیرغم رشد مداوم طرح‌های بازیافت فعلی، در حال حاضر تنها 80 تا 95 درصد از مواد پنل خورشیدی که به بازیافت می‌رسند، بازیافت می‌شوند.برای پیشبرد این امر، شرکت مدیریت زباله Veolia پروژه ای را برای بازیافت کامل پنل های خورشیدی در مقیاس صنعتی، در یک پروژه در حال انجام که توسط EIT RawMaterials تامین می شود، هدایت می کند.ReProSolar در حال توسعه یک فرآیند بسیار کارآمد برای بازیافت پانل های پایان عمر است که امکان بازیابی تمام اجزای ماژول PV مبتنی بر سیلیکون را فراهم می کند.

با استفاده از فناوری لایه لایه برای جداسازی سلول خورشیدی از صفحه شیشه ای، فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی تمام مواد از جمله نقره خالص و سیلیکون را بدون از بین بردن ماژول های PV بازیابی می کنند.

با مشارکت FLAXRES GmbH و ROSI Solar، دوشرکت های فناوریکه در حال توسعه روش‌های جدید برای بازیابی مواد خام از پانل‌های PV هستند، این پروژه تا پایان سال امکان‌سنجی را در مقیاس صنعتی آزمایش می‌کند و سالانه 5000 تن ماژول PV از کار افتاده در یک کارخانه نمایشی در آلمان در سال 2024 پردازش می‌شود.

تجاری‌سازی یک فرآیند بازیافت کامل، کلیدی برای رویارویی با چالش فعلی بازار است، و عرضه‌ای قوی از اجزای پانل PV بازیافت‌شده برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای پانل‌ها و رسیدگی به حجم نصب زباله‌های پانل‌های خورشیدی را به ارمغان می‌آورد.

با افزایش تقاضا می توان از بازیابی اجزای پانل PV با ارزش بالا سود اقتصادی قابل توجهی به دست آورد.به عنوان مثال، نقره در حالی که 0.05 درصد وزن پانل را به خود اختصاص می دهد، 14 درصد از ارزش بازار آن را تشکیل می دهد.سایر فلزات با ارزش و قابل بازیافت عبارتند از آلومینیوم، مس و تلوریم.به گفته ریستاد انرژی، در حالی که مواد بازیابی شده از پانل های PV پایان عمر در حال حاضر 170 میلیون دلار ارزش دارند، ارزش آنها در سال 2030 به بیش از 2.7 میلیارد دلار می رسد.

طراحی مجدد پنل های خورشیدی

علاوه بر نوآوری‌ها در دنیای بازیافت پنل‌های خورشیدی، طراحی پنل‌ها نیز با در نظر گرفتن استفاده مجدد از نو طراحی شده است.سازمان تحقیقات علمی کاربردی هلند (TNO) پانل‌های خورشیدی جدید «طراحی برای بازیافت» (D4R) خود را در دسامبر 2021 معرفی کرد که در راستای ملاحظات پایان عمر تولید شده‌اند.پانل ها با طول عمر 30 ساله آزمایش شده برای جداسازی آسان و بدون آسیب به اجزا طراحی شده اند.

پانل ها که با یک فویل چسب محصور شده اند، یک مکانیسم ماشه یکپارچه برای جداسازی سلول ها و قاب ها دارند.این فرآیند کم انرژی است و شامل هیچ عنصر سمی نیست.

این تحقیق توسط دو پروژه انجام می‌شود، اولین پروژه DEREC است که پنل‌های D4R را در مقیاس کوچک مفهوم‌سازی و آزمایش کرد تا از برچیدن تمیز آن‌ها پس از یک عمر خدمات شبیه‌سازی شده اطمینان حاصل شود.پروژه PARSEC سپس این فناوری را به پنل‌های D4R در اندازه کامل برای استفاده تجاری و مسکونی افزایش می‌دهد.

در حالی که آن پانل استساختهتقریباً 30 سال پیش که چالش فعلی را برای بازیافت‌کنندگان ایجاد می‌کند، پانل‌های D4R می‌توانند بازیافت پانل‌ها را برای پیشبرد صنعت ساده‌تر کنند.و علاوه بر پانل‌های جدید، کنسرسیوم در حال تحقیق در مورد تکنیک‌های بازیافت برای مدل‌های کنونی پنل‌های خورشیدی برای دستیابی به سیلیکون خالص برای استفاده مجدد است.

در نتیجه

در مجموع، این نوآوری‌ها در تمرکز بر تجاری‌سازی نویدبخش هستند، اگرچه نگرانی در مورد اینکه آیا مقیاس مورد نیاز برآورده می‌شود، با افزایش حجم پانل‌های منسوخ شده و تقاضا برای پانل‌های جدید، همچنان وجود دارد.با این حال، اگر تلاش‌های تجاری‌سازی به خوبی پیش برود، و اگر برنامه‌هایی برای تولید پانل‌ها از مواد کاملاً بازیافتی قابل ارائه باشد، صنعت پانل‌های خورشیدی به دنبال اقتصاد دایره‌ای قوی است.