We invest in a photovoltaic system, 20-30 years pass… and what to do next with our panels? Both prosumers and those planning to invest in renewable energy sources are wondering. After this period, panels whose efficiency decreases will be replaced with new ones, but what should we do with the “used” units? How much can it cost to dispose of photovoltaic panels? Or maybe… their life after 20-30 years will not end at all! Current knowledge allows us to conclude that with age the work of panels does not end overnight, and after 25-30 years only their efficiency decreases. Manufacturers guarantee that the loss of efficiency after this time will not exceed several percent, while at some point there will be a moment when the efficiency of the system will no longer be satisfactory to us. Both in Poland and around the world photovoltaic installations are constantly increasing – will their disposal be a real problem in the future?
Disposal of photovoltaic panels vs. recycling – what materials are we able to recover?
Most components of a photovoltaic panel can be recycled. On average, 75% of the weight of the entire module is glass, and glass recycling is a well-developed industry. Other materials that can be easily recycled are aluminum frame, copper wire and connection components.
We can also recycle the metals that make up the panel. The most valuable raw materials are silver and copper, which are found in small quantities. Difficulties can be – if present – toxic metals such as lead or cadmium and trace elements like tin, tellurium, antimony, gallium and indium.
As a result of technological limitations, we are unable to recover very high-purity silicon from PV modules. Metallurgical-grade silicon, with a purity of about 99%, costs about $4 per kilogram. Photovoltaic-grade silicon, on the other hand, has a minimum purity of 99.9999%, known as “six nines” (or 6N purity), and costs at least eight times as much. Currently, silicon recovered from the panel has a purity of 98%, which is far from the 6N standard [1].
When discussing the disposal/recycling of photovoltaic panels, one should not forget about the other components of the system such as inverters, structural components and energy storage. Inverters do not lose their efficiency over the years like panels, but if they become damaged they can be recycled along with other electronic waste. Structural components will be repurchased from us by a scrap metal collection point, while energy storage systems will be adequately purchased by a battery collection point.
Figure 1: Photovoltaic panels in a waste container [2].
The course of the process of recycling photovoltaic modules
Depending on the type of module and the materials from which it is made, we can distinguish a number of recycling methods. Nevertheless, most often the process proceeds in 3 steps:
Removal of the frame and junction box;
Separation of the glass and silicon wafer through thermal, mechanical or chemical processes;
Separation and purification of the silicon cells and metals (e.g., silver, tin, lead, copper) through chemical and electrical techniques.
Solar panel recycling is a new and rapidly growing industry. Scientists and engineers around the world are conducting research to optimize and automate the process – recovering as much valuable material as possible from the panel, while maximizing the profitability of the process[3].
Cost of disposing of photovoltaic panels
The cost of disposing of solar panels lies with the owner of the photovoltaic installation. How much is it? According to one source, the estimated average cost of disposing of photovoltaic panels is PLN 1.5/kg. The cost of transportation and dismantling should be taken into account. If an outside company is used, transportation will cost about PLN 2.5/km [4].
Due to the “young age” of PV installations in our country, the disposal of photovoltaic panels will probably be a real problem for Poles only after 2040. By then, both recycling methods and the rules and regulations imposed by both the state and the European Union may change.
Currently, recycling of photovoltaic panels is a niche, and there are not many customers for such services. In the future, there will be many new companies specializing in this industry. In view of the “uncertain tomorrow,” it seems reasonable to wait until the market itself responds to the emerging demand.
Fig. 2. Bauer Solar photovoltaic panels with a manufacturer’s warranty of 30 years!
Fig. 3. Sunlink photovoltaic panels with a product warranty of 25 years and a power warranty of 30 years!
Reusing solar panels
There may come a day when we decide to replace our solar panels. Not because they’re broken, but because we’ll notice a significant drop in performance or our electricity needs will change. Such panels should not go to the landfill or disposal. They can be resold, reused or refurbished. We can’t connect the refurbished modules to the electric grid, but they can be useful for charging energy storage. Nevertheless, there are many other beneficial ways to reuse solar panels like charging stations for electric cars or bicycles.
Benefits of recycling/recycling photovoltaic modules
We already know that solar panels can be recycled and how this process works. The question arises – what other benefits will this bring to the economy? What is the environmental impact of photovoltaics? The first step to managing the disposal/recycling of large quantities of photovoltaic modules will be to create the appropriate infrastructure. New infrastructure brings with it new opportunities.
Photovoltaic recycling will not only create more “green” jobs, but is also estimated to bring about tens of billions in recoverable value by 2050 [5]. This influx will make it possible to produce 2 billion new panels without investing in raw materials, which translates into about 630 GW of green energy!
In the interactive map below, you can see which countries produce the most “waste” from solar panels:
Thanks to a number of subsidies, as well as changing electricity prices, the use of renewable energy is becoming increasingly profitable, with the result that more and more households and companies are choosing to invest in renewables, and in particular in photovoltaic installations. This will translate into growing demand in the solar panel recycling sector in the future.
Inwestujemy w instalację fotowoltaiczną, mija 20-30 lat… i co dalej zrobić z naszymi panelami? Zastanawiają się zarówno prosumenci, jak i osoby planujące inwestycję w odnawialne źródła energii. Po tym okresie panele których sprawność spadnie wymienimy na nowe, lecz co powinniśmy zrobić ze „zużytymi” jednostkami? Ile może kosztować utylizacja paneli fotowoltaicznych? A może… ich żywot po 20-30 latach wcale się nie zakończy?! Obecna wiedza pozwala stwierdzić, że z wiekiem praca paneli nie kończy się z dnia na dzień, a po 25-30 latach jedynie obniża się ich sprawność. Producenci gwarantują, iż utrata sprawności po tym czasie nie przekroczy kilkunastu procent, natomiast kiedyś nastąpi moment gdy efektywność systemu przestanie być dla nas zadowalająca. Zarówno w Polsce, jak i na całym świecie ciągle przybywa instalacji fotowoltaicznych – czy ich utylizacja będzie stanowiła w przyszłości realny problem?
Utylizacja paneli fotowoltaicznych a recykling – jakie materiały jesteśmy w stanie odzyskać?
Większość elementów panelu fotowoltaicznego można poddać recyklingowi. Średnio 75% masy całego modułu stanowi szkło, a recykling szkła jest dobrze rozwiniętą branżą. Inne materiały, które łatwo poddają się recyklingowi to: rama aluminiowa, drut miedziany i elementy przyłączeniowe.
Recyklingowi możemy poddać także metale, z których zbudowany jest panel. Najcenniejszymi surowcami są srebro i miedź, które występują w niewielkich ilościach. Trudnością mogą być – o ile występują – toksyczne metale, takie jak ołów czy kadm oraz śladowe ilości pierwiastków jak: cyna, tellur, antymon, gal i ind.
W wyniku ograniczeń technologicznych nie jesteśmy w stanie odzyskać z modułów PV krzemu o bardzo dużej czystości. Krzem klasy metalurgicznej, o czystości około 99%, kosztuje około 4 dolarów za kilogram. Z kolei krzem klasy fotowoltaicznej ma minimalną czystość 99,9999%, znaną jako “sześć dziewiątek” (lub czystość 6N), i kosztuje co najmniej osiem razy więcej. Obecnie krzem odzyskany z panelu ma czystość 98%, co jest dalekie od standardu 6N [1].
Omawiając utylizację/recykling paneli fotowoltaicznych nie należy zapominać o pozostałych elementach instalacji jak np. falowniki, elementy konstrukcyjne i magazyny energii. Falowniki nie tracą swojej sprawności przez lata, jak panele, ale jeśli ulegną uszkodzeniu mogą być poddawane recyklingowi wraz z innymi odpadami elektronicznymi. Elementy konstrukcyjne odkupi od nas punkt skupu złomu, zaś systemy magazynowania energii adekwatnie skup akumulatorów.
Rys. 1. Panele fotowoltaiczne w pojemniku na odpady [2].
Przebieg procesu utylizacji modułów fotowoltaicznych
W zależności od typu modułu i materiałów, z których został wykonany możemy wyróżnić wiele metod recyklingu. Niemniej, najczęściej proces ten przebiega w 3 krokach:
Usunięcie ramy i skrzynki przyłączeniowej;
Oddzielenie szkła i płytki krzemowej poprzez procesy termiczne, mechaniczne lub chemiczne;
Oddzielenie i oczyszczenie ogniw krzemowych oraz metali (np. srebra, cyny, ołowiu, miedzi) za pomocą technik chemicznych i elektrycznych.
Recykling paneli słonecznych to nowa, szybko rozwijająca się branża. Naukowcy i inżynierowie z całego świata prowadzą badania mające na celu optymalizację i automatyzację procesu – odzyskanie z panelu jak największej ilości cennych materiałów, maksymalizując przy tym opłacalność procesu[3].
Koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych
Koszt utylizacji paneli słonecznych leży po stronie właściciela instalacji fotowoltaicznej. Ile wynosi? Jak podaje jedno ze źródeł szacunkowy średni koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych wynosi 1,5 zł/kg. Należy uwzględnić przy tym koszty transportu oraz demontażu. W przypadku korzystania z usług firmy zewnętrznej transport będzie kosztował około 2,5 zł/km [4].
Ze względu na „młody wiek” instalacji PV w naszym kraju, utylizacja paneli fotowoltaicznych będzie stanowiła dla Polaków realny problem prawdopodobnie dopiero po 2040 roku. Do tego czasu zmianie mogą ulec zarówno metody recyklingu, jak i przepisy i regulacje nałożone zarówno przez państwo, jak i Unię Europejską.
Obecnie recykling paneli fotowoltaicznych to nisza, a klientów na takie usługi nie jest dużo. W przyszłości pojawi się wiele nowych firm specjalizujących się w tej branży. Ze względu na „niepewne jutro” rozsądnym wydaje się poczekać, aż rynek sam zareaguje na pojawiające się zapotrzebowanie.
Może nadejdzie taki dzień, w którym zdecydujemy się wymienić nasze panele słoneczne. Nie dlatego, że są zepsute, tylko dlatego, że zauważymy znaczny spadek wydajności lub zmieni się nasze zapotrzebowanie na prąd. Takie panele nie powinny trafić na wysypisko ani do utylizacji. Można je odsprzedać, ponownie wykorzystać lub poddać procesowi renowacji. Nie możemy podłączyć modułów po renowacji do sieci elektrycznej, ale mogą przysłużyć się do ładowania magazynu energii. Niemniej, istnieje wiele innych, korzystnych sposobów ponownego wykorzystania paneli słonecznych jak stacje ładowania samochodów elektrycznych lub rowerów.
Korzyści wynikające z utylizacji/recyklingu paneli fotowoltaicznych
Wiemy już, że panele słoneczne mogą być poddawane recyklingowi i jak ten proces przebiega. Pojawia się pytanie – jakie inne korzyści przyniesie to gospodarce? Jaki wpływ na środowisko ma fotowoltaika? Pierwszym krokiem do zarządzania utylizacją/recyklingiem dużych ilości modułów fotowoltaicznych będzie stworzenie odpowiedniej infrastruktury. Nowa infrastruktura niesie za sobą nowe możliwości.
Recykling fotowoltaiki nie tylko stworzy więcej „zielonych” miejsc pracy, ale także szacuje się, że przyniesie około kilkadziesiąt miliardów złotych wartości możliwej do odzyskania do 2050 roku [5]. Ten napływ umożliwi wyprodukowanie 2 miliardów nowych paneli bez konieczności inwestowania w surowce, co przekłada się na około 630 GW zielonej energii!
Na poniższej interaktywnej mapie można sprawdzić, które kraje produkują najwięcej „odpadów” z paneli słonecznych:
Dzięki licznym dofinansowaniom, a także zmieniającym się cenom energii elektrycznej korzystanie z energii odnawialnej staje się coraz bardziej opłacalne, skutkiem czego coraz więcej gospodarstw domowych i firm decyduje się na inwestycję w źródła odnawialne, a w szczególności w instalacje fotowoltaiczne. W przyszłości przełoży się to na rosnące zapotrzebowanie w sektorze recyklingu paneli słonecznych.
Bezodpadowy recykling paneli fotowoltaicznych w Łodzi
W odpowiedzi na rosnące wyzwania związane z utylizacją zużytych paneli fotowoltaicznych, polska firma 2loop Tech S.A., we współpracy z naukowcami z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, opracowała innowacyjną technologię pełnego, bezodpadowego recyklingu paneli fotowoltaicznych oraz innych urządzeń OZE.
W Łodzi powstaje pierwszy w Polsce zakład w pełni poświęcony recyklingowi OZE, który docelowo ma przetwarzać do 8 tys. ton paneli rocznie. Obecnie firma 2loop Tech posiada decyzję środowiskową na przetwarzanie do 2 tys. ton rocznie, co może przynieść przychód około 7 mln zł.
W łódzkim zakładzie 2loop Tech wdraża zaawansowane rozwiązania AIoT (Artificial Intelligence of Things), które mają pozwalać na automatyczne rozpoznawanie typów paneli, zdalne sterowanie procesami przetwarzania i maksymalizację odzysku surowców. Firma informuje, że system monitorowania i analizy danych umożliwia śledzenie w czasie rzeczywistym efektywności recyklingu, optymalizowanie procesów i minimalizację strat surowcowych .
W ciągu roku od uruchomienia instalacji opartej na AIoT firma planuje rozszerzenie działalności czterokrotnie. Ma ona osiągnąć 8 tys. ton, a przychody – 28 mln zł rocznie. Ponadto 2loop Tech planuje w przyszłości recykling również sprowadzanych do Polski zużytych modułów z Niemiec, Czech i innych krajów UE. Jak podkreśla firma, jeśli projekt się powiedzie, Łódź może stać się ważnym hubem recyklingu instalacji OZE.
Inwestycja ta wpisuje się w szerszy kontekst europejskich działań na rzecz gospodarki obiegu zamkniętego. Według raportu Wspólnego Centrum Badawczego Komisji Europejskiej, do 2050 roku w krajach UE-27 skumulowana ilość odpadów z paneli fotowoltaicznych może osiągnąć od 21 do 35 mln ton .
Dzięki takim inicjatywom jak zakład 2loop Tech w Łodzi, Polska ma szansę stać się liderem w dziedzinie zrównoważonego recyklingu OZE, łącząc innowacyjność z odpowiedzialnością środowiskową.
Recykling i utylizacja paneli fotowoltaicznych na świecie
W miarę jak świat coraz bardziej angażuje się w transformację energetyczną i przechodzi na energię odnawialną, kwestia utylizacji starych i zużytych paneli fotowoltaicznych staje się coraz bardziej istotna. Różne kraje i regiony świata rozwijają różnorodne metody i praktyki, aby efektywnie zarządzać końcem życia tych produktów.
Europa
W Europie, dzięki dyrektywie WEEE, recykling paneli fotowoltaicznych jest ściśle regulowany. Kraje takie jak Niemcy, Francja, czy Włochy, mają już zaawansowane systemy recyklingu. Na przykład, w Niemczech działają specjalne zakłady, które są w stanie odzyskać do 95% materiałów z paneli. Wiele z tych krajów również stawia na rozwój technologii recyklingu, aby zwiększyć efektywność procesu i minimalizować odpady.
Stany Zjednoczone
W USA, mimo braku federalnych przepisów dotyczących recyklingu paneli fotowoltaicznych, niektóre stany, jak Kalifornia, wprowadziły własne regulacje. Organizacje branżowe, takie jak Solar Energy Industries Association (SEIA), również pracują nad standardami i praktykami recyklingu. W stanie Waszyngton, na przykład, uchwalono prawo wymagające od producentów paneli fotowoltaicznych tworzenia planów recyklingu.
Azja
W Azji, kraje takie jak Chiny i Japonia, intensywnie inwestują w rozwój technologii recyklingu. Chiny, będące największym producentem paneli fotowoltaicznych na świecie, stają przed wyzwaniem zarządzania ogromną ilością zużytych paneli. Japonia, z kolei, koncentruje się na rozwijaniu efektywnych metod recyklingu, aby sprostać wyzwaniom wynikającym z Fukushimy i przestawienia się na energię słoneczną.
Australia
W Australii, choć rynek recyklingu paneli jest wciąż w fazie rozwoju, rośnie świadomość potrzeby odpowiedzialnego zarządzania zużytymi panelami. Rząd australijski oraz lokalne instytucje badawcze pracują nad opracowaniem skuteczniejszych metod recyklingu oraz strategii edukacyjnych mających na celu podnoszenie świadomości społecznej na temat recyklingu paneli fotowoltaicznych.
Afryka
W Afryce, gdzie rynek energii słonecznej jest w fazie wzrostu, kwestie recyklingu paneli fotowoltaicznych są jeszcze na początkowym etapie rozwoju. Niektóre kraje, takie jak Południowa Afryka, rozpoczynają rozważania na temat przyszłych strategii recyklingu, mając na uwadze rosnące zainteresowanie energią słoneczną.
Ameryka Łacińska
W Ameryce Łacińskiej, pomimo rosnącej popularności energii słonecznej, recykling paneli fotowoltaicznych jest nadal w powijakach. Kraje takie jak Brazylia czy Chile, które inwestują w energię słoneczną, zaczynają rozważać potrzebę opracowania systemów recyklingu, aby zarządzać przyszłymi odpadami paneli fotowoltaicznych.
Wnioski
Globalne praktyki w zakresie recyklingu paneli fotowoltaicznych różnią się znacznie w zależności od regionu. Od zaawansowanych technologii w Europie, poprzez rozwijające się systemy w USA i Azji, po początkowe etapy w Afryce i Ameryce Łacińskiej, świat stopniowo przygotowuje się do wyzwań związanych z końcem życia rosnącej liczby paneli fotowoltaicznych. Kluczowe dla przyszłości tego sektora będzie dalsze inwestowanie w badania i rozwój technologii recyklingu, a także wdrażanie efektywnych przepisów regulujących tę dziedzinę.
Przyszłość recyklingu modułów PV
Od zaawansowanych metod recyklingu po zmieniające się regulacje i polityki, przyszłość recyklingu modułów PV jest zarówno obiecująca, jak i niezbędna dla dalszego rozwoju zrównoważonych źródeł energii. Co przyniesie przyszłość w przypadku recyklingu paneli fotowoltaicznych?
Innowacje w technologiach recyklingu
Zaawansowane metody rozdzielania: Badania skupiają się na rozwijaniu bardziej wydajnych metod rozdzielania komponentów paneli, takich jak nowe techniki chemiczne i termiczne, które zwiększają ilość odzyskiwanych materiałów oraz ich jakość.
Recykling nanomateriałów: W miarę rozwoju paneli fotowoltaicznych wykorzystujących nanotechnologie, pojawiają się nowe wyzwania w recyklingu tych zaawansowanych materiałów. Badania koncentrują się na bezpiecznym i efektywnym odzyskiwaniu nanomateriałów.
Zrównoważony rozwój i Recykling
Projektowanie z myślą o recyklingu: Nowe pokolenia paneli fotowoltaicznych są projektowane z myślą o łatwiejszym recyklingu na końcu ich żywotności. Obejmuje to użycie mniej toksycznych materiałów oraz uproszczenie procesów rozbiórki.
Energia odnawialna w procesie recyklingu: Istnieje tendencja do wykorzystywania odnawialnych źródeł energii w procesie recyklingu, co zmniejsza ślad węglowy całego cyklu życia paneli fotowoltaicznych.
Polityka i Regulacje
Zaostrzenie przepisów: Możemy oczekiwać, że przepisy dotyczące utylizacji paneli fotowoltaicznych będą się zaostrzać, co wymusi na producentach większą odpowiedzialność za cykl życia ich produktów.
Międzynarodowa współpraca: Wzrost międzynarodowej współpracy w zakresie standardów recyklingu może prowadzić do bardziej jednolitych i efektywnych praktyk na całym świecie.
Wyzwania i Perspektywy
Zarządzanie dużej skali: W miarę wygasania coraz większej liczby paneli, sektor będzie musiał sprostać wyzwaniu recyklingu na dużą skalę.
Świadomość i edukacja: Zwiększanie świadomości społecznej i edukacji na temat recyklingu paneli fotowoltaicznych będzie kluczowe dla efektywnego zarządzania odpadami.
Inwestycje i Rynki
Wzrost inwestycji: Możemy spodziewać się wzrostu inwestycji w sektor recyklingu paneli fotowoltaicznych, zarówno ze strony sektora publicznego, jak i prywatnego.
Nowe rynki: Pojawiające się rynki, szczególnie w krajach rozwijających się, mogą oferować nowe możliwości dla rozwoju technologii recyklingu.
