Z roku na rok w polskim sektorze OZE dynamicznie wzrasta udział fotowoltaiki. Moc zainstalowana PV w Polsce na koniec grudnia 2020 roku wynosiła ponad 3,9 GW, co oznacza wzrost o 259% w stosunku do grudnia 2019 roku. Razem z rosnącą popularnością fotowoltaiki pojawia się szereg pytań. Jak długo instalacje PV są wydajne i opłacalne? W jaki sposób możemy wydłużyć ten czas? Co z panelami, które nie są już zdatne do użytku? Czy można poddać je recyklingowi? Czy może fotowoltaika - teoretycznie przyjazna dla środowiska - jest źródłem olbrzymich ilości odpadów, które zanieczyszczają świat?

Lokalizacja zakładu i firmy uczestniczące w projekcie 

Obiekt jest planowany na terenie Protos w okolicy Ellesmere Port w hrabstwie Cheshire. Obszar ten zajmuje powierzchnię około 54 hektarów, a jego operatorem jest firma Peel Enviromental - lider w opracowywaniu nowej infrastruktury dla sektorów odpadów, minerałów i technologii środowiskowych w całej Wielkiej Brytanii. Projekt zakładu przetwarzania tworzyw sztucznych na wodór jest realizowany przez Waste2Tricity (dewelopera i operatora w sektorze energii z odpadów) we współpracy z firmą PowerHouse Energy Group, która opracowała technologię DMG. Technologia DMG (Distributed Modular Generation) wykorzystuje komorę konwersji termicznej, w której odpady podgrzewane są do temperatury przekraczającej 850 stopni Celsjusza. Z podgrzanego plastiku powstaje gaz syntezowy bogaty w energię, a w jego skład wchodzą: metan, tlenek węgla i wodór. Następnie z mieszaniny oddziela się wodór, a pozostałe elementy poddaje się oczyszczeniu i spaleniu. Powstaje energia cieplna i elektryczna, którą można wykorzystać. Komora konwersji termicznej ma zapewnić przetworzenie 35 ton odpadów i wytworzenie do 2 ton wodoru dziennie.

Jeszcze kilkanaście lat temu fotowoltaika nie cieszyła się dużą popularnością. Technologie wtedy panujące sprawiały, że żywotność paneli była krótsza niż czas ich pracy, w którym zwróciłby się koszt wykonania instalacji. 

Zwyczajnie były nieopłacalne. Z biegiem czasu tworzono nowe rozwiązania umożliwiające wydłużenie czasu prawidłowej funkcjonalności paneli fotowoltaicznych. Obecnie większość z nich jest objęta przez producenta 25-letnią gwarancją, co nie oznacza, że po tym okresie układ przestaje działać. Przewiduje się, że wysokiej jakości panele fotowoltaiczne są w stanie pracować nawet 40-50 lat. Jednak, im dłuższy jest czas eksploatacji, tym instalacje PV zaczynają stawać się mniej funkcjonalne. Większość producentów zakłada, że po okresie gwarancyjnym wydajność standardowych paneli fotowoltaicznych powinna być wyższa od 80% wartości początkowej.

Warto również wspomnieć o negatywnym wpływie ekstremalnych warunków atmosferycznych na czas działania instalacji PV. Skrajne zjawiska pogodowe, na przykład gradobicie, mogą uszkodzić panele, co poskutkuje skróconym czasem ich funkcjonalności lub całkowitym zniszczeniem. W Polsce takie awarie nie występują często. Wynika to z położenia w umiarkowanej strefie klimatycznej, a co za tym idzie epizodyczności występowania nadzwyczajnych zjawisk atmosferycznych. Należy zaznaczyć, że instalacja fotowoltaiczna to nie tylko panele, ale również niezbędne do prawidłowej pracy układu – falowniki, które zmieniają prąd stały na przemienny. Ze względu na intensywność działania, czas eksploatacji falowników jest krótszy, a okres gwarancji to najczęściej 10 lat. Na żywotność instalacji fotowoltaicznej duży wpływ ma także jej właściciel. Regularne kontrole układu PV, monitorowanie stanu paneli oraz sprawdzanie okablowania może wyeliminować powstawanie strat produkowanej energii.  

Najpopularniejsze moduły fotowoltaiczne występujące w instalacjach PV to moduły krzemowe i cienkowarstwowe. Składają się one z mieszaniny krzemu, szkła, plastiku i miedzi. Ze względu na różnice w budowie proces ich recyklingu przebiega w sposób zróżnicowany. Recykling modułów krzemowych polega na oddzieleniu części aluminiowych (ram i okablowania) od części szklanych, które potem trafiają do mielenia i za pomocą zaawansowanych urządzeń są rozkładane na czynniki pierwsze (szkło, krzem, miedź, plastik). Taki proces może owocować odzyskiem nawet 95% użytecznych materiałów. Innym rozwiązaniem może być wykorzystanie wysokiej temperatury, która pozwala na usunięcie plastiku z części szklanej. W ten sposób odzyskuje się część ogniwa krzemowego wykorzystywanego do produkcji nowych modułów. 

Recykling modułów cienkowarstwowych przebiega inaczej. Pierwszym etapem jest umieszczenie modułów w całości w niszczarce rozdrabniającej elementy panelu. W rezultacie szklana część pęka i da się ją łatwo usunąć. Pozostałe elementy oddziela się od siebie poprzez wprawienie ich w ruch obrotowy, a potem oczyszcza i poddaje dalszej obróbce. Dla tego procesu recyklingu odzysk szkła wynosi około 90%. 

Warto podkreślić, że oba opisane wyżej mechanizmy zawierają w sobie szereg procesów chemicznych, mechanicznych i termicznych, a co za tym idzie są czasochłonne i skomplikowane. Przyczynia się to do trudności w rozwoju technologii recyklingu PV.

Pierwszy zakład w Europie, zajmujący się recyklingiem instalacji PV, powstał w 2018 roku w Rousset (Francja). Inicjatywa została stworzona we współpracy firmy Veolia oraz międzynarodowego stowarzyszenia PV Cycle. Obiekt przetwarza moduły krzemowe metodą przedstawioną powyżej, to jest za pomocą szeregu procesów następuje oddzielenie części szklanych i aluminiowych, mielenie części szklanych, separacja poszczególnych surowców. Technologie zakładu umożliwiają odzysk do nawet 95% składników pierwotnych. 

Recykling instalacji PV na świecie 

Obecnie na świecie występuje ogromny wzrost liczby zakładanych instalacji fotowoltaicznych, co przekonuje do tego, że należy szukać innowacyjnych rozwiązań, które umożliwią skuteczny recykling. Na świecie powstało już około 100 zakładów przetwarzania odpadów PV, a najwięcej z nich znajduje się w Chinach i Stanach Zjednoczonych. Problem pojawia się jednak w krajach, w których recykling paneli nie jest określony prawnie, co sprawia, że odpady instalacji fotowoltaicznych są traktowane jako ogólne lub przemysłowe. Skutkuje to nieodpowiednim przetwarzaniem zużytych modułów, a co się z tym wiąże prowadzi do nieefektywnego odzysku surowców i prowadzi do zanieczyszczania środowiska. 

Warto wspomnieć, że Unia Europejska rozwiązała to zagadnienie, wprowadzając dyrektywę WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment Directive). Dokument określa definicję zużytych paneli fotowoltaicznych jako odpadów elektronicznych, których skuteczność przetwarzania powinna wynosić co najmniej 85% odzyskanych surowców, przy czym co najmniej 80% musi być wykorzystane w recyklingu lub ponownie do produkcji instalacji.

Podsumowanie 

Rozwój technologii i infrastruktury do recyklingu paneli fotowoltaicznych jest niezwykle ważny. Należy pamiętać, że ciągle wzrastająca liczba montowanych instalacji PV będzie za kilkadziesiąt lat skutkować ogromną ilością odpadów, które przetworzone w nieodpowiedni sposób będą stanowić zagrożenie dla środowiska. Tylko efektywne rozwiązania recyklingowe zużytych elementów instalacji utwierdzą bezdyskusyjnie w przekonaniu, że energia produkowana dzięki panelom fotowoltaicznym jest czysta i warto w nią inwestować.

https://stiloenergy.pl/utylizacja-paneli-fotowoltaicznych/ 

https://sunergo.pl/blog/zywotnosc-paneli-fotowoltaicznych/