Recykling ogniw fotowoltaicznych dzięki metodzie AGH–100%!
Przetwarzanie światła słonecznego na energię elektryczną, czyli inaczej wytwarzanie prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego zwane jest w skrócie fotowoltaiką.
Wzrost jej popularności w ostatnich latach notowany jest głównie z dwóch powodów:
- ekologicznych – tam, gdzie myślenie proekologiczne ceni się wyżej niż ekonomiczne,
- praktycznych – z tej prostej przyczyny, że promieniowanie słoneczne jest praktycznie wszędzie dostępne.
Jak to działa?
Głównym surowcem do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krystaliczny wafel krzemowy. Panele cienkowarstwowe (CIGS) powstają przez napylenie cienkiej warstwy miedzi, indu, galu, selenu na powierzchnię szkła lub plastiku i dodaniu elektrod. Pojedyncze ogniwo jest w stanie wygenerować prąd o mocy 1-6,97 W.
W celu maksymalizacji uzyskiwanych efektów, ogniwa łączone są w moduły fotowoltaiczne (grupy ogniw w urządzeniu). Ogniwa są najczęściej produkowane w panelach o powierzchni 0,2 – 1,0 m². Ogniwa te przede wszystkim są stosowane w technice kosmicznej. Ich zaletami są bezobsługowość oraz duża żywotność, gwarantowana na 25 lat. Są obszary (np. w Niemczech), gdzie instalacje fotowoltaiczne pracujące od 35 lat. Oprócz tego są stosowane jako źródło zasilania samodzielnych urządzeń, np. boi sygnalizacyjnych, świateł drogowych itp. Zaczynają również docierać do budowli i budynków, zwłaszcza tych oddalonych od sieci energetycznych.
Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystywane są również w elektronice użytkowej (kalkulatory, lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych), zasilaniu układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo–rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektrycznej, zasilanie automatyki przemysłowej i pomiarowej, a także produkcji energii w pierwszych elektrowniach słonecznych.
Ogniwa tego typu wykorzystywane są również w użytku domowym. Mylone są one często z kolektorami słonecznymi, które odróżniają się tym, że przekształcają energię promieniowania słonecznego w ciepło.
Instalacje w Polsce
Na koniec listopada 2022 r. moc zainstalowana fotowoltaiki w Polsce wyniosła 11 924 MW. To o 67 proc. więcej niż w listopadzie ubiegłego roku, kiedy zanotowano 7140,81 MW. Instalacje prosumenckie pv miały moc 8623,156 MW. Ich liczba wyniosła 1 179 568 sztuk.
Nowe instalacje fotowoltaiczne stanowiły 99 proc. wszystkich nowych instalacji OZE, a w megawatach – 88 proc. Przeciętna wielkość nowej instalacji pv powstałej w listopadzie wyniosła 15,46 kW.
Fotowoltaika na tle OZE
Stan mocy elektrycznej zainstalowanej dla wszystkich rodzajów źródeł (konwencjonalnych i odnawialnych) w listopadzie 2022 r. wyniósł 60 GW. Odnawialne źródła energii mają prawie 36,6 proc. (22 GW). W sektorze OZE fotowoltaika zajmuje pierwsze miejsce z ponad 54-proc. udziałem.
Co z zużytymi panelami fotowoltaicznymi?
Unia Europejska zapewnia ramy prawne dla rozszerzonej odpowiedzialności producenta modułów fotowoltaicznych na jej terenie 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 roku zbieranie, transport i recykling zużytych modułów fotowoltaicznych są regulowane w każdym kraju UE.
W Polsce odpady z paneli fotowoltaicznych traktowane są jak elektrośmieci. Zgodnie z zapisami dokonanymi w ustawie o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, wszystkie urządzenia, których działanie uzależnione jest „od dopływu prądu elektrycznego lub od obecności pól elektromagnetycznych, oraz urządzenia mogące służyć do wytwarzania, przesyłu lub pomiaru prądu, po zakończeniu okresu użytkowania trzeba oddać do przeznaczonych na ten cel punktów odbioru odpadów elektrycznych.
Nie można ich po prostu wyrzucić do kosza czy też uznać za odpady wielkogabarytowe. W punktach odbioru zużyte panele poddane zostaną obróbce, dzięki której będzie można odzyskać jak najwięcej elementów przydatnych do powtórnego użycia.
Jak przebiega proces recyklingu paneli fotowoltaicznych?
Materiały takie jak szkło, aluminium i półprzewodniki można teoretycznie odzyskać i ponownie wykorzystać. Dotychczas najczęstsze metody recyklingu modułów krzemowych, zwanych też c-Si PV, opierają się na procesach mechanicznych, termicznych i chemicznych.
Recykling paneli fotowoltaicznych wykonanych na bazie krzemu polega na demontażu ramy znajdującej się na modułach PV w celu oddzielenia części aluminiowych i szklanych. W dalszej kolejności usuwane są kable i skrzynka przyłączeniowa. Tak przygotowany materiał jest następnie cięty i zgniatany.
Prawie całe szkło (aż 95%) można ponownie wykorzystać. Podobnie wygląda recykling zewnętrznych części wykonanych z metalu. Wypracowane technologie pozwalają na ponowne ich użycie do formowania ramek. Recyklingowi podlegają także ogniwa fotowoltaiczne. Szacuje się, że około 80% ‒ 90% z nich nadaje się do powtórnego wykorzystania.
Pozostałe elementy pozyskane z utylizacji paneli PV są poddawane obróbce termicznej w bardzo wysokiej temperaturze, sięgającej nawet 500°C.
Aż 80% paneli krzemowych można wykorzystać ponownie. W tym przypadku recykling polega na wytrawianiu kwasem cząsteczek krzemu i wzbogacaniu struktury, aby ich pierwotne właściwości zostały przywrócone. Pozostałe 20% ogniw krzemowych poddawane jest natomiast dalszej obróbce, która koncentruje się na przetapianiu ich do formy tak zwanych wafli. Te finalnie mogą być ponownie wykorzystane do produkcji zupełnie nowych paneli fotowoltaicznych.
Metoda AGH – 100% odzysku!
W laboratoriach krakowskiej Akademii Górniczo – Hutniczej powstaje innowacyjna metoda recyklingu paneli fotowoltaicznych. Władze uczelni wraz ze spółką technologiczno-badawczą 2loop Tech utworzyły konsorcjum w celu przeprowadzenia badań i działań wdrożeniowych. W skład zespołu badawczo-wdrożeniowego wchodzą naukowcy z Polski, Czech i Słowacji.
Uczelnia AGH oraz firma 2loop Tech podjęły się opracowania metody stuprocentowego recyklingu zużytych modułów fotowoltaicznych. Z paneli PV można odzyskać aluminium krzem czy szkło.
Wdrożenie i uruchomienie linii technologicznej do utylizacji paneli fotowoltaicznych nastąpi do końca 2023 r.
Szacując, że średnia żywotność paneli wynosi 20–30 lat. W najbliższych latach, w samej Polsce, do utylizacji lub recyklingu może trafić ponad 100 ton zużytych instalacji fotowoltaicznych.
Umowa zawarta w ramach projektu zakłada opracowania technologii blisko stuprocentowego recyklingu zużytych paneli fotowoltaicznych. Akademia Górniczo-Hutnicza przeprowadzi badania laboratoryjne oraz opracuje metodę przetwarzania paneli. Badania przemysłowe odbywać się będą w Katedrze Inżynierii Środowiska na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii. Natomiast prace wdrożeniowe oraz uruchomienie prototypowej linii technologicznej nastąpi w zakładzie 2loop Tech w podtoruńskich Czaplach.
Razem z AGH opracowujemy nowatorską technologię pozwalającą firmom efektywnie i ekonomicznie recyklingować panele fotowoltaiczne, tak aby zminimalizować koszty procesu i nie musieć ich przerzucać na użytkownika indywidualnego. Dostawcy paneli są coraz bardziej świadomi narastającego problemu odpadów po instalacjach OZE i są już wśród nich na rynku pionierzy, którzy wychodzą z inicjatywą, by skorzystać z tych nowych możliwości i doprowadzić do odpowiedzialnego przetworzenia zużytych elementów instalacji PV – mówi Marcin Karbowniczek, prezes zarządu 2loop Tech.
Umowa przewiduje wdrożenie i uruchomienie linii technologicznej do końca 2023 r. 2loop Tech jest liderem konsorcjum, odpowiadającym za proces wdrożeniowy projektu. Natomiast za część naukowo-badawczą projektu odpowiada AGH.
Czytaj także: Blaski i cienie fotowoltaiki
