Чи є друге життя у сонячних панелей?

В останні роки спостерігається активний розвиток сонячної енергетики в усьому світі. Цей тренд супроводжується реальним бажанням використовувати природні відновлювані джерела енергії з вигодою для населення країн, але без нанесення шкоди для навколишнього середовища. На відміну від важкої промисловості, сонячна енергетика – досить молода галузь, яка ще не встигла «насмітити». Однак у кожного продукту і матеріалу є свій термін експлуатації і використання. Яка ж подальша доля PV-модулів, які підійшли до кінця свого терміну служби?

Загальна картина

Сонячні модулі, які відпрацювали своє (в середньому, термін експлуатації перших PV-модулів становить 25-30 років), відносяться до розряду електронного сміття (e-waste). За попередніми оцінками, річний світовий обсяг e-waste в 2018 році склав 50 мільйонів метричних тон. Щорічно збільшується частка сонячної енергетики на світовому ринку: плюс 18% на 2019 рік і введення в експлуатацію близько 123 ГВт згідно з розрахунками компанії IHS Markit, тому дуже гостро стоїть питання подальшої утилізації вже використаних PV-панелей.

Міжнародне агентство відновлюваної енергетики (IRENA) і Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) в 2016 році опублікували спільну доповідь про стратегію утилізації сонячних модулів. Прогнозується, що до 2030 року світові відходи фотовольтаїки (накопиченим підсумком) складуть 1,7-8 млн тон в залежності від того, чи будуть це regular loss (модулі, які відпрацювали свій термін експлуатації в 25-30 років) або ж early loss (передчасно вилучені модулі, до закінчення їх терміну служби по ряду причин – заміна застарілого обладнання, механічне пошкодження панелей, тощо). Вже до 2050 обсяги відходів PV-модулів, які відслужили свій термін, складуть 60-78 млн тон (рис.1 і рис. 2).

Рис.1. Глобальний огляд прогнозів відходів фотоелектричних панелей, 2016-2050 рр. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис.1. Глобальний огляд прогнозів відходів фотоелектричних панелей, 2016-2050 рр. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис.2. Накопичувальні відходи фотоелектричних панелей (млн тон) в розрізі країн-лідерів. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис.2. Накопичувальні відходи фотоелектричних панелей (млн тон) в розрізі країн-лідерів. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12

Якщо кількість відходів PV-модулів з відпрацьованим терміном служби до 2030 року конвертувати в грошовий еквівалент, шляхом вторинної переробки і вилучення матеріалів, то сума складе близько 450 млн доларів США. У свою чергу, з такої кількості відходів можна виробити 60 млн нових панелей, що дорівнює 18 ГВт. А до 2050 року ця цифра збільшиться до 15 млрд доларів на рік! З такої кількості відходів можна буде зробити 2 млрд PV-панелей, що еквівалентно 630 ГВт (рис.3).

Рис.3. Створення додаткової вартості PV-модулів, які відпрацювали свій термін служби. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.13
Рис.3. Створення додаткової вартості PV-модулів, які відпрацювали свій термін служби. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.13

На прикладі світових лідерів з виробництва сонячної енергетики розглянемо, які кроки зроблені для утилізації і переробки використаних фотоелектричних панелей, що спільного і які ноу-хау, зокрема.

Огляд ситуації щодо утилізації та переробки використаних фотоелектричних панелей по країнам

Китай, США, Японія, країни ЄС активно інвестують в дослідження і розробки по переробці сонячних панелей. На сьогоднішній день розрізняють два види переробки PV-модулів – грубу і тонку (див. інфографіку). При першій мається на увазі витяг основних матеріалів модуля – алюмінію, міді, скла, а ось пластмаса просто спалюється. При тонкої переробці можливо вилучення всіх хімічних елементів. До складу сонячних модулів входить сировина, яку можна використовувати повторно. Так, в процентному співвідношенні панель з кристалічного кремнію – це 76% скла, 10% полімерних матеріалів, 8% алюмінію, 5% кремнієвих напівпровідників, 1% міді, менш 0,1% срібла, олова і свинцю. Основа тонкоплівкових модулів – 89% (CIGS) і 97% (CdTe) скла.

Інфографіка: Процес переробки PV-модулів. Джерело: Онлайн-видання GreenMatch -The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec'18
Інфографіка: Процес переробки PV-модулів. Джерело: Онлайн-видання GreenMatch -The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec'18

Переробка відходів сонячних модулів регулюється на законодавчому рівні. Наприклад, в Китаї поки немає спеціально розробленого закону, але це не заважає країні займатися переробкою. В Індії PV-відходи регулює Міністерство навколишнього середовища, лісів і зміни клімату відповідно до Правил про небезпечні відходах, а також управління і транскордонного переміщення. В Японії ж відпрацьовані PV-панелі підпадають під загальні закони з управління відходами. Також є рекомендації щодо поводження з сонячними панелями після закінчення терміну їх служби.

У переробці e-waste досягли успіху Сполучені Штати і країни ЄС. На прикладі США, Німеччини і Франції розглянемо типові і нестандартні рішення в даному питанні.

США

У США утилізація панелей регулюється Законом про збереження та відновлення ресурсів (Законом про управління небезпечними та безпечними відходами). Існує програма добровільної утилізації панелей. Також слід врахувати, що в кожному з штатів можуть діяти свої локальні закони.

Утилізація тонкоплівкових модулів

Американці розробили технологію переробки тонкоплівкових CdTe-модулів в 2000-х роках. Вперше її застосувала фотогальванічна компанія First Solar. Завдяки розробленій технології повторно можна використовувати 95% напівпровідникових матеріалів і 90% скла. Всі демонтовані елементи PV-модулів переробляються в єдиному циклі.

Фото 1. Лінія по переробці відходів компанії First Solar. Джерело: Онлайн-видання Solar Power World - It's time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr'18
Фото 1. Лінія по переробці відходів компанії First Solar. Джерело: Онлайн-видання Solar Power World - It's time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr'18

Online-перепродаж

EnergyBin – веб-платформа для пошуку і продажу сонячних компонентів з метою їх подальшої покупки або перепродажу. Платформа розрахована тільки для компаній, що займаються сонячною енергетикою. Чином, 3500 членів EnergyBin складаються з фахівців з установки сонячних панелей, розробників, дистриб’юторів, виробників, менеджерів по експлуатації та обслуговуванню як малих, так і великих підприємств. Існує процес подачі заявки і вступу до спільноти EnergyBin. Учасники можуть шукати ринок за продуктами і отримувати пропозиції від декількох дистриб’юторів одночасно, щоб порівняти ціни. EnergyBin – це не тільки перепродаж, корисні знайомства і контакти. Тут завжди можна знайти запасні компоненти для давно застарілого обладнання.

Волонтерські проекти

Коли панель досягає гарантійного терміну служби – це не означає, що вона не може виробляти енергію. Незважаючи на зниження ефективності, використані панелі можуть бути встановлені на волонтерських проектах, що і підтверджує компанія WFTSS.

Засновник компанії WFTSS Вінсент Латам-старший заявив, що раніше вони зберігали понад 100 тон сонячних матеріалів на звалищах. Продавали переобладнані панелі сонячних виробникам і компаніям, які шукали запасні частини для існуючих масивів. Продаючи повторно використовувані панелі і виводячи з експлуатації великомасштабні масиви, WFTSS може профінансувати свою головну місію з надання безкоштовних сонячних проектів корінним жителям Мексики. WFTSS співпрацює з волонтерської організацією, яка будує будинки приблизно в 20 країнах для нужденних людей, включаючи Мексику. Загалом, компанія WFTSS перепрофільовує, переробляє, а також віддає на благодійність використані PV-модулі.

Фото 2. Відпрацьовані термін служби PV-панелі на даху будинку в Мексиці забезпечують безкоштовну електрику для жителів. Належать WFTSS. Джерело: онлайн-видання Solar Power World - Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan'19
Фото 2. Відпрацьовані термін служби PV-панелі на даху будинку в Мексиці забезпечують безкоштовну електрику для жителів. Належать WFTSS. Джерело: онлайн-видання Solar Power World - Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan'19

Повторне використання сонячних модулів

У Сполучених Штатах Америки є компанії, які пропонують послуги з перепрофілювання і повторного використання сонячних панелей. Спочатку панелі оцінюють, потім ремонтують. Оскільки ці модулі відремонтовані, вони продаються за нижчою ціною в порівнянні з новими панелями (від 0,05 до 0,15 доларів США за ват).

Німеччина

Утилізація відходів сонячних електростанцій в Європейському союзі регулюється Директивою про відходи електричного та електронного обладнання (WEEE) (2012/19 / EU). Від виробників вимагається фінансувати переробку сонячних модулів, що продаються в Європі. Закон зобов’язує переробку 80% відходів щорічно (рис.4).

Рис. 4. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.54
Рис. 4. Джерело: IRENA and IEA PVPS - End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.54

Німці досягли успіху в процесі переробки PV-модулів, вони нарівні з північно-американцями були першовідкривачами в даній сфері. У Німеччині поширена та ж технологія переробки тонкоплівкових CdTe-модулів, що і в США, тобто переробка всіх елементів PV-модулів в єдиному циклі. Технологія налагоджена – процес переробки PV-модулів став більш екологічний і менш енерговитратний, ніж виробництво первинного сировини для фотоелектричних панелей.

ЄС інвестує значні кошти в проекти з утилізації сонячних панелей. Один з таких проектів – ELSi, яким займається німецька компанія Geltz Umwelt-Technologie. Суть їх технології переробки полягає в повторному використанні матеріалів (а це близько 95%), витягнутих з PV-модулів. Продуктивність підприємства – 50 тисяч PV-модулів на рік.

Франція

У 2018 році французька компанія Veolia викликала фурор, відкривши завод по вторинній переробці PV-модулів. Раніше у Франції, використані або зламані сонячні панелі просто перероблялися установками для вторинної переробки скла загального призначення. При такому процесі вдавалося витягти скло і алюмінієві рами, все інше спалювалося. Зараз же на новому заводі Veolia роботи розбирають PV-панелі для вилучення скла, кремнію, пластмаси, міді і срібла. Потім ці елементи подрібнюють в гранули і подають як готову сировину для виробництва нових сонячних панелей.

Економічний, екологічний та волонтерський аспекти

На питання, чи є друге життя у сонячних панелей, можна сміливо відповідати «ТАК»!

З економічної точки зору залишається актуальним питання про рентабельність переробки PV-модулів. Численні дослідження показують, що вартість брухту фотоелектричної електростанції (в основному сталь і мідь) перевищує витрати на виведення з експлуатації, тому переробка відходів вигідніше їх поховання. Можна сміливо говорити про прямопропорційної залежності: чим більше обсяги відходів (мінімум 20 000 тон/рік), тим вище і прибутковіше процес переробки.

Якщо говорити про екологічний бік переробки відпрацьованих PV-модулів, то тут однозначно буде великий і жирний «плюс»: тільки уявіть, якщо прогнозована кількість відходів PV-модулів до 2050 року (60-78 млн тон) просто викинути на смітник… Оскільки вироблені сьогодні сонячні елементи містять токсичні речовини, вони виявляться шкідливими для навколишнього середовища.

І, звичайно ж, не можна обійти стороною благодійний аспект. Американська компанія WFTSS на практиці показала, як відпрацювали свій термін служби сонячні панелі можна і далі використовувати в приватному секторі для потреб незаможних верств населення.

Однозначно другому життю PV-модулів бути!