Есть ли вторая жизнь у солнечных панелей?

В последние годы наблюдается активное развитие солнечной энергетики во всем мире. Этот тренд сопровождается реальным желанием использовать природные возобновляемые источники энергии с выгодой для населения стран, но без нанесения урона для окружающей среды. В отличие от тяжелой промышленности, солнечная энергетика – довольно молодая отрасль, которая еще не успела «намусорить». Однако у каждого продукта и материала есть свой срок эксплуатации и использования. Какова же дальнейшая судьба PV-модулей, которые подошли к рубежу своего срока службы?

Общая картина

Солнечные модули, которые отработали своё (в среднем, срок эксплуатации первых PV-модулей составляет 25-30 лет), относятся к разряду электронного мусора (e-waste). По предварительным оценкам, годовой мировой объём e-waste в 2018 году составил 50 миллионов метрических тонн. Ежегодно увеличивается доля солнечной энергетики на мировом рынке: +18% на 2019 и ввод в эксплуатацию около 123 ГВт согласно расчетам компании IHS Markit, поэтому очень остро стоит вопрос дальнейшей утилизации уже использованных PV-панелей.

Международное агентство возобновляемой энергетики (IRENA) и Международное энергетическое агентство (МЭА) в 2016 году опубликовали совместный доклад о стратегии утилизации солнечных модулей. Прогнозируется, что к 2030 году мировые отходы фотовольтаики (накопленным итогом) составят 1,7-8 млн тонн в зависимости от того, будут ли это regular loss (модули, которые отработали свой срок эксплуатации в 25-30 лет) или же early loss (преждевременно изъятые модули, до окончания их срока службы по ряду причин – замена устаревшего оборудования, механическое повреждение панелей и т.д.). Уже к 2050 объёмы отходов PV-модулей, отслуживших свой срок, составят 60-78 млн тонн (рис.1 и рис. 2).

Рис.1. Глобальный обзор прогнозов отходов фотоэлектрических панелей, 2016-2050 гг. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис.1. Глобальный обзор прогнозов отходов фотоэлектрических панелей, 2016-2050 гг. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис. 2. Накопительные отходы фотоэлектрических панелей (млн тонн) в разрезе стран-лидеров. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12
Рис. 2. Накопительные отходы фотоэлектрических панелей (млн тонн) в разрезе стран-лидеров. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.12

Если количество отходов PV-модулей с отработанным сроком службы к 2030 году конвертировать в денежный эквивалент, путем вторичной переработки и извлечения материалов, то сумма составит порядка 450 млн долларов США. В свою очередь, из такого количества отходов можно произвести 60 млн новых панелей, что равно 18 ГВт. А к 2050 году эта цифра увеличится до 15 млрд долларов в год! Из такого количества отходов можно будет произвести 2 млрд PV-панелей, что эквивалентно 630 ГВт (рис. 3).

Рис.3. Создание дополнительной стоимости PV-модулей, которые отработали свой срок службы. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.13
Рис.3. Создание дополнительной стоимости PV-модулей, которые отработали свой срок службы. Источник: IRENA and IEA PVPS – End-of-Life Management Solar PV Panels, 2016: p.13

На примере мировых лидеров по производству солнечной энергетики рассмотрим, какие шаги предприняты для утилизации и переработки использованных фотоэлектрических панелей, что общего и какие ноу-хау, в частности.

Обзор по странам

Китай, США, Япония, страны ЕС активно инвестируют в исследования и разработки по переработке солнечных панелей. На сегодняшний день различают два вида переработки PV-модулей – грубую и тонкую (см. инфографику). При первой подразумевается извлечение основных материалов модуля – алюминия, меди, стекла, а вот пластмасса попросту сжигается. При тонкой переработке возможно извлечение всех химических элементов. В состав солнечных модулей входит сырье, которое можно использовать вторично. Так, в процентном соотношении панель из кристаллического кремния – это 76% стекла, 10% полимерных материалов, 8% алюминия, 5% кремниевых полупроводников, 1% меди, менее 0,1% серебра, олова и свинца. Основа тонкопленочных модулей – 89% (CIGS) и 97% (CdTe) стекла.

Инфографика: Процесс переработки PV-модулей. Источник: Онлайн-издание GreenMatch –The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec’18
Инфографика: Процесс переработки PV-модулей. Источник: Онлайн-издание GreenMatch –The Opportunities of Solar Panel Recycling, Dec’18

Переработка отходов солнечных модулей регулируется на законодательном уровне. К примеру, в Китае пока нет специально разработанного закона, но это не мешает стране заниматься переработкой. В Индии PV-отходы регулирует Министерство окружающей среды, лесов и изменения климата в соответствии с Правилами об опасных отходах, а также управлению и трансграничному перемещению. В Японии же отработанные PV-панели подпадают под общие Законы по управлению отходами. Также есть рекомендации по обращению с солнечными панелями по окончании срока их службы.

В переработке e-waste преуспели Соединенные Штаты и страны ЕС. На примере США, Германии и Франции рассмотрим типичные и нестандартные решения в данном вопросе.

США

В Соединенных Штатах утилизация панелей регулируется Законом о сохранении и восстановлении ресурсов (Законом об управлении опасными и неопасными отходами). Существует программа добровольной утилизации панелей. Также следует учесть, что в каждом из штатов могут действовать свои локальные законы.

Утилизация тонкопленочных модулей

Американцы разработали технологию переработки тонкопленочных CdTe-модулей в 2000-х годах. Впервые ее применила фотогальваническая компания First Solar. Благодаря разработанной технологии повторно можно использовать 95% полупроводниковых материалов и 90% стекла. Все демонтированные элементы PV-модулей перерабатываются в едином цикле.

Фото 1. Линия по переработке отходов компании First Solar. Источник: Онлайн-издание Solar Power World – It’s time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr’18
Фото 1. Линия по переработке отходов компании First Solar. Источник: Онлайн-издание Solar Power World – It’s time to plan for solar panel recycling in the United States, Apr’18

Online-перепродажа

EnergyBin – веб-платформа для поиска и продажи солнечных компонентов с целью их дальнейшей покупки или перепродажи. Платформа рассчитана только для компаний, занимающихся солнечной энергетикой. Приблизительно 3500 членов EnergyBin состоят из специалистов по установке солнечных панелей, разработчиков, дистрибьюторов, производителей, менеджеров по эксплуатации и обслуживанию как малых, так и больших предприятий. Существует процесс подачи заявки и вступления в сообщество EnergyBin. Участники могут искать рынок по продуктам и получать предложения от нескольких дистрибьюторов одновременно, чтобы сравнить цены. EnergyBin – это не только перепродажа, полезные знакомства и контакты. Здесь всегда можно найти запасные компоненты для давно устаревшего оборудования.

Волонтерские проекты

Когда панель достигает гарантийного срока службы – это не значит, что она не может производить энергию. Несмотря на снижение эффективности, использованные панели могут быть установлены на волонтерских проектах, что и подтверждает компания WFTSS.

Основатель компании WFTSS Винсент Латам-старший заявил, что ранее они хранили более 100 тонн солнечных материалов на свалках. Продавали переоборудованные панели солнечным производителям и компаниям, которые искали запасные части для существующих массивов. Продавая повторно используемые панели и выводя из эксплуатации крупномасштабные массивы, WFTSS может профинансировать свою главную миссию по предоставлению бесплатных солнечных проектов коренным жителям Мексики. WFTSS сотрудничает с волонтерской организацией, которая строит дома примерно в 20 странах для нуждающихся людей, включая Мексику. В общем, компания WFTSS перепрофилирует, перерабатывает, а также отдает на благотворительность использованные PV-модули.

Фото 2. Отработавшие срок службы PV-панели на крыше дома в Мексике обеспечивают бесплатное электричество для жителей. Принадлежат WFTSS. Источник: онлайн-издание Solar Power World – Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan’19
Фото 2. Отработавшие срок службы PV-панели на крыше дома в Мексике обеспечивают бесплатное электричество для жителей. Принадлежат WFTSS. Источник: онлайн-издание Solar Power World – Old solar panels get second life in repurposing and recycling markets, Jan’19

Повторное использование солнечных модулей

В Соединённых Штатах Америки есть компании, которые предлагают услуги по перепрофилированию и повторному использованию солнечных панелей. Сначала панели оценивают, потом ремонтируют. Поскольку эти модули отремонтированы, они продаются по более низкой цене по сравнению с новыми панелями (от 0,05 до 0,15 долларов США за ватт).

Германия

Утилизация отходов солнечных электростанций в Европейском союзе регулируется Директивой об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE) (2012/19/EU). От производителей требуется финансировать переработку солнечных модулей, продаваемых в Европе. Закон обязывает переработку 80% отходов ежегодно (рис.4).

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

Немцы преуспели в процессе переработки PV-модулей, они наравне с североамериканцами были первооткрывателями в данной сфере. В Германии распространена та же технология переработки тонкопленочных CdTe-модулей, что и в США, то есть переработка всех элементов PV-модулей в едином цикле. Технология налажена – процесс переработки PV-модулей стал более экологичен и менее энергозатратный, нежели производство первичного сырья для фотоэлектрических панелей.

ЕС инвестирует значительные средства в проекты по утилизации солнечных панелей. Один из таких проектов – ELSi, которым занимается немецкая компания Geltz Umwelt-Technologie. Суть их технологии переработки заключается в повторном использовании материалов (а это около 95%), извлеченных из PV-модулей. Производительность предприятия – 50 тысяч PV-модулей в год.

Франция

В 2018 году французская компания Veolia произвела фурор, открыв завод по вторичной переработке PV-модулей. Ранее во Франции, использованные или сломанные солнечные панели попросту перерабатывались установками для вторичной переработки стекла общего назначения. При таком процессе удавалось извлечь стекло и алюминиевые рамы, все остальное сжигалось. Сейчас же на новом заводе Veolia роботы разбирают PV-панели для извлечения стекла, кремния, пластмассы, меди и серебра. Затем эти элементы измельчают в гранулы и подают как готовое сырье для производства новых солнечных панелей.

Экономический, экологический и волонтерский аспекты

На вопрос, есть ли вторая жизнь у солнечных панелей, можно смело отвечать «ДА»!

С экономической точки зрения остается актуальным вопрос о рентабельности переработки PV-модулей. Многочисленные исследования показывают, что стоимость лома фотоэлектрической электростанции (в основном сталь и медь) превышает затраты на вывод из эксплуатации, поэтому переработка отходов выгоднее их захоронения. Можно смело говорить о прямопропорциональной зависимости: чем больше объёмы отходов (минимум 20 000 тонн/год), тем выше и прибыльнее процесс переработки.

Если говорить об экологической стороне переработки отработанных PV-модулей, то здесь однозначно будет большой и жирный «+»: только представьте, если прогнозируемое количество отходов PV-модулей к 2050 году (60-78 млн тонн) просто выбросить на свалку… Поскольку производимые сегодня солнечные элементы содержат токсичные вещества, они окажутся вредными для окружающей среды.

И, конечно же, нельзя обойти стороной благотворительный аспект. Американская компания WFTSS на практике показала, как отработавшие свой срок службы солнечные панели можно и далее использовать в частном секторе для нужд малоимущих слоев населения.

Однозначно второй жизни PV-модулей быть!