Sposoby zabezpieczania paneli fotowoltaicznych

Jak już podkreślaliśmy w jednym z poprzednich artykułów, nie każdy etap życia paneli fotowoltaicznych jest w pełni ekologiczny. Mimo wszystko jest to jeden ze sposobów wykorzystania odnawialnych źródeł energii, który nieodłącznie kojarzy się z ochroną środowiska. Dlatego tak ważnym jest temat unieszkodliwiania elementów instalacji fotowoltaicznej, gdy ta przestanie już działać wydajnie.

W Polsce jest obecnie obserwowany rozkwit rozwiązań fotowoltaicznych , a w ciągu najbliższych lat przewidywany jest znaczny wzrost montowanych instalacji. Wpływa na to zarówno wprowadzenie ustawy regulującej przepisy odnośnie źródeł odnawialnych, dostępne systemy wsparcia zarówno dla osób prywatnych jak i przedsiębiorstw  oraz wciąż rozwijająca się technologia PV, która wpływa na obniżenie kosztów. Jednak tak gwałtowny rozwój rynku PV ciągnie za sobą pewne problemy. Aktualnie pozwala na obniżenie rachunków za prąd, podniesienie bezpieczeństwa energetycznego oraz pozytywny wpływ na środowisko dzięki bez emisyjnej pracy urządzeń, natomiast po okresie eksploatacji powstanie dylemat co robić z elementami instalacji. W związku z tym, że podawana przez producentów trwałość ogniw wynosi średnio 25 lat, już dziś mamy do czynienia z wyeksploatowanymi instalacjami krzemowymi, jednak prawdziwa eksplozja tego zjawiska jest jeszcze przed nami.

Praktycznie wszystkie materiały używane w produkcji paneli fotowoltaicznych podlegają utylizacji. W pełni zagospodarować można m.in. aluminium, szkło, krzem krystaliczny i niewielkie ilości tworzywa sztucznego. Konstrukcje montażowe zbudowane są przeważnie z aluminium lub stali nierdzewnej, które również można powtórnie wykorzystać, jednak systemy zintegrowane z budynkiem (również BIPV), uchodzą za bardziej korzystne z uwagi na mniejsze ilości materiałów mocujących. Wspomniane zagospodarowanie musi przebiegać z zachowaniem jak najmniejszego obciążenia dla środowiska naturalnego i stosunkowo niskich kosztów. Warto zaznaczyć, że pomoc w utylizacji urządzeń oferują wszyscy producenci.

Mimo używania wielu neutralnych materiałów, odpady ze zużytych instalacji mogą stać się dużym zagrożeniem dla środowiska metalami ciężkimi (tj. kadm i ołów) kiedy nie zostaną prawidłowo zabezpieczone. Istnieją dwa główne sposoby usuwania wyeksploatowanych instalacji, można je utylizować lub poddawać recyklingowi. Zgodnie z szacunkami, w 2040 roku ilość wyeksploatowanych komponentów krzemowych może wynieść 33,5 tys. ton. Stwarza to konieczność rozwoju technologii pozwalających na jak najbardziej efektywne odzyskiwanie materiałów do ponownego wykorzystania. Jest to także szczególnie ważne ze względu na wysoką cenę rynkową krzemu. Przeprowadzone na Politechnice Gdańskiej badania wykazały, że recykling paneli opiera się na dwóch podstawowych procesach. Pierwszym jest separacja ogniw, która może nastąpić w efekcie obróbki chemicznej lub termicznej, drugim natomiast jest oczyszczanie powierzchni modułów fotowoltaicznych, co wiąże się z usunięciem warstwy antyrefleksyjnej, metalizacji oraz złącza n-p, by móc uzyskać podłoże krzemowe, które nadawałoby się do powtórnego zastosowania. Badania trwają również nad wydłużeniem żywotności ogniw.

Separacja ogniw polega na rozdzieleniu poszczególnych ogniw budujących panel. Elementy składowe modułu to szkło, aluminiowa rama, przezroczysta warstwa hermetyzująca z kopolimeru EVA (Ethylene Vinyl Acetate), ogniwa fotowoltaiczne, puszka przyłączeniowa, warstwa folii ochronnej (Tedlar) oraz śruby. Metoda chemicznej separacji to nic innego jak usunięcie warstwy kopolimeru z ogniwa przy użyciu odpowiedniego roztworu. Stosowana aktualnie metoda chemiczna jest niezwykle czasochłonna (około 10 dni). Polega ona na zanurzeniu panelu w trójchloroetylenie, czemu towarzyszy temperatura 80°C. W metodzie termicznej niezwykle  istotne jest określenie temperatury topnienia warstwy pokrywającej ogniwo, która w przypadku kopolimeru EVA wynosi 80°C.

Oczyszczanie powierzchni ogniwa może odbyć się z zastosowaniem metody laserowej, kiedy to usuwane są pokrycia i warstwy zewnętrzne. Jest ona jednak kosztowna i mało wydajna (duży szacunkowy czas czyszczenia). Innym rozwiązaniem jest metoda chemiczna. Polega ona m.in. na odtłuszczaniu, trawieniu i płukaniu. Na samym początku należy moduł rozmontować, następnie mierzy się  grubości poszczególnych ogniw i poddaje je odtłuszczaniu. Tak przygotowane ogniwa są wytrawiane, płukane w wodzie dejonizowanej i suszone strumieniem podgrzanego powietrza. Później następuje kolejny etap pomiarowy, te z ogniw, które okazały się niezgodne z ostrzowym wymiarem, są dotrawiane, płukane i osuszane, by ponownie trafić pod pomiar ostrzowy. Obróbkę chemiczną prowadzi się w temperaturze rzędu 80°C. Należy wspomnieć, że na etapie chemicznego oczyszczania powierzchni ogniwa uwalniane są jako produkt reakcji szkodliwe gazy.

Aktualnie optymalnym rozwiązaniem na etapie separacji ogniw jest metoda termiczna, natomiast w oczyszczaniu przoduje metoda chemiczna. Innym pomysłem jest stopienie składników (poza ogniwami słonecznymi) i zbudowanie nowych modułów z tych komponentów. Nie należy również zapominać o możliwości odzysku niektórych surowców jeszcze w procesie wytwarzania modułów fotowoltaicznych.

Z kolei temat utylizacji paneli fotowoltaicznych pozostaje dość często pomijany. Jest również nie do końca opracowany z uwagi na to, że sama technologia PV jest w Polsce stosunkowo nowa. Możliwe jest spalanie powstałych odpadów, jednak niesie to za sobą niekorzystny wpływ na środowisko – uwalnia się ogromna ilość substancji szkodliwych. Szczególnie dotyczy to paneli cienkowarstwowych, które emitują związki zawierające metale ciężkie. Recykling zatem jest zdecydowanie lepszym sposobem pozwalającym na unieszkodliwienie wyeksploatowanych instalacji. Prognozy wykonane dla całej Unii pokazują, że w przypadku ekspansji tej technologii, już za około 20 lat strumień odpadów może osiągnąć 3 mln ton rocznie, co oznacza ogromne obciążenie dla środowiska.

Previous Article

Geotermia Podhalańska – jak działa energia geotermalna?

Next Article

Układy pracy sprężarkowych pomp ciepła

Dodaj komentarz