Plnené fotovoltaické články a materiály: Recyklácia a budúcnosť

Fotovoltika je v súčasnosti spolu s vodnou a veternou výrobou elektrickej energiou najčastejšie využívaným obnoviteľným zdrojom energie.

Pri príležitosti Svetového dňa recyklácie, ktorý si od roku 2018 pripomíname vždy 18. marca, upozornila spoločnosť SEWA, a.s. - na problematiku zberu a recyklácie fotovoltických panelov.

Odpadové fotovoltické panely sú špecifickým druhom elektroodpadu. Ako je známe, elektroodpad je jedným z najrozmanitejších odpadov vôbec.

V elektrozariadeniach sa nachádzajú materiály ako železné kovy, plasty, sklo, ako aj neželezné kovy, napríklad meď, hliník a mnoho ďalších materiálov.

Výrobcovia fotovoltických panelov sú v rámci rozšírenej zodpovednosti povinní zabezpečiť zber a recykláciu fotovoltických panelov po skončení ich životnosti.

Spotrebitelia pri kúpe nových výrobkov platia recyklačný poplatok a výrobca potom na základe zmluvy odvádza tieto peniaze do tzv. kolektívnych systémov.

Cieľom je efektívne plnenie zákonných povinností výrobcov fotovoltických panelov a zabezpečenie zberu a recyklácie s čo najvyšším zhodnotením všetkých obsiahnutých materiálov.

Smernica a zákon o odpadoch ukladajú výrobcom elektronického odpadu povinné ciele zberu a recyklácie.

Zloženie fotovoltaických panelov

Z hľadiska funkcie fotovoltického panelu možno materiály a látky rozdeliť do troch skupín:

Vodiče: Najmä kovy, ktoré majú veľký počet voľných elektrónov a sú najbežnejšími vodičmi.
Nevodiče: Látky, ktoré neobsahujú žiadne voľné náboje, a teda nevedú elektrický prúd. Typickými izolátormi sú napríklad plasty alebo sklo.
Polovodiče: Látky, ktoré sa za určitých podmienok správajú ako nevodiče, ale môžu sa správať ako vodiče, keď sa podmienky zmenia a môže nimi prechádzať elektrický prúd. Najčastejšie používaným polovodičovým materiálom vo fotovoltike je kremík (Si). V menšom rozsahu to môže byť arzenid gálitý, telurid kadmia (CdTe) alebo selenid medi a india.

Štandardné fotovoltické panely z kryštalického kremíka obsahujú približne:

76 % skla (povrch panelov)
10 % polyméru
8 % hliníku (rám)
5 % kremíku (slnečné články)
1 % medi
menej než 0,1 % ďalších kovov (striebro, cín a olovo)

Súčasná technológia umožňuje získať späť asi 90 % týchto surovín.

Recyklácia fotovoltických panelov

Európsky zelený plán smeruje k efektívnejšiemu využívaniu zdrojov prostredníctvom prechodu na čistú cirkulárnu ekonomiku. Jedná sa o koncepciu, v ktorej by produkty, materiály a suroviny mali zostať v ekonomike tak dlho, ako je to možné.

Likvidácia prostredníctvom spaľovania alebo skladovania panelov na skládkach je neefektívnym a neekonomickým riešením, pretože moduly sa dajú úspešne podrobiť recyklácií a znovu začleniť do použitia.

Recyklácia fotovoltiky umožňuje získať späť predovšetkým materiály ako sklo, plast alebo kov.

Medzinárodná agentúra pre obnoviteľné zdroje energie (International Renewable Energy Agency) v správe s názvom „Likvidácia pre ukončenie životnosti: Solárne fotovoltické panely“ odhaduje, že hmotnosť sekundárnych surovín z fotovoltiky, predovšetkým skla, ktorá vznikne do roku 2050, sa odhaduje na 78 miliónov ton.

Pokiaľ by tieto suroviny prešli plnou recykláciou, vytvorilo by to trh v hodnote cez 15 miliárd dolárov. Z takého objemu materiálov po recyklácií by bolo možné vyrobiť približne 2 miliardy nových fotovoltických modulov.

Recyklácia fotovoltiky umožňuje:

Maximalizovať využitie recyklovateľných a často cenných materiálov, ktoré fotovoltika obsahuje. Z fotovoltického odpadu možno získať materiály ako sklo, hliník, kremík, striebro, meď a iné kovy (Zn, Ni, Sn, Pb, Cd, Ga, ln, Se, Te). Všetky tieto materiály sa dajú recyklovať a opätovne použiť s dobrou účinnosťou.
Kontrolovať tok toxických prvkov, ktoré môžu byť obsiahnuté vo fotovoltike.

Proces recyklácie

Proces recyklácie začína demontážou rámu panelu, ktorý je obvykle vyrobený z hliníku. Súčasne sú odstránené elektrické a elektronické súčiastky, ako napríklad káble alebo zásuvky. Zostávajúce časti panelu sa potom rozdrtia. Zhruba 80 % materiálu tvorí sklo, ale v paneli sa nachádza taktiež kremíka plastová fólia.

Kovové materiály sú znovu využité vo výrobnom procese. Sklo má široké možnosti využitia, ako je výroba stavebných materiálov alebo jeho použitie v hutníckom a sklárskom priemysle. Medzi nejcennejšie kovy získané z fotovoltických panelov patrí hliník.

Recyklácia fotovoltiky a právo

Európska únia vypracovala a zaviedla smernicu WEEE (smernica o odpadoch z elektrotechniky a elektroniky). Definuje fotovoltické panely ako elektronické zariadenia a požaduje pre nich účinnosť 85 % pri získavaní sekundárnych surovín. Z toho musí byť aspoň 80 % využitých pri recyklácií alebo ďalšej výrobe.

V súlade s odporúčaniami EÚ by mali výrobcovia fotovoltických modulov inštalovaných v EÚ pokryť náklady na ich zber a recykláciu.

Náklady na likvidáciu

Kto hradí náklady na recykláciu fotovoltických panelov? Záleží na dátume výroby. Pred rokom 2012 bola finančná zodpovednosť za recykláciu na prevádzkovateli fotovoltických panelov, zatiaľčo po roku 2012 je táto povinnosť na výrobcoch alebo dovozcoch.

Obidva subjekty sú povinné finančne prispieť do tzv. kolektívnych systémov, ktoré slúžia k financovaniu zberu a recyklácie panelov. Na Slovensku má na starosti financovanie zberu a zhodnotenia elektroodpadu Organizácia zodpovednosti výrobcov (OZV). Najvýznamnejšími prevádzkovateľmi takéhoto systému sú spoločnosti ASEKOL SK a SEWA.

Určiť presnú cenu recyklácie jedného fotovoltického panelu je obtiažne. Avšak, náklady sa pohybujú v rade desatinných jednotiek eur za kilogram panelu. Cena sa obvykle drží v rozmedzí medzi 0,080 eur až 0,40 eur za kilogram. Záleží taktiež na tom, či panel má alebo nemá rám, či je založený na kremíku prípadne iných materiáloch a či obsahuje nebezpečné látky ako kadmium alebo selén.

Životnosť fotovoltaických panelov

Fotovoltické panely majú priemernú životnosť okolo 25 rokov. Prvá vlna solárneho boomu na Slovensku, ktorá prebiehala v rokoch 2008 až 2010, bude prvou, ktorá dosiahne konca svojej životnosti. Počas tejto doby bolo nainštalovaných približne 11 miliónov kusov solárnych panelov.

S priebehom ďalších rokov panely budú postupne vyrábať stále menej elektriny, až bude nakoniec inštalácia vyžadovať výmenu.

Antropogénne zdroje a environmentálny kontext

Ak sa pozrieme na prvky a materiály obsiahnuté vo fotovoltickom odpade globálne, na našej Zemi existujú len dva druhy zdrojov - prírodné zdroje a antropogénne zdroje. Medzi prírodné zdroje patria napríklad primárne suroviny, ktoré získavame priamo z prírody. Na druhej strane antropogénne zdroje boli vytvorené alebo premenené človekom, napríklad na technológie, ako je fotovoltika.

Masívna ťažba hornín a nerastov mení prírodné zdroje na antropogénne. V niektorých prípadoch je táto premena taká významná, že antropogénne toky už prekonali prírodné toky energie. Napríklad už spomínaný tok toxického kadmia spojený s ľudskou činnosťou je približne trikrát až štyrikrát väčší ako prirodzený tok spôsobený eróziou, počasím alebo sopečnou činnosťou.

Aby bol antropocén udržateľný, musíme brať do úvahy často veľmi komplikovaný environmentálny kontext.

Výroba elektrickej energie z kadmiových fotovoltických panelov má približne desaťkrát nižšiu vodnú stopu (spotrebu vody) ako výroba energie z kremíkových panelov, a to z dôvodu vysokej spotreby energie pri výrobe elektronického kremíka. Na druhej strane je kadmium toxické, zatiaľ čo kremík je jedným z najbežnejších prvkov na našej Zemi. V každom prípade je výroba elektrickej energie na báze fotovoltiky stále výrazne šetrnejšia k životnému prostrediu ako výroba elektrickej energie z uhlia alebo jadrovej energie.

Ak si ako ukazovateľ zoberieme spomínanú potrebu vody, na výrobu 1 kWh elektrickej energie z fotovoltických panelov CdTe je potrebných 2,3 litra vody v porovnaní s 32 litrami vody v prípade kremíkových panelov, čo je porovnateľné s výrobou elektrickej energie z vodných priehrad. Na výrobu 1 kWh z uhlia sa spotrebuje 170 litrov vody a z jadrovej energie 69 litrov - v oboch prípadoch podstatne viac ako z fotovoltiky.

Fotovoltika je pomerne mladým odvetvím energetiky, a preto se zatiaľ príliš nehovorí o recyklácií modulov. Avšak skôr či neskôr to bude nutnosťou.

Problematika recyklácie fotovoltických panelov sa bude vyvíjať postupne a bude záležať na viacerých faktoroch.

SOLAR 4.0 - Recyklačná linka solárnych panelov

tags: #plnene #fotovoltaicke #clanky #materialy