Fotovoltaika: recyklace panelů I - metody recyklace

Pro recyklaci panelů bylo navrženo několik metod. Některé jsou univerzální, jiné jsou vhodné jen pro určité typy panelů. Ve většině případů jsou výstupem drcené suroviny, pouze termická recyklace umožňuje získat použitelné polotovary.

Termická recyklace

Zařízení pro recyklaci panelů s články z krystalického křemíku [Deutsche solar AG, PV Cycle]

Obrázek: Zařízení pro recyklaci panelů s články z krystalického křemíku [Deutsche solar AG, PV Cycle]

V současnosti zřejmě nejpokročilejší metodu recyklace panelů navrhla a odzkoušela firma Deutsche solar AG. Metoda je použitelná pro všechny stávající konstrukce panelů z krystalických článků. Celé panely jsou zavezeny do speciální pece (Furnace), kde jsou zahřívány na teplotu nad 500 °C. Při této teplotě se plastové materiály odpaří, následně jsou v další komoře (Afterburner) řízeně spalovány. Spaliny jsou před vypuštěním do atmosféry přečištěny (Washer). Uvolněné krystalické články a ostatní materiály jsou separovány ručně.

Jsou-li panely nepoškozené, lze vytěžit až 85 % článků pro nové použití, u poškozených panelů se výtěžnost snižuje. Spotřebu energie na výrobu nových panelů je díky tomu možno snížit až o 70 %. Využitelné by mohly být i skleněné tabule, které rovněž zůstávají většinou nepoškozeny, prozatím však o ně není zájem.

Materiálové složení krystalických panelů

Tabulka: Materiálové složení krystalických panelů

Mechanicko-chemická metoda

Technologické zařízení pro likvidaci tenkovrstvých panelů [PV Cycle]

Obrázek: Technologické zařízení pro likvidaci tenkovrstvých panelů [PV Cycle]

Pro likvidaci panelů je navrhován podobný postup jako při recyklaci LCD televizorů. Na začátku se ručně demontuje hliníkový rám. Následuje drcení a třídění velikostních frakcí. K oddělení jednotlivých materiálů slouží separační metody - fluidní a mokré splavy a elektrodynamická separace. Stříbro a další zájmové kovy jsou získávány chemicky a pyrometalurgicky. Získané kovy mohou být použity jako surovina v metalurgickém průmyslu, plasty budou pravděpodobně likvidovány spálením s možností využít teplo. Ve srovnání s termickou recyklací je u této metody nižší podíl ruční práce. Výsledkem jsou však pouze drcené suroviny. Metoda je použitelná spíše pro tenkovrstvé panely, u nichž nelze polovodičové materiály získat jiným způsobem.

Materiálové složení tenkovrstvých panelů (CIS, CdTe, tandem Si)

Tabulka: Materiálové složení tenkovrstvých panelů (CIS, CdTe, tandem Si)

Konstrukční úpravy

Pro zjednodušení likvidace na konci životnosti byly navrženy konstrukční úpravy, které usnadňují demontáž celých článků z panelu. Navrženy byly konstrukce bez laminačních vrstev, nebo konstrukce s přidanými materiály usnadňujícími demontáž. Použitou konstrukční úpravou je v podstatě určena i metoda recyklace (demontáže).

Jednou z možností je jednotlivé články před laminací do EVA fólie nejdříve zapouzdřit do materiálu s nízkou přilnavostí k článkům, například silikonu. Při demontáži se nejdříve nad každým článkem prořízne a sloupne laminační fólie včetně vrstvy separačního materiálu, následně je možno články vyjmout. Zbývající laminační vrstvy zůstávají pevně spojeny se sklem, je možno je odstranit mechanicky, chemicky nebo termicky. Nevýhodou je, že při současném trendu snižování tloušťky desek se zvyšují ztráty polámáním článků při demontáži.

sloupnutí laminační vrstvy při demontáži panelu

Obrázek: sloupnutí laminační vrstvy při demontáži panelu

Jiná varianta je hermetické zapouzdření článků mezi dvě vrstvy skla bez použití EVA fólie nebo jiných plastů. Skla, která chrání články před atmosférickými vlivy, jsou spojena na obvodu proužkem trvale pružného tmelu podobně jako v hermetických izolačních dvojsklech. Dutinu mezi skly je možno vyplnit inertním plynem, nebo může být vyplněna materiálem (gelem) s nízkou přilnavostí k článkům i sklu. Taková konstrukce je sice dražší, než obvyklá laminace pomocí EVA fólie a Tedlaru, předpokládá se však, že by mohla mít vyšší životnost. Při demontáži se nejdříve prořízne trvale pružný tmel na obvodu, čímž se skla oddělí, následně je možno vyjmout celé články. Výhodou by mohlo být, že skla jsou znečištěna přilnavým materiálem pouze na obvodu.

V praxi se konstrukční úpravy neprosadily, protože výrobní náklady jsou (logicky) vyšší. Chybí přitom způsob, jak hodnověrně prokázat očekávanou vyšší životnost panelů. Rovněž další výhoda – snížení energetické náročnosti výroby panelů se postupně vytrácí, a to ze dvou důvodů. Především se novými technologiemi podařilo výrazně snížit energetickou náročnost výroby solárního křemíku. Zároveň se na výrobu krystalických článků používají stále tenčí desky, což rovněž přispívá ke snížení energetické náročnosti výroby panelů. Tenčí desky, zejména z multikrystalického křemíku, jsou však křehčí, výtěžnost při recyklaci se proto výrazně snižuje.

Reference
  • DOI, T.; IGARI, S.; TSUDA, I. Development of a recyclable PV module: Evaluation of electrical characteristics of recycled cells. In: EuroPV 2004, Slovenia
  • SÁNCHEZ-FRIERA, P.; GALÁN, J. E.; GUARDE, D.; MANJÓN, D. Simple design of recyclable PV modules.
  • WAMBACH, K.; SHLENKER, S.; RÖVER, I; MÜLLER, A. Recycling of Solar Cells and Photovoltaic Modules.
  • MÜLLER, A; WAMBACH, K.; ALSEMA, E. A. Reduction of environmental impacts of PV by the recycling process of Deutsche Solar
  • www.pvcycle.org

Bronislav Bechník
Czech RE Agency, o. p. s. je nezisková společnost propagující úspory, obnovitelné zdroje energie a trvalou udržitelnost

Vydáno: 5. září 2011

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION