Что происходит с солнечным фотоэлектрическим модулем после ожидаемого 25-летнего срока эксплуатации? При том, что по всему миру уже развернуто около 2 ТВт крышных и коммунальных фотоэлектрических модулей, и большое их количество выводится из эксплуатации до 15 лет эксплуатации, количество выбрасываемых фотоэлектрических модулей растет с каждым годом. Поскольку фотоэлектрические модули дешевеют с каждым днем, а эффективность фотоэлектрических модулей постоянно повышается, многие электростанции коммунального масштаба начинают переоснащаться еще до того, как они достигнут ожидаемого 25-летнего срока эксплуатации. Многие из этих модулей все еще хорошо работают. Можно ли их развернуть для второй жизни, чтобы обеспечить солнечное электричество еще на несколько лет?
Фотоэлектрическая система, построенная из повторно используемых панелей
Изображение: Рикардо Рутер/ISES
Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозировало в 2020 году, что глобальная совокупная установленная мощность фотоэлектрических систем превысит 1 ТВт к 2025 году (PVPS TASK, 2020). Однако до конца 2024 года эта цифра удвоится и превысит 2 ТВт. Последние прогнозы по производству энергии указывают на необходимость значительного увеличения, с целью достижения 75 ТВт глобальной мощности фотоэлектрических систем к 2050 году, чтобы ограничить рост глобальной температуры до 1.5 °C и смягчить последствия изменения климата.
Широко признано, что солнечная фотоэлектричество (вместе с крупномасштабным наземным ветром) является наиболее устойчивой и недорогой технологией преобразования энергии. Глобальное развертывание солнечной энергетики должно вырасти примерно в 40 раз больше, чем сегодня, чтобы полностью декарбонизировать мир. Это будет достигнуто в 2042 году, если текущие темпы роста в 20% в год сохранятся.
Рост генерации фотоэлектрических модулей в глобальном масштабе неизбежно приведет к значительному количеству отходов от фотоэлектрических модулей в будущем. С другой стороны, солнечные фотоэлектрические модули избегают выбросов углекислого газа. Каждый кг солнечной панели генерирует около 0.9 МВт·ч за свой срок службы, что позволяет избежать около 900 кг углекислого газа от сжигания угля — соотношение 900:1. Этот расчет предполагает, что будущая масса фотоэлектрического модуля составит 25 Вт/кг (без учета рамы), коэффициент мощности 16% и срок службы модуля 25 лет.
Если предположить, что 10 миллиардам человек требуется 100 ТВт солнечных фотоэлектрических систем (10 кВт каждая) для глобальной декарбонизации, то 400 Вт/человек солнечных модулей будут выходить из эксплуатации каждый год. Это составляет 16 кг отходов солнечных модулей на человека в год, большая часть которых — стекло с небольшим количеством пластика, кремния и металлов. Текущий поток отходов стекла в США составляет около 11 миллионов тонн или 32 кг на человека. Таким образом, солнечные фотоэлектрические системы добавляют 50% к существующему потоку отходов, избегая при этом выбросов в 900 раз большей массы углекислого газа. Будущие отходы солнечных модулей в размере 16 кг на человека в год составляют всего 2% от 800 кг на человека в год ежегодных твердых отходов в США.
Подводя итог, можно сказать, что отходы солнечных модулей — это незначительная проблема. Однако есть ли альтернатива отправке солнечных панелей на свалку? После выхода из эксплуатации сохраняют ли фотоэлектрические модули полезные возможности генерации электроэнергии? Ведутся исследования, предлагающие циклический жизненный цикл солнечных модулей. Потеря эффективности в фотоэлектрическом модуле может составлять от 0.4% до 5% в год в зависимости от климата и используемых материалов.
Технология производства, направленная на увеличение мощности фотоэлектрических модулей, стремительно развивается. Панели увеличиваются в размерах, а эффективность ячеек также увеличивается. В период с 1980 по 2020 год было достигнуто 76%-ное снижение соотношения веса к мощности фотоэлектрических модулей. Это означает, что новые панели можно монтировать на существующие опорные конструкции или трекеры для выработки гораздо большего количества энергии.
В настоящее время преобладающей технологией на мировом рынке является монокристаллический кремний с приблизительной мощностью модуля от 550 Вт до 750 Вт по сравнению с 350 Вт в 2019 году, менее 200 Вт в 2010 году и менее 100 Вт до 2000 года. Большое количество фотоэлектрических модулей выбрасывается, и отсутствует ясность относительно технической, экономической и социальной целесообразности их повторного использования во второй жизни вместо направления их прямо на переработку. Кроме того, отсутствуют политики, стандарты и методологии, определяющие, можно ли повторно использовать оборудование (вторая жизнь) или его следует перерабатывать. Законодательство, такое как Директива WEEE в Европе, представляет собой проблему для рынка повторного использования.
Круговая экономика: повторное использование и переработка
PV CYCLE — некоммерческая организация, основанная на членстве, которая была основана в 2007 году представителями отрасли фотоэлектрических систем для управления широким спектром электрического и электронного оборудования, включая фотоэлектрические модули, батареи, упаковку и промышленные отходы. Организация предлагает услуги по управлению отходами и соблюдению правовых норм для компаний и владельцев отходов и имеет представителей по всему миру. Один такой член в Бразилии вырос в 160 раз за последние четыре года, переработав 13 тонн (430 фотоэлектрических модулей = 0.2 МВт) в 2020 году, когда компания начала собирать отработанные фотоэлектрические модули, до 2800 тонн (более 91 тысячи фотоэлектрических модулей = 45 МВт) к 2024 году. Прогнозируется, что к концу 4500 года этот рост достигнет 75 тонн = 2024 МВт; около 80% этих модулей поступают с фотоэлектрических электростанций коммунального масштаба. Около 10% отбракованных фотоэлектрических модулей поступают от дистрибьюторов (совершенно новые, поврежденные во время транспортировки и обработки), а остальные 10% — от более мелких системных интеграторов. SunR теперь расширяется на всю Латинскую Америку, также нацеливаясь на крупные фотоэлектрические электростанции, которые были введены в эксплуатацию менее 10 лет назад.
В 1999 году Федеральный университет Санта-Катарины (UFSC) заменил дизельный генератор на небольшом острове-спутнике (остров Ратонес-Гранде) у главного острова Флорианополис, Бразилия, на автономную фотоэлектрическую систему мощностью 5 кВт, показанную на изображениях ниже. Поликристаллические кремниевые фотоэлектрические модули с эффективностью 10% непрерывно работали до 2022 года, когда было принято решение заменить их новыми модулями, более чем в два раза более эффективными, чтобы удвоить установленную мощность в той же области в этом ограниченном пространстве. После более чем 20 лет эксплуатации в этой офшорной среде большинство из 76 фотоэлектрических модулей по-прежнему имеют выходную мощность около 80% от первоначальной паспортной номинальной мощности, и вместо того, чтобы быть выброшенными/переработанными, они были переустановлены в исследовательской лаборатории солнечной энергии UFSC и контролируются в проекте повторного использования фотоэлектрических модулей. Программы социального жилья в Бразилии и других странах могут выиграть от очень недорогих, бывших в употреблении фотоэлектрических модулей, при условии, что их производительность и безопасность могут быть гарантированы после окончания действия гарантий производителя. Несмотря на то, что это пока не является общепринятой практикой, в Европе, США и Австралии есть несколько исследовательских групп и компаний, где разрабатываются мероприятия по повторному использованию и вторичной эксплуатации.
Круговая экономика фотоэлектрических модулей может включать повторное использование и вторую жизнь, перед окончательной переработкой для восстановления материалов для производства новых фотоэлектрических модулей. Однако, с современными фотоэлектрическими модулями с 25-30-летней гарантией ниже $ 0.10/Вт, как у нас сегодня, экономика вторичных фотоэлектрических модулей является сложной ставкой.
Авторы: Проф. Рикардо Рютер (UFSC), Проф. Эндрю Блейкерс /ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, Международное общество солнечной энергии, является аккредитованной ООН неправительственной организацией, основанной в 1954 году и работающей над созданием мира со 100% возобновляемой энергией для всех, используемой эффективно и разумно.
Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, принадлежат автору и не обязательно отражают взгляды, которых придерживается журнал pv.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors@pv-magazine.com.
Источник из журнал pv
Отказ от ответственности: информация, изложенная выше, предоставлена pv-magazine.com независимо от Cooig.com. Cooig.com не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий относительно качества и надежности продавца и продукции. Cooig.com категорически отказывается от какой-либо ответственности за нарушения авторских прав на контент.
