صنعت انرژی در حال تجربه تغییرات اساسی است و حرکت تدریجی به سمت منابع تجدیدپذیر کاملاً مشهود است. با این حال، همه چیزهایی که پایدار به نظر میرسند، در پایان چرخه عمرشان همچنان پایدار باقی نمیمانند. پنلهای فتوولتائیک نیز شامل این نگرانی میشود. با افزایش نصب پنلهای خورشیدی در کل جهان، بسیاری از پنلها در سالهای آینده به پایان عمر خود خواهند رسید و به زباله تبدیل میشوند.
از آنجا که همه سلولهای خورشیدی حاوی مقدار مشخصی مواد سمی هستند، این امر می تواند به محیط زیست آسیب برساند. بازیافت پنلهای خورشیدی، مانع ورود مواد مضر به محلهای دفن زباله و آلودگی محیط زیست میشود و فرصتی برای بازیابی مواد ارزشمند و ایجاد مشاغل سبز فراهم میآورد. بازیافت پنلهای فتوولتاییک میتواند منابع مورد نیاز در تولید پنلهای جدید را حفظ کند، محدودیتهای زنجیره تأمین را کاهش دهد و نیاز به استخراج مواد خام را کم کند.
طول عمر پنلهای خورشیدی
این پرسشی است که بیشتر افراد هنگام بررسی خرید پنل خورشیدی در ذهن دارند. طبق مطالعات، طول عمر پنلهای خورشیدی حدودا 30 سال برآورد میشود. در طول عمر پنلهای فتوولتائیک، ممکن است ظرفیت توان آنها تا %20 کاهش یابد. در 10 تا 12 سال نخست، کاهش راندمان حداکثر %10 است و در 25 سال به %20 میرسد. این موضوع هم در مورد پنلهای بسیار کارآمد و هم پنلهای ارزانقیمت صدق میکند.
با این حال، تجربه نشان داده است که در عمل، راندمان پس از 25 سال تنها %6 تا %8 کاهش مییابد. بنابراین طول عمر پنلهای خورشیدی میتواند بسیار بیشتر از آنچه رسماً در دیتاشیت پنلها اعلام شده، باشد. طول عمر پنلهای فتوولتائیک باکیفیت، ممکن است به 30 تا 40 سال برسد و همچنان با کارایی کمتر قابل استفاده باشند. نکته مهم این است که پنل خورشیدی اثر ردپای کربنی بسیار کمی دارد. در واقع، یک پنل خورشیدی تنها به 1/5 تا 2/5 سال زمان نیاز دارد تا انرژی صرفشده برای تولید خود را جبران کند. این در مقایسه با طول عمر 30 ساله، ردپای کربنی بسیار پایینی ایجاد میکند.
مقررات بازیافت پنلهای خورشیدی
تولیدکنندگان سلولهای خورشیدی موظفاند الزامات قانونی و استانداردهای بازیافت پنلهای خورشیدی را رعایت کنند، تا پنلها به زباله زیستمحیطی تبدیل نشوند. به همین دلیل فناوریهای بازیافت پنلهای خورشیدی توسعه یافتهاند. زبالههای پنلهای خورشیدی معمولا در دسته زبالههای عمومی قرار میگیرند. در اتحادیه اروپا پنلهای خورشیدی بهعنوان زباله الکترونیکی در دستورالعمل تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی (WEEE) تعریف شده است. در اروپا، نخستین دستورالعمل زباله تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در سال 2003 تصویب شد و از سال 2012 پنلهای خورشیدی نیز مشمول آن شدند. از فوریه 2014، جمعآوری و بازیافت پنلهای خورشیدی در تمامی کشورهای عضو اتحادیه اروپا الزامی شد. بر اساس این قوانین، تولیدکنندگان موظفاند هزینههای مالی و اداری مدیریت زباله را بپردازند. در همین راستا، در سال 2014 تولیدکنندگان پنلهای خورشیدی انجمن PV CYCLE را ایجاد کردند تا فرایند جمعآوری و بازیافت پنلهای خورشیدی را مدیریت کنند.
چه چیزهایی در یک پنل خورشیدی قابل بازیافت هستند؟
پنلهای خورشیدی حدودا 75 درصد از شیشه تشکیل شدهاند؛ مادهای که میتواند بینهایت بار بازیافت شود. همین موضوع در مورد آلومینیوم بهکاررفته در قاب پنلها نیز صدق میکند. اما پنلها شامل مواد قابل بازیافت دیگری هم هستند مانند:
- نوار پلاستیکی که میتواند به گرانول تبدیل شود (برای ذوب یا سوزاندن جهت تولید برق)
- سلولهای سیلیکونی
- رساناهای الکتریکی (از جنس آلومینیوم، نقره یا مس)
سلولها و رساناها بهصورت مکانیکی و شیمیایی جدا شده، سپس ذوب و دوباره استفاده میشوند.
فرآیندهای بازیافت پنل خورشیدی
مطالعات پژوهشی در زمینه بازیافت پنلهای خورشیدی منجر به توسعه فناوریهای متعددی شده است. برخی از این فناوریها حتی به راندمان بازیافت %96 دست یافتهاند، هرچند هدف در آینده افزایش بیشتر از این میزان است. پژوهشگران در حال بررسی روشهای نوین مانند بازیافت مبتنی بر حلال هستند که میتواند راندمان را افزایش داده و از هدررفت مواد جلوگیری کند. همچنین، پیشرفتهای هوش مصنوعی و رباتیک در جداسازی و بازکردن پنلها باعث کارآمدتر و مقرونبهصرفهتر شدن فرآیند بازیافت میشود. در ادامه فرایندهای بازیافت پنلهای خورشیدی توضیح داده میشود.
استفاده مجدد پنلهای خورشیدی
یکی از راهکارهای مدیریت پنلهای خورشیدی به پایان عمر رسیده، استفاده مجدد از آنهاست. پنلهایی که دیگر برای کاربردهای اصلی بهینه نیستند، میتوانند در سیستمهای کوچک خورشیدی، مانند تأمین برق برای پمپهای آبیاری، روشنایی شهری یا سیستمهای تغذیه تابلوهای راهنمایی، مورد استفاده قرار گیرند. این روش علاوه بر تمدید عمر مفید پنلها، هزینههای جایگزینی را کاهش داده و پایداری سیستمهای انرژی خورشیدی را افزایش میدهد.
بازیافت مکانیکی پنلهای خورشیدی
بازیافت مکانیکی رایجترین روش برای بازیافت پنلهای خورشیدی است. در این روش، ابتدا قاب آلومینیومی و جعبه اتصال (junction box) با دست یا ماشین جدا میشوند. سپس شیشه از سلولهای سیلیکونی با استفاده از فرآیندهای برش و خردکردن جدا میگردد. شیشه حاصل، که حدود ۷۵ درصد وزن کل پنل را تشکیل میدهد، میتواند برای ساخت شیشههای جدید یا در صنایع ساختمانی استفاده شود. این روش میتواند حدود ۸۰ درصد از مواد پنل را بازیافت کند.
بازیافت شیمیایی و حرارتی پنلهای خورشیدی
برای بازیافت کاملتر و استخراج مواد ارزشمندتر، از روشهای شیمیایی و حرارتی استفاده میشود. در بازیافت حرارتی، با استفاده از حرارت بالا، لایههای پلاستیکی و چسبها سوزانده شده و جداسازی فلزات آسانتر میشود. در روش شیمیایی، از محلولهای خاصی برای حل کردن سلولهای سیلیکونی و جدا کردن فلزات نجیب مانند نقره و مس استفاده میگردد. این روشهای پیشرفته میتوانند تا ۹۵ درصد مواد پنل را بازیافت کنند، اما نیازمند تجهیزات تخصصی و هزینههای بالاتری هستند.
بازیافت پنلهای سیلیکونی
فرآیند بازیافت پنلهای سیلیکونی با جداسازی آلومینیوم و شیشه آغاز میشود. حدود %95 شیشه دوباره استفاده میشود و تمامی قطعات فلزی خارجی برای قالبگیری مجدد قاب سلولها به کار میروند. باقی مواد در دمای 500 درجه سانتیگراد حرارت داده میشوند تا اتصال بین اجزای سلولها شکسته شود. پلاستیک محصورکننده تبخیر شده و سلولهای سیلیکونی آماده پردازش میشوند. این پلاستیک حتی بهعنوان منبع حرارتی برای ادامه فرآیند استفاده میشود. ذرات سیلیکون (ویفرها) با اسید شسته میشوند و ویفرهای شکسته شده ذوب شده و دوباره برای تولید ماژولهای جدید سیلیکونی استفاده میشوند. این فرآیند منجر به بازیافت %85 سیلیکون میشود.
بازیافت پنلهای لایهنازک
پنلهای لایهنازک ابتدا خرد شده و سپس آسیاب میشوند تا ذراتی با اندازه 4 تا 5 میلیمتر ایجاد شود. در این مرحله لایههای اتصال شکسته میشوند. مواد باقیمانده شامل بخشهای جامد و مایع است که یک پیچ چرخان آنها را از هم جدا میکند. مایعات با فرآیند رسوبدهی و آبگیری خالصسازی شده و سپس وارد فرآیند جداسازی فلزات میشوند تا مواد نیمهرسانا جدا شوند. بهطور متوسط %95 مواد نیمهرسانا دوباره استفاده میشوند. مواد جامد نیز پس از جداسازی لایههای سبکتر و شستوشو، به شیشه خالص تبدیل میشوند که %90 آن برای تولید مجدد قابل استفاده است.
بازار بازیافت پنل خورشیدی
بازار بازیافت پنلها هنوز نوپا است اما بهطور پیوسته رشد میکند. پژوهشگران در حال توسعه فرآیندهایی هستند که بتوانند اجزای پنلها را به صورت به صرفه بازیافت کنند. بازار جهانی بازیافت پنل خورشیدی در سال 2022 ارزشی معادل 250 میلیون پوند داشت و پیشبینی میشود تا سال 2028 به 1/29 میلیارد پوند برسد. این رشد ناشی از افزایش حجم زبالههای پنلهای خورشیدی است.
در بریتانیا، وضعیت بازیافت پنلها هنوز محدود است و تنها چند شرکت مانند H&H Pro، ILM Highland و Recycle Solar Technologies خدمات بازیافت پنلهای خورشیدی ارائه میدهند. تخمین زده میشود، بریتانیا طی دهه آینده، 30 هزار تن زباله پنل خورشیدی تولید کند. همچنین انتظار میرود در دهه 2030 موجی از پنلهای قدیمی وارد چرخه زباله شوند.
جمعبندی
تاکنون تعداد کمی از پنلها وارد مرحله بازیافت شدهاند، زیرا بیشتر آنها هنوز در حال کار هستند. با توجه به اینکه پنلها %94/7 قابل بازیافت هستند، پنلهای خورشیدی جایگزینی بهینه برای تولید انرژی پاک محسوب میشوند و ردپای کربنی پایینی دارند.