Wśród wielu zmian w branży solarnej w ciągu ostatniej dekady jedną z najbardziej znaczących była rozbudowa zakładów recyklingu paneli słonecznych w całych Stanach Zjednoczonych. To, co kiedyś traktowano jako problem na później, już dziś odbywa się na dużą skalę, prowadzoną przez firmy w pełni zaangażowane w tę wyspecjalizowaną branżę — We Recycle Solar, SolarCycle, SolarPanelRecycling.com (SPR) i wiele innych. Stawka rośnie: Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej prognozuje, że łączna ilość odpadów z paneli słonecznych może do 2050 roku osiągnąć na świecie dziesiątki milionów ton, a w Stanach Zjednoczonych stany takie jak Waszyngton zaczęły przyjmować zasady zarządzania modułami w modelu rozszerzonej odpowiedzialności producenta, które wpływają na sposób postępowania z panelami po zakończeniu ich eksploatacji.

Choć recyklerzy są częścią branży ukierunkowanej na zrównoważony rozwój, nie przetwarzają paneli słonecznych wyłącznie z dobrych intencji; prowadzą przecież działalność gospodarczą. Obecnie głównymi źródłami przychodów w recyklingu krzemowych paneli słonecznych są aluminiowe ramy oraz odzyskane miedź, krzem i srebro.

"At the end of the day, for recycling to work, someone has to be able to consume the products you're generating and consume it at scale," said Brett Henderson, CEO of SPR. "When you take a silicon panel and break it down to all of its base commodities to be recirculated back into manufacturing industries, the bulk of any panel is glass. Glass isn't a very valuable commodity. Silicon panels are economically viable to recycle [because] you're getting to subsidize it by collecting aluminum, silver."

Tak jak recyklerzy uczestniczą w rynku surowców, tak samo czynią producenci. Ostatnio wysokie ceny srebra skłoniły niektórych producentów paneli do rozważania konstrukcji wykorzystujących mniej tego metalu szlachetnego — to istotny czynnik w branży, która każdego roku zużywa znaczącą część światowego popytu na srebro. Panele bez srebra byłyby tańsze w produkcji, ale byłyby też mniej wartościowe w recyklingu. Takie trendy produkcyjne zmuszają recyklerów do bycia jednymi z najlepiej poinformowanych ekspertów od paneli słonecznych na rynku.

Podstawy recyklingu paneli słonecznych

Opisane tutaj procesy recyklingu dotyczą krzemowych paneli słonecznych, które są dominującym wyborem w globalnej branży solarnej. Choć cienkowarstwowe panele kadmowo-tellurkowe (CdTe) są instalowane w wielu wielkoskalowych projektach słonecznych w Stanach Zjednoczonych dzięki krajowej bazie produkcyjnej First Solar, ich unikalna konstrukcja jest mniej atrakcyjna dla zewnętrznych recyklerów. Panele cienkowarstwowe nie mają ram — czyli nie zawierają aluminium — a dzisiejszy rynek nie poszukuje kadmu ani telluru. First Solar prowadzi z kolei własny program odbioru i recyklingu modułów cienkowarstwowych, co przypomina, że postępowanie z produktami po zakończeniu ich życia może przebiegać według różnych modeli w zależności od chemii panelu.

Pierwszym krokiem w recyklingu krzemowych paneli słonecznych jest ostrożne usunięcie skrzynek przyłączeniowych i ram. Większość tego, co pozostaje, to mało wartościowe szkło, ale im czyściej i pełniej zostanie ono usunięte, tym łatwiej dotrzeć do cenniejszych komponentów.

Większość prac badawczo-rozwojowych recyklerów koncentruje się na usuwaniu szkła, niezależnie od tego, czy odbywa się to przez mielenie, siłę mechaniczną czy zupełnie inną metodę. SPR właśnie zakończył modernizację o wartości 12 milionów dolarów w swoich trzech zakładach recyklingu — w Karolinie Północnej, Georgii i Teksasie — aby lepiej usuwać szkło bez uszkadzania znajdujących się pod nim płytek krzemowych i materiałów enkapsulujących.

OnePlanet, recykler paneli słonecznych działający poza Jacksonville na Florydzie, opracował proces recyklingu, który według dyrektora generalnego André Pujadasa może usuwać 99,5% szkła z modułu przy 99% czystości szkła. OnePlanet wykorzystuje w tym celu przepływ powietrza o bardzo dużej prędkości — skrajnie silny wiatr rozrywa i odłamuje szkło od pozostałych komponentów.

Po usunięciu szkła wszyscy recyklerzy zasadniczo podążają tą samą ścieżką — rozdrabniają płytkę krzemową i jej połączenia na drobny proszek, a następnie kierują materiał do separacji gęstościowej, która pozostawia miedź oraz mieszaninę srebra i krzemu. Miedź jest dla recyklerów łatwa do sprzedania, podczas gdy rafinerie mogą skuteczniej rozdzielić srebro i krzem, aby sprzedać je większym odbiorcom.

"To bring [refining] in house wouldn't be a competitive advantage. They're doing this at major scale for industries around the world. SPR isn't trying to reinvent the wheel," said Henderson.

Zastrzeżony proces recyklingu OnePlanet może jednak wprowadzać element rafinacji po stronie samego recyklera. Pujadas powiedział, że gdy szkło jest usuwane czyściej, mieszanka srebra i krzemu jest mniej zanieczyszczona rozdrobnionym szkłem, co koncentruje końcowy produkt do 95% czystego krzemu z 1% srebra — surowca bardziej wartościowego dla rafinerii.

"The whole business philosophy here would be to extract and recover minerals and reintroduce them into the supply chain for re-consumption, encouraging a circular economy," he said. "A big part of that is how much value is extracted across the entire value chain. This recycling process is very focused on a high-purity silicon. [Eventually] we will have enough silicon that it can become a feedstock for metallurgical-grade silicon production."

Szybkie spojrzenie w przyszłość

Recyklerzy paneli już analizują przyszłe trendy produkcyjne, aby określić, jak wpłyną one na ich zdolność do prowadzenia działalności — a trendy te mogą pojawić się szybciej, niż się spodziewają.

Ponieważ większość krzemowych paneli słonecznych ma funkcjonować skutecznie przez 25 lat i dłużej, nie nastąpił jeszcze napływ wycofywanych z eksploatacji paneli z pierwszej dużej fali instalacji w USA z początku lat 2010. Jednak uszkodzonych paneli po incydentach podczas transportu i obsługi, niekorzystnych warunkach pogodowych oraz błędach produkcyjnych jest na tyle dużo, że recyklerzy muszą już dziś śledzić trendy jutra. Henderson powiedział, że SPR dodał sprzęt do recyklingu bifacjalnego do swoich zakładów przetwórczych zaledwie dwa lata po rozpoczęciu działalności. "We're getting new technology into our stream right away," he said.

SPR zatrudnia na stałe dedykowanych analityków badawczych, którzy szybko śledzą trendy produkcyjne i oceniają, czy recykler będzie potrzebował nowej technologii przetwarzania lub nowych odbiorców dla różnych składów materiałowych. Jeśli panele słoneczne wykorzystują mniej srebra, miedź może stać się cenniejsza, ale mieszanina krzemu i srebra może być mniej atrakcyjna dla niektórych rafinerii. Recykling jest łatwą częścią; trudniejsze jest znalezienie właściwych nabywców surowców.

"We're starting to see technology out there to not use any silver on a solar panel, or much less of it. If it's still this silicon-based technology, it's just going to change the economics of it," said Henderson. "Over time, insurance costs go higher, equipment costs go higher, labor costs go higher, regulatory costs go higher. And then if you're going to remove one of the components that helps subsidize it, it will probably mean that asset owners are going to have this roller coaster on how recycling pricing may be."

Na przykład tandemowe panele perowskitowo-krzemowe są nadal nowością na rynku, ale wielu recyklerów już zastanawia się, jak je przetwarzać. Jedną z obaw jest obecność ołowiu, która wymagałaby mocniejszych warstw enkapsulacyjnych, aby zatrzymać wilgoć — a takie warstwy są trudniejsze do rozbicia, gdy trzeba dotrzeć do cennych komponentów. Dodatkowym wyzwaniem jest toksyczność ołowiu.

"It can become a hazardous material, and then you have to deal with transportation and full framework disposal under a hazardous waste scenario," Pujadas said. "Then you have to beef up your emission systems and safety culture. It could be done, but when do you start doing it?"

To właśnie jest dylemat w sektorze recyklingu paneli słonecznych: kiedy należy inwestować w nowe procesy, a kiedy można polegać na stałym strumieniu starszych technologii? Dlatego działania, nad którymi można pracować już dziś — poprawa usuwania szkła i czystości krzemu — będą korzystne dla każdego rodzaju projektu panelu słonecznego.

"It's a strange industry," Henderson said. "Solar panels are the one singular item you're bringing in, but there's so many flavors."