Kluczowe zagadnienia procesu recyklingu zużytych modułów fotowoltaicznych I i II generacji

• Autorzy: Kuczyńska-Łażewska A. , Klugmann-Radziemska E.

Warianty tytułu

EN

Key issues of the recycling process of the 1st and 2nd generation end of life photovoltaic modules

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ramach technologii fotowoltaicznych wyróżniamy obecnie trzy generacje. Pierwsza z nich to ogniwa z mono- i polikrystalicznego krzemu (c-Si), druga obejmuje ogniwa wykonane na bazie technologii cienkowarstwowej, zarówno z krzemu amorficznego (a-Si), jak i diseleneku indowo-miedziowo-galowego (CIGS), tellurku kadmu (CdTe) oraz arsenku galu (GaAs). Trzecia generacja to najnowsze technologie, takie jak: organiczne ogniwa słoneczne, ogniwa uczulane barwnikami czy ogniwa hybrydowe. Przyjmuje się, że średnia długość życia modułu fotowoltaicznego wynosi około 17 lat, co w połączeniu ze wzrastającym zainteresowaniem technologią fotowoltaiczną wiąże się ze zwiększona ilością odpadów, trafiających na składowiska. Oszacowano, że w 2026 roku liczba odpadowych modułów fotowoltaicznych osiągnie 5 500 000 ton. Będą to zarówno pozostałości po procesie produkcji, elementy uszkodzone podczas użytkowania oraz zużyte moduły fotowoltaiczne. Rozwój technologii fotowoltaicznych prowadzi również do doskonalenia istniejących i badań nad opracowaniem nowych metod recyklingu, dostosowanych do procesów produkcji modułów. W pracy zaprezentowano stan wiedzy na temat opracowanych technologii recyklingu modułów, wykonanych z krystalicznego krzemu oraz modułów cienkowarstwowych. Przedstawiono wyniki badań własnych nad procesem delaminacji modułów oraz roztwarzania elementów ogniw wykonanych w obu technologiach. W wyniku przeprowadzonych badań określono minimalną temperaturę, która powinna zostać zastosowana podczas dekompozycji materiału laminującego. U dowodniono, że folie wykonane przez różnych producentów ulegają procesom delaminacji w różnym stopniu, co może być spowodowane różnicami w stopniu usieciowana i stosunkowi polietylenu do polioctanu winylu. Przy wykorzystaniu metody trawienia sekwencyjnego podczas usuwania metalizacji można odzyskać nawet 1,6 kg srebra na 1 t połamanych mono- i polikrystalicznych ogniw krzemowych.

EN

At present we divide photovoltaic technologies into three generations. The first generation are monoand polycrystalline silicon solar cells (c-Si), the second one includes thin film technology both amorphous silicon (a-Si) and copper-gallium-indium diselenide (CIGS), cadmium telluride (CdTe), or gallium arsenide (GaAs). The third generation are newest technologies such as: organic solar cells, cells sensitized with dyes or hybrid cells. It is assumed that the average lifespan of the module is about 17 years, which in addition with the growing interest in solar technology results in an increasing amount of electronic waste in the land fields. I t has been estimated that in 2026, the number of waste photovoltaic modules will reach 5,500,000 tons. These will include both residues from the production process, components damaged during usage and end of life solar modules. Advanced photovoltaic technologies lead to the research and development of new methods of recycling adapted to the production processes. The article presents the state of knowledge regarding recycling technologies for modules from crystalline silicon and thin films. The results of own research of the delamination process and the recovery of cells elements in both technologies are introduced. As a result of the tests, the minimum temperature which should be used during the decomposition of the laminating material was determined. I t has been proven that foil made by different manufacturers is processed in varying degrees. That might be caused by differences in the cross-link degree and the ratio of polyvinyl acetate. U se of the sequential etching method to remove metallization, provides a possibility to recover up to 1.6 kg of silver per 1t of broken mono- and polycrystalline silicon cells.

Słowa kluczowe

PL

recykling; fotowoltaika; moduły PV; krzem; cienkie warstwy

EN

recycling; photovoltaics; PV modules; thin films; silicon

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 102
• Strony: 329--341
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kuczyńska-Łażewska A.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Gdańsk

autor

Klugmann-Radziemska E.

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Gdańsk

Bibliografia

• 1. Berger, W. i in. 2010. A novel approach for the recycling of thin film photovoltaic modules. Resources, Conservation and Recycling 54(10), s. 711–718.
• 2. Bohland i in. 1997 – Bohland, J.R., Anisimov, I.I. i Dapkus, T. 1997. Economic recycling of CdTe photovoltaic modules. 26th Photovoltaic Specialists Conference, Sept 30–Oc, s. 355–358.
• 3. Campo, M.D. i in. 2003. Process for Recycling CdTe/CdS Thin Film Solar Cell Modules.
• 4. Choi, C. i Cui, Y. 2012. Recovery of silver from wastewater coupled with power generation using a microbial fuel cell. Bioresource Technology 107, s. 522–525.
• 5. Dias, P. i in. 2016. Recycling WEEE: Extraction and concentration of silver from waste crystalline silicon photovoltaic modules. Waste Management 57, s. 220–225.
• 6. Dimeska, R. i in. 2006. Electroless recovery of silver by inherently conducting polymer powders, membranes and composite materials. Polymer 47(13), s. 4520–4530.
• 7. Doi, T. i in. 2001. Experimental study on PV module recycling with organic solvent method. Solar Energy Materials and Solar Cells 67, s. 397–403.
• 8. Fthenakis, V.M. 2003. Overview of potential hazards. [W:] T. Markvart & L. Castaner, eds. Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications. Elsevier.
• 9. Fthenakis, V.M. i in. 2006. Recycling of CdTe Photovoltaic Modules: Recovery of Cadmium and Tellurium. 21st European photovoltaic solar energy conference, s. 2539–2541.
• 10. Goozner, R.E. i in. 1997. A process to recycle thin film PV materials. 26th Photovoltaic Specialists Conference, Sept 30–Oc, s. 1161–1163.
• 11. Goozner i in. 1999 – Goozner, R.E., Long, M.O. i Drinkard, W.F. 1999. Recycling of CdTe photovolatic waste.
• 12. Held, M. 2009. Life cycle assessment of CdTe module recycling. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, s. 2370–2375.
• 13. Kang, S. i in. 2012. Experimental investigations for recycling of silicon and glass from waste photovoltaic modules. Renewable Energy 47, s. 152–159.
• 14. Klugmann-Radziemska, E., 2011. Recycling and reuse treatment technologies for photovoltaic cells and modules-A review. Recycling: Processes, Costs and Benefits, s. 205–221.
• 15. Klugmann-Radziemska, E. 2014. Recycling of Photovoltaic Solar Cells and Modules- The State-Of-Art. LAP LAMBERT Academic Publishing.
• 16. Klugmann-Radziemska, E. i Ostrowski, P. 2010. Chemical treatment of crystalline silicon solar cells as a method of recovering pure silicon from photovoltaic modules. Renewable Energy 35(8), s. 1751–1759.
• 17. Kuczyńska-Łażewska, A. i in. 2017. Recovery of silver metallization from damaged silicon cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 176, s. 190–195.
• 18. Kushiya i in. 2003 – Kushiya, K., Ohshita, M. i Tanaka, M. 2003. Development of recycling and reuse technologies for large area Cu(InGa)Se2-Based thin-film modules. [W:] 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, s. 1892–1895.
• 19. Marwede, M. i in. 2013. Recycling paths for thin-film chalcogenide photovoltaic waste – Current feasible processes. Renewable Energy 55, s. 220–229.
• 20. Masebinu, S.O. i Muzenda, E. 2014. Review of Silver Recovery Techniques from Radiographic Effluent and X-ray Film Waste. World Congress on Engineering and Computer Science, II.
• 21. Müller, A. i in. 2007. Recovery of high value material of different photovoltaic technologies. [W:] 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference. Milan, s. 2613–2616.
• 22. Patzig, S. i in. 2007. NOHSO4/HF – A novel etching system for crystalline silicon. Zeitschrift fur Naturforschung – Section B Journal of Chemical Sciences 62, s. 1411–1421.
• 23. Sapich, G. i in. 2007. Sustainable Recovery of Tellurium and Indium from Thin Film Photovoltaic Modules: EU -LIFE Project Resolved.
• 24. Shibasaki, M. i in. 2006. Recycling of Thin Film solar modules Life Cycle Assessment case study. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (Sept 4–8, Dresden), s. 2014–2017.
• 25. Tammaro, M. i in. 2015. Thermal treatment of waste photovoltaic module for recovery and recycling: Experimental assessment of the presence of metals in the gas emissions and in the ashes. Renewable Energy 81, s. 103–112.
• 26. Tao, H.-C. i in. 2012. Recovery of silver from silver(I)-containing solutions in bioelectrochemical reactors. Bioresource Technology 111, s. 92–97.
• 27. Tao, J. i Yu, S. 2015. Review on feasible recycling pathways and technologies of solar photovoltaic modules. Solar Energy Materials and Solar Cells 141, s. 108–124.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).