Zielona transformacja czyli analiza cyklu życia ogniw – jak wygląda drugie życie paneli fotowoltaicznych?

Proces produkcji paneli fotowoltaicznych – jak powstają ogniwa fotowoltaiczne?

Długie życie paneli słonecznych, jak zbudowany jest panel fotowoltaiczny? Produkcja paneli fotowoltaicznych to zaawansowany technologicznie proces? Wiele osób zastanawia się, jak zbudowany jest panel fotowoltaiczny oraz jak przebiega jego budowa i jak długo taki panel posłuży. W tym momencie zdecydowana większość paneli jest produkowana z płytek krzemowych. Krzem jest bardzo cennym surowcem i stanowi on 30% skorupy ziemskiej. 

Najważniejszym, pierwszym etapem w produkcji panelu fotowoltaicznego jest wydobycie i oczyszczenie krzemu. Jest to niezbędne, aby materiał był odpowiednio przystosowany do dalszej obróbki oraz miał właściwe parametry dotyczące jakości. Proces czyszczenia jest przeprowadzany zazwyczaj z wykorzystaniem specjalnego pieca elektrycznego.

To powinno Cię również zainteresować: DAH Solar – proces produkcji wysokiej jakości paneli PV w technologii 9BB

Po uzyskaniu cylindrów czystego krzemu, nazywanych wlewkami, kroi się je na cienkie krążki lub płytki. Następnie przycina się je do kształtu sześciokątów lub prostokątów. Dzięki temu można dopasować je do ramy modułu i zwiększyć ich pożądaną powierzchnię. Płytki bazowe muszą być optymalnie czyste i gładkie, aby ogniwo fotowoltaiczne pracowało jak najwydajniej.

Kolejny krok to nanoszenie na płyty bazowe warstw półprzewodnikowych. Potem tworzy się strukturę P/N, w której będzie powstawał prąd elektryczny. Polega to na wprowadzaniu odpowiednich domieszek (np. fosforu i boru) do półprzewodnika. W ten sposób tworzy się obszary o różnych właściwościach przewodnictwa. W warstwie P (dodatniej) brakuje elektronów, a w warstwie N (ujemnej) jest ich nadmiar.

Następny etap to nanoszenie elektrod na ogniwo fotowoltaiczne. Elektrody wykonuje się najczęściej z cienkich warstw metalu, np. aluminium lub miedzi. Elektrody zbierają i przekazują dalej prąd wytwarzany w ogniwie.

Specjalna substancja antyrefleksyjna pokrywa ogniwa podczas produkcji paneli – dzięki temu nie odbijają one światła słonecznego, tylko je wychwytują. Następnie zamyka się je w powłoce octanowej – zazwyczaj wykonanej z winylu lub gumy. Na końcu umieszcza się moduł w aluminiowej ramie i zamyka pod taflą szkła lub tworzywa sztucznego. Wtedy panel fotowoltaiczny jest już gotowy do eksploatacji. Jak widać, odpowiedź na pytanie jak działają panele fotowoltaiczne, nie jest prosta.

Dlaczego prawie dwie trzecie wszystkich paneli na całym świecie produkowanych jest w Chinach?

Obecnie Europa produkuje około 3% wszystkich paneli fotowoltaicznych, zaś jeszcze w 2007 roku wskaźnik ten wynosił około 30%. Jednocześnie wraz z upływem lat gwałtownie rosła rola Chin, które w tym momencie odpowiadają za produkcję prawie dwóch trzecich wszystkich paneli na całym świecie. 

Przeczytaj także: Jak zapylenie wpływa na moc paneli słonecznych

Od 2008 roku obserwowany był postępujący proces likwidacji zakładów na terenie Europy, Stanów Zjednoczonych czy Japonii, które przenoszony były nie tylko do Chin, ale także na Filipiny, Tajwan czy do Malezji.

Chiny stały się potentatem w sektorze produkcji paneli fotowoltaicznych dzięki kilku czynnikom. Najważniejszym z nich jest oczywiście niska cena produkcji w tym kraju. Chiny mają bardzo mocno rozwinięte różne gałęzie przemysłu zdolne do produkcji w dużej skali. Dodatkowo bardzo niskie płace pozwalają chińskim producentom oferować swoje panele fotowoltaiczne po niezwykle niskich cenach.

Kolejny element to słaba ochrona środowiska w Chinach w porównaniu do krajów europejskich czy USA. Europejskie przepisy nakładają surowe wymagania na producentów w zakresie redukcji emisji, recyklingu i minimalizacji wpływu na ekosystemy. Europejskie normy i przepisy mają na celu ograniczenie negatywnego oddziaływania produkcji na środowisko. Natomiast w Chinach często brakuje takich norm lub są one ignorowane przy aprobacie władz.

Sprawdź też: Innowacyjna technologia umożliwi chłodzenie PV wodą opadową

Trzeba pamiętać, że tradycyjny proces produkcji paneli fotowoltaicznych, zwłaszcza przy rafinowaniu kwarcu do krzemu elementarnego, wiąże się z wypuszczaniem ogromnych ilości gazów do atmosfery. Realizuje się to w gigantycznych piecach, które muszą być utrzymywane w bardzo wysokiej temperaturze.

Kolejny krok, czyli przekształcanie krzemu w czystszą formę nazywaną polikrzemem, powoduje wytworzenie toksycznego związku nazywanego czterochlorkiem krzemu. W Europie producenci przetwarzają te odpady, ale zakup sprzętu do recyklingu jest bardzo drogi. Natomiast w Chinach większość firm nie przetwarza odpadów, aby nie ponosić dodatkowych kosztów.

Kierunki rozwoju organicznych ogniw słonecznych – technologia dziś i wizje przyszłości

Standardowe panele fotowoltaiczne produkują się z wykorzystaniem nieorganicznych materiałów – przede wszystkim z krzemu. Nieorganiczne ogniwa cechują się wysoką wydajnością przetwarzania energii słonecznej na prąd, ale są drogie, a ich utylizacja lub recykling często sprawiają pewne kłopoty.

Ten fakt skłonił naukowców do intensywnych prac nad rozwojem ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem materiałów organicznych. W porównaniu ze skutecznością takich ogniw w latach 90-tych, obecnie produkowane ogniwa są aż 150 razy bardziej wydajne.

Zobacz także: Perowskity – nowa technologia poza rekordami efektywności

Co sprawia, że prace nad organicznymi ogniwami fotowoltaicznymi są tak zaawansowane? To fakt, że mogą one potencjalnie zapewniać niższą cenę wytwarzania energii w przeliczeniu na jednostkę powierzchni ogniwa. Szacuje się, że w przyszłości organiczne ogniwa fotowoltaiczne będą nawet 10 razy tańsze niż te krzemowe. Ponadto są one mniej toksyczne, lekkie oraz elastyczne – dzięki zastosowaniu polimerów. Można je instalować prawie wszędzie: na dachach i ścianach budynków, ubraniach, torbach, namiotach itd. Wystarczy wytnąć odpowiedni arkusz z wytworzonej folii i dołączyć przewody.

Sprawdź również: Nowa generacja paneli 500W zmieni rynek fotowoltaiki

Producenci pracują nad dopracowaniem technologii produkcji organicznych paneli fotowoltaicznych. Może się okazać, że będziemy mogli zabierać je na spacer do lasu i podłączać do nich ładowarkę od smartfona, laptopa czy innego urządzenia. Teraz muszą się skupić na tym, aby obniżyć cenę wyprodukowanego jednego wata i zwiększyć skalę produkcji.

Gwałtownie rośnie zapotrzebowanie na recykling modułów PV

Coraz większa popularyzacja paneli fotowoltaicznych powoduje, że gwałtownie wzrasta zapotrzebowanie na ich recykling.

Wszyscy eksperci zgadzają się, że rynek materiałów używanych do produkcji paneli fotowoltaicznych nadających się do recyklingu po zakończeniu eksploatacji będzie w najbliższych latach dalej rósł. Liczba instalacji i ryzyko problemów z dostawami będą na to wpływać. Z analizy firmy Rystad Energy wynika, że w 2030 roku ten rynek będzie wart aż 2,7 mld dolarów. W tym momencie jego wartość to tylko 170 mln dolarów, co pokazuje skalę. Z kolei w 2050 roku ten rynek ma osiągnąć wartość 80 mld dolarów.

Recykling paneli fotowoltaicznych nie jest jeszcze zbyt popularny, ale ma duże znaczenie dla zielonej transformacji energetycznej. Szacunki pokazują, że w 2040 roku odpady z produkcji paneli FV będą sięgać 27 mln ton rocznie.

Żywotność paneli słonecznych – jaki jest ich czas eksploatacji?

Jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych? Jak wygląda spadek wydajności tych urządzeń? Jeżeli instalacja jest wykonana rzetelnie z wykorzystaniem komponentów najwyższej jakości, jej żywotność będzie bardzo długa i wyniesie nawet 25 lat. 

Dodatkowo, wielu renomowanych producentów oferuje bardzo bogatą ofertę ochrony gwarancyjnej. Profesjonalne firmy produkujące panele realizują też wiele testów wytrzymałościowych. Dzięki temu wytrzymałość paneli fotowoltaicznych na grad, śnieg czy deszcz jest bardzo duża.

Przeczytaj także: Jak warunki atmosferyczne wpływają na sprawność instalacji fotowoltaiki?

Testy sprawdzają, czy panele są odporne na obciążenia mechaniczne statyczne. Profesjonalne panele nie ulegają uszkodzeniu nawet przy uderzeniu gradu o znacznej średnicy z prędkością ponad 50 km/h. Śnieg także nie stanowi problemu, gdyż panele mogą wytrzymać nacisk do 900 kg na każdy metr kwadratowy.

Jak szybko spada wydajność paneli fotowoltaicznych? Rocznym ubytkiem wydajności jest około 0,1-0,5%, więc jest bardzo powolny.

Utylizacja paneli fotowoltaicznych – ile to może kosztować?

Ile kosztuje utylizacja paneli fotowoltaicznych? Wskazanie jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie nie jest możliwe. Bardzo istotny jest sposób odbioru a także wielkość posiadanych przez nas paneli. Średnia cena utylizacja paneli fotowoltaicznych wynosi około 2 zł za kilogram. W przypadku, gdy panele mają być od nas odebrane przez specjalistyczną firmę, trzeba też pamiętać o konieczności doliczenia kosztów transportu.

Na ostateczny koszt utylizacji paneli fotowoltaicznych wpływa też rodzaj tworzywa, z których je wykonano oraz liczba modułów. Warto też pamiętać o tym, że oprócz utylizacji panele można też poddawać recyklingowi, co jest bardzo dobrym i ekologicznym rozwiązaniem. 

Dokąd trafiają panele słoneczne pod koniec ich cyklu życia?

Wydawać by się mogło, że panele słoneczne pod koniec cyklu życia mogą jedynie trafić na wysypisko śmieci i stać się bezużytecznym odpadem. Okazuje się jednak, że przechowywanie zużytych paneli fotowoltaicznych na składowiskach odpadów to tylko jedna z dostępnych możliwości. Zwłaszcza że długoterminowe składowanie paneli zawierających szkodliwe substancje może stanowić poważny problem środowiskowy. 

Znacznie lepszą opcją jest recykling. Proces ten polega na tym, iż demontuje się i odzyskuje cenne surowce i minerały, a następnie wykorzystuje w produkcji nowych paneli oraz innych produktów. Za sprawą recyklingu paneli fotowoltaicznych możliwe jest zredukowanie odpadów i zminimalizowanie zużycia surowców naturalnych ograniczenie negatywnego wpływu tej branży na środowisko naturalne. 

Recykling fotowoltaiki, czyli drugie życie paneli fotowoltaicznych

Najczęściej w panelach fotowoltaicznych wykorzystywane są moduły krzemowe. Okazuje się, że recykling paneli fotowoltaicznych jak najbardziej jest możliwy. Polega on na tym, że oddziela się części aluminiowe (ramy i okablowanie) od części szklanych. 

Zobacz też: Recykling modułów PV w Europie – czystość materiału a ochrona środowiska

Następnie są one mielone z wykorzystaniem profesjonalnych urządzeń i rozkładane na czynniki pierwsze, czyli do postaci szkła, krzemu, miedzi lub plastiku. Inny sposób to wykorzystanie bardzo wysokiej temperatury umożliwiającej usunięcie plastiku ze szklanej części. Wówczas możliwe jest odzyskanie części ogniwa krzemowego wykorzystywanego przy produkcji nowych modułów. Obecnie recykling paneli fotowoltaicznych pozwala na odzyskanie nawet 95% materiałów użytych do jego produkcji. 

Recykling fotowoltaiki ma niezwykle istotne znaczenie w kontekście zrównoważonego rozwoju branży fotowoltaicznej. Dzięki niemu można zminimalizować zużycie surowców naturalnych, zredukować liczbę odpadów i ograniczyć emisję gazów cieplarnianych związanych z produkcją nowych paneli. Recykling przyczynia się również do rozwoju rynku surowców wtórnych i gospodarki o obiegu zamkniętym.

Transformacja energetyczna – rewolucyjne zmiany w fotowoltaice

Fotowoltaika to kluczowa technologia odnawialna, która przyczynia się do rewolucyjnych zmian w sektorze energetycznym. Inwestując w panele fotowoltaiczne, można uzyskać całkowicie darmową energię elektryczną na potrzeby gospodarstwa domowego. Dodatkowo, nie tak dawno mieliśmy do czynienia z kryzysem energetycznym spowodowanym wojną na Ukrainie, co doprowadziło do ogromnych wzrostów cen energii elektrycznej czy gazu.

Sprawdź również: Polskie innowacyjne wynalazki na rynku PV – szyby okienne i nadruki fasadowe generują energię

Posiadacze paneli fotowoltaicznych korzystają z darmowej, zielonej energii, co jest niezwykle istotne. Dodatkowo, fotowoltaika stale się rozwija i badacze prowadzą rozmaite eksperymenty, m.in. dotyczące wprowadzenia na szeroką skalę ogniw organicznych. Wszystko to sprawia, że w kolejnych latach panele fotowoltaiczne będą jeszcze tańsze, a ich liczba znacząco wzrośnie.