V České republice bude okolo roku 2030 v provozu 25-30 milionů solárních panelů, tzn. necelé tři panely na osobu. Víme, jak solární panely recyklovat? A je to vůbec možné?
Nad tím se zamýšlí Tomáš Pešek ze společnosti REMA PV Systém.
Česká republika nyní zažívá druhou vlnu podpory výstavby fotovoltaických elektráren. Při první vlně (mezi lety 2008-2010) bylo v ČR instalováno zhruba 11 mil. kusů solárních panelů o celkovém výkonu dosahujícím 2 GW. Poté trh solární energetiky stagnoval, zakonzervován smlouvami o garantovaných výkupních cenách elektrické energie ze strany Energetického regulačního úřadu, které fakticky fixují stav z roku 2010.
Druhá vlna rozvoje fotovoltaiky přišla v roce 2021, kdy Evropská komise zřídila Směrnicí 2003/87/ES na období let 2021–2030 tzv. Modernizační fond, který mj. poskytuje investice na rozvoj nízkouhlíkových technologií. V důsledku toho se v České republice očekává výstavba nových fotovoltaických elektráren o souhrnném výkonu mezi čtyřmi až šesti gigawatty. Tato výstavba bude probíhat ve chvíli, kdy solární elektrárny instalované v rámci první vlny jsou zhruba v polovině své životnosti a smlouvy o garantovaných výkupních cenách elektrické energie uzavřené s ERÚ jsou účinné do konce roku 2030. Předpokládaný objem výstavby představuje instalaci dalších více než 20 mil. solárních panelů. Lze tedy očekávat, že v roce 2030 bude na území ČR v provozu zhruba 25 - 30 mil. solárních panelů.
Funkční na 20 let
Solární panel je sendvičová konstrukce, skládající se z krycího tvrzeného skla, encapsulantu, ve kterém je zataven křemíkový článek vyrábějící elektrickou energii a zadní krycí vrstvy, tzv. backsheet. Tento sendvič je vlepen do hliníkového rámečku o síle 3-6 cm. Konstrukce solárního panelu je navržena tak, aby byla schopná po dobu nižších desítek let, odolávat mechanickému namáhání, teplotním výkyvům, UV záření, a povětrnostním vlivům. Výrobci solárních panelů obvykle garantují, že po dobu 20 let budou solární panely funkční a jejich účinnost neklesne pod 80 % nominálního výkonu. To vše klade velmi vysoké nároky na konstrukci solárního panelu a kvalitu použitých materiálů.
Nejčastějšími závadami, které se projevují na solárních panelech, jsou vady na elektrických částech panelu. Tyto závady jsou snadno detekovatelné a řada z nich se dá opravit. Dalším typem závad solárního panelu jsou vady způsobené v důsledku degradace materiálů. Jedná se o tzv. delaminaci, mikrokapilární průniky vody, zpuchření kabeláže a připojovacích konektorů. Proces degradace materiálů je neodvratitelný a časem postihne každý solární panel. Delaminace je obvykle spojena s průnikem vlhkosti, a následným zkratem elektrické části panelu. Tyto závady jsou neopravitelné a znamenají vyřazení solárního panelu z provozu.
Aby výrobce solárního panelu mohl zajistit jeho dlouhodobou životnost, používá nerozebíratelného spoje, který vznikne vulkanizací plastové folie EVA mezi krycím sklem a zadní plastovou vrstvou. Tento spoj je tvořen velmi pevnými adhezními silami, působícími na atomární úrovni, které zajišťují vysokou pevnost a odolnost sendvičové konstrukce. Legitimní snaha výrobců solárních panelů o dosažení maximální spolehlivosti a životnosti solárních panelů jde ovšem přímo proti potřebám recyklačního průmyslu, jehož požadavkem jsou rozebíratelné konstrukce s maximální možností využití recyklovatelných materiálů.
Solární panely jsou tvořeny hliníkovým rámečkem (20 % hm.), sklem (60 % hm.), plasty (13 % hm.), kovy a elektrickými komponenty (7 % hm.).
Recyklace fotovoltaických panelů
Zákon o výrobcích s ukončenou životností (542/2020 Sb.) v příloze č. 3 stanovuje minimální úroveň recyklace a přípravy k opětovnému použití solárních panelů na 80 %. Je tedy zřejmé, že splnění požadované úrovně recyklace lze docílit pouze při zajištění recyklace hliníkového rámečku a krycího skla. Samozřejmě, že recyklovatelné jsou také plastové části a elektrické komponenty, ovšem bez započtení recyklace hliníku a skla není možné dosáhnout požadované úrovně.
Odstranění hliníkového rámečku je snadné, k sendvičové konstrukci je fixován silikonovým tmelem, takže jej lze odstranit mechanicky. Rámeček je zhotoven z kvalitní slitiny, a proto nebude problém jej předat k přepracování do kovohutí.
Zajištění recyklace skla je díky pevnému spojení s encapsulantem daleko složitější. Ačkoliv krycí sklo je vyrobeno z velmi kvalitního tvrzeného skla s vysokou světelnou propustností a nízkým indexem lomu, k tomu, aby mohlo být využito ve sklářském průmyslu, musí být zbaveno plastu. Toho lze docílit pouze oddělením skleněné vrstvy ze sendvičové konstrukce.
Existují tři základní metody, které jsou používány pro oddělení skla ze solárního panelu:
1. Mechanickým působením
Drcením či frézováním jsou ze solárního panelu získávány skleněné střepy. Účinnost této technologie se pohybuje okolo 80 %. Získané sklo díky znečištění a nízké granulometrii (významnou část tvoří skleněný prach) ovšem není příliš vhodné pro sklářský průmysl.
2. Tepelným působením
Sklo je oddělováno pomocí rozžhaveného drátu, který provádí podélný řez sendvičovou konstrukcí. Výstupem je neporušená tabule skla, ze které je potřeba organickými rozpouštědly smýt zbytky plastu. Nevýhodou tohoto postupu je, že solární panel nesmí být rozbitý. Popraskané a zdeformované panely není možné takto zpracovat, což významně komplikuje a prodražuje demontáž a přepravu solárních panelů k recyklaci.
3. Chemickým působením
Sklo je od sendvičové konstrukce odděleno působením chemikálií. Výstupem jsou čisté skleněné střepy. Nevýhodou tohoto postupu je silná ekologická zátěž - vzniká velké množství nebezpečných odpadů (odpadních chemikálií) a nízká kapacita, proces loužení trvá několik hodin.
Přicházíme o kvalitní suroviny
V České republice je v současnosti provozováno několik zařízení, která se zabývají recyklací solárních panelů. Většina z nich disponuje technologiemi drcení panelu či frézování krycího skla. Ani jedna z technologií proto neprodukuje sklo v kvalitě požadované sklárnami. Nejčastějším způsobem využití solárních panelů je tedy sejmutí a prodej hliníkového rámečku, nadrcení sendvičové konstrukce, příp. separace barevných kovů, a využití zbylé drtě jako náhrady kameniva ve stavebnictví. Náš průmysl tím přichází o velmi kvalitní suroviny (sklo, měď, křemík a stříbro), které mají vysokou přidanou hodnotu a pro recyklační průmysl jsou velmi zajímavé.
REMA PV Systém vnímá potřebu nalezení účinnějšího a efektivnějšího způsobu zpracování odpadních solárních panelů, který umožní dosažení požadované míry a kvality recyklace. Proto vede vlastní aplikovaný výzkum nových technologií pro zpracování solárních panelů, jehož cílem je zajištění dostatečných kapacit a dosažení vysoké úrovně recyklace.
Podrobné informace najdete na adrese www.rema.cloud
