De recyclage van PV-zonnepanelen in Nederland: afval of is er meer?

17-05-2021

Thomas Goodson

0 Comments

Blogposts
Hernieuwbaar

Vandaag is er wereldwijd een vermogen van meer dan 500 GigaWatt piekvermogen (GWp) aan fotovoltaïsche (PV) panelen in gebruik. Het geplaatste vermogen zou nog sterk moeten toenemen om de ommekeer naar hernieuwbare energie mogelijk te kunnen maken. Het aantal geplaatste PV-panelen zal de komende jaren dus nog sterk moeten toenemen. Anderzijds zijn veel bestaande panelen vandaag afgeschreven en bestaat de kans dat een groot aandeel van de bestaande panelen vervangen zullen worden. Studies hebben aangetoond dat er onvermijdelijk een enorme afvalberg tegen 2050 van afgedankte PV-panelen zou kunnen ontstaan. Recyclage is bijgevolg onvermijdelijk en noodzakelijk. Maar hoe werkt het recyclage-systeem en zijn er alternatieven om een berg PV-afval te vermijden?

De levensduur van een PV-installatie

Een installatie met fotovoltaïsche zonnepanelen voor de opwekking van elektriciteit bestaat uit volgende onderdelen, vandaag steeds vaker aangevuld met een batterij:

PV-panelen (mono-, polykristallijne of amorfe panelen)
één of meerdere omvormers (omzetting van gelijkspanning naar bruikbare wisselspanning)
bekabeling en elektrische onderdelen
digitale meter en tellers
andere onderdelen

Afbeelding: uit de brochure Fluvius: Zonnepanelen < 10kVA. Hoe haal je energie uit zonlicht?

De levensduur van de zonnepanelen zelf bedraagt minimaal 25 jaar (en 15 jaar voor amorfe panelen). De panelen op zich hebben weinig tot geen bewegende delen of delen die in aanraking komen met vocht, waardoor de levensduur zeer lang is.

Bovendien is de technologie nog vrij jong en volop in ontwikkeling, waardoor algemeen kan aangenomen worden dat de panelen een veel langere gemiddelde levensduur hebben. Er zijn o.a. in de ruimtevaart fotovoltaïsche panelen van 50 jaar en ouder nog steeds operationeel.

Anderzijds daalt het rendement door UV-straling en hoge temperaturen in de eerste 5 jaar tot een 90% en na 25 jaar komt het rendement gemiddeld op 80%. Op dat moment kan de installatie vernieuwd worden (de terugverdientijd ligt op 10-15 jaar) of in gebruik blijven aan een verlaagd rendement tot einde levensduur (theoretisch geschat op 40 à 50 jaar). Na 25 jaar wordt aangenomen dat het rendementsverlies veel trager verloopt.

Een belangrijker onderdeel dat sneller vervangen dient te worden is de omvormer. Deze zorgt voor een omzetting van gelijkstroom naar wisselstroom (zoals we vandaag van het elektriciteitsnet verbruiken). Er worden vandaag 3 soorten omvormers toegepast:

string omvormer
micro-omvormer
optimizer-systeem

Hierbij weten we dat de micro-omvormers het langste meegaan. De omvormer verslijt door intensief gebruik en is aan vervanging toe na 8-10 jaar. Omvormers slijten sneller bij sterk wisselende spanningen (kan door instelling en ontwerp bepaald worden) en in de buurt van warmtebronnen of in vochtige omgeving. De omvormer is echter een essentieel onderdeel en zal dus verscheidene keren moeten vervangen worden gedurende de levensduur van de zonnepanelen.

Ook bekabeling en de andere onderdelen worden best om de 5 jaar gecontroleerd en indien nodig vernieuwd.

Wat gebeurt er met afgedankte PV-panelen?

Om echter een gigantische afvalberg te vermijden in de toekomst, is het essentieel om afgedankte PV-panelen te kunnen recycleren. Vandaag zijn het vooral de panelen die bij plaatsing of tijdens transport beschadigd werden die afgedankt worden. Dit aandeel blijft beperkt, maar ook panelen met stormschade blijken vandaag een wat groter aandeel in te nemen. Om de panelen uit de groep “einde levensduur” te gaan verwerken zal het systeem in de komende jaren uitgebreid moeten worden met bijkomend de overweging van hergebruik.

De hamvraag die vandaag kan gesteld worden: als PV-panelen na 25 jaar nog gemiddeld 80% rendement hebben, moeten ze dan wel vervangen worden (om maximaal vermogen te kunnen produceren) terwijl ze nog steeds goed opbrengen en het niets kost of is er geen ander systeem voor de recuperatie of hergebruik alvorens te gaan recycleren?

Recyclage van PV-panelen

Elk paneel bestaat gemiddeld uit 78% glas, 10% aluminium, 7% plastic en 5% elektrische componenten en een klein aandeel zilver en soms andere gevaarlijke chemische stoffen. Dit maakt een afzonderlijke inzameling en recyclage van PV-panelen van belang. De meest gangbare panelen gebruiken silicium-technologie. Zij worden verwerkt in verwerkingsinstallaties waar ook glas en lampen gerecycleerd worden. De basistechniek is meestal het scheiden van de componenten in het paneel om ze zoveel mogelijk te kunnen recupereren als afzonderlijke materialen. Niet-silicium panelen bevatten vaak gevaarlijke metalen als cadmium en moeten dan weer in een gespecialiseerde installatie gerecycleerd worden.

Verschillende types panelen vereisen dus een andere aanpak en scheidingsmethodes. Zo is het proces voor mono- en polykristallijne panelen gelijkaardig en kan er 80-90% gerecycleerd worden, terwijl bij amorfe panelen de scheiding van onderdelen d.m.v. een chemisch bad kan leiden tot 95% recyclage van de halfgeleidercomponenten (en 90% aan glas). Vooral het scheidingsproces vereist energie en in sommige gevallen extra chemische bestanddelen, wat het recycleren minder economisch rendabel maakt. Verschillende onderzoeksgroepen werken echter aan recyclagemethodes waarbij een zo groot mogelijk percentage aan halfgeleidermaterialen kan bekomen worden met zo min mogelijk verlies aan kostbare onderdelen en energie.

Afbeelding: huidig proces van PV-recyclage

Onderzoek naar het potentieel hergebruik en recyclage

De eerste piste die vandaag onderzocht wordt, is de mogelijkheid tot hergebruik van bestaande PV-panelen. Hier wordt de vraag gesteld hoe afgedankte, maar nog steeds rendabele panelen winstgevend kunnen zijn. De sector besteedt hierbij voor de eerste levensfase vooral aandacht aan een gestroomlijnd productie- en onderhoudsproces. Verder is er aandacht voor duurzame en economisch rendabele modellen voor ophaling en herstelling voor een 2e levensfase. Toch blijft hergebruik onderbelicht en is er potentieel in de circulaire businessmodellen*, waarbij bijvoorbeeld de oorspronkelijke fabrikanten de panelen terugnemen en deze opnieuw in gebruik stellen op een eigen of externe site tijdens de 2e (of 3e) levensfase. Het grote probleem hierbij is dat het 2e leven van PV-panelen op een aantal barrières stoot (lees meer over het onderzoek van Circusol, gecoördineerd door VITO):

gebrek aan testen van betrouwbaarheid,
geen labels of certificering,
gebrek aan kosten-baten analyses voor hergebruik van PV-panelen,
enz.

De tweede piste omvat vooral onderzoek naar de recuperatie van de bruikbare materialen in de panelen. Hierbij wordt optimalisatie van het scheidingsproces naar voor geschoven, maar ook andere manieren van recyclage worden onderzocht. Onderzoeksgroepen, maar ook fabrikanten zelf leggen zich vandaag toe op efficiëntere manieren om de onderdelen te scheiden en te (her)gebruiken.

Aangezien de Europese richtlijn (betreffende afgedankte elektrische en elektronische apparatuur of AEEA 2012/19/EU) een 85/80% hergebruik/recyclage oplegt vanaf 2019 en de technologie voor recyclage nog verder ontwikkeld moet worden om hieraan te kunnen voldoen, zal in de toekomst vooral een combinatie van beide pistes aangewend worden.

Tips voor optimale levensduur van PV

Vanzelfsprekend zijn er enkele eenvoudige tips die de levensduur van een PV-installatie kunnen verlengen.

Regelmatig onderhoud 1x per jaar, bij voorkeur in de zomer tijdens droge periodes (stof?).
Hou het systeem in het oog: monitor van tijd tot tijd zodat je het rendement kan opvolgen. De opbrengst kan worden aflezen van de omvormer, maar ook apps met datalog-systemen zijn hiervoor handig.
Ga na (of laat dit nakijken bij dalend rendement) of de bekabeling nog overal goed is aangesloten.
Eventueel kan bij plaatsing een extra coating op de montageset aangebracht worden.