Εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων των φωτοβολταϊκών πλαισίων στο τέλος του κύκλου ζωής τους

Environmental Impact Assessment of photovoltaic panels at the end of their life cycle (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Τσομπάνογλου, Αλέξανδρος
  3. Διαχείριση Αποβλήτων (ΔΙΑ)
  4. 14 Σεπτεμβρίου 2019 [2019-09-14]
  5. Ελληνικά
  6. 113
  7. Μπάρτζας, Γεώργιος
  8. Ανάλυση κύκλου ζωής | Life cycle analysis | Τέλος κύκλου ζωής | End of life cycle | Τεχνολογίες Φωτοβολταϊκών | PV technologies | Ανακύκλωση | Recycling | Ανάκτηση | Recovery | Περιβαλλοντικές επιπτώσεις | Environmental impacts
  9. 5
  10. 64
  11. Περιέχει: Πίνακες, Σχήματα
    • Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια (Φ/Β) αποτελούν τη βασική δομική μονάδα ισχύος ενός συστήματος ηλεκτροπαραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) μέσω της ηλιακής ενέργειας. Θεωρείται μια ιδιαίτερα δημοφιλής τεχνολογία λόγω της προβλεψιμότητας της αναμενόμενης παραγωγής και της ευκολίας στην εγκατάσταση και την συντήρηση του απαραίτητου εξοπλισμού για την λειτουργία ενός Φ/Β σταθμού. Η εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα των Φ/Β συστημάτων, τόσο στον τομέα της παραγωγής όσο και της απόδοσης τους καθώς και η ταυτόχρονη πτώση του κόστους παραγωγής τους, έχουν συνδράμει στην ραγδαία ανάπτυξη της εμπορικής εφαρμογής τους ιδιαίτερα την τελευταία δεκαετία. Πρόσφατα διαθέσιμα δεδομένα δείχνουν ότι η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των Φ/Β αυξάνεται με πιο γρήγορους ρυθμούς σε σχέση με το αναμενόμενο ενώ και το δυναμικό των αποβλήτων από τα Φ/Β πλαίσια φαίνεται να έχει υποτιμηθεί αντιστοίχως. Ο μεγάλος χρόνος προσδόκιμου ζωής των Φ/Β, που δύναται να φτάσει ακόμη και τα 30 έτη, θεωρητικά δημιουργεί μια καθυστέρηση στην εμφάνιση των προϊόντων του τέλους ζωής τους. Ωστόσο, υπάρχει σημαντικός όγκος αποβλήτων που προκύπτουν από ελαττωματικά Φ/Β πλαίσια ή καταστροφή από άλλους εξωγενείς παράγοντες. Καθώς η ανάγκη για την αντιμετώπιση των αποβλήτων από Φ/Β πλαίσια δεν φαινόταν επιτακτική μέχρι σήμερα, τόσο η νομοθεσία όσο και οι τεχνολογίες διαχείρισης τους βρίσκονται ακόμα σε πρώιμο στάδιο. Ταυτόχρονα, οι διαθέσιμες εγκαταστάσεις που επικεντρώνονται μόνο στην διαχείριση των Φ/Β πλαισίων μετά το τέλος της ζωής τους μέσω κυρίως της ανακύκλωσης των επιμέρους στοιχείων τους είναι ελάχιστες και οριακά βιώσιμες σε οικονομικό επίπεδο. Ως αποτέλεσμα, μεγάλος όγκος Φ/Β πλαισίων καταλήγει σε χώρους υγειονομικής ταφής (XYTA) αποτελώντας μια σημαντική απολεσθείσα ευκαιρία ανάκτησης πολύτιμων υλικών και ανακύκλωσης πρώτων υλών. Με δεδομένο ότι οι τεχνολογίες Φ/Β πλαισίων κρυσταλλικού πυριτίου (CSi) αντιπροσωπεύουν πάνω από το 90% της υφιστάμενης εγκατεστημένης ισχύος παγκοσμίως, η εργασία αυτή επικεντρώνεται στην ανάλυση κύκλου ζωής και πιο συγκεκριμένα στο τέλος του κύκλου ζωής των Φ/Β πλαισίων CSi. Μέσω του ανοικτού λογισμικού OpenLCA, επιχειρείται σύγκριση τριών (ένα τρέχον/υφιστάμενο και δύο εναλλακτικά/προτεινόμενα) σεναρίων διαχείρισης αποβλήτων από Φ/Β πλαίσια CSi ήτοι το βασικό σενάριο (ΒΣ) (απόθεση σε ΧΥΤΑ), ανακύκλωση σε τυπική μονάδα ανακύκλωσης γυαλιού (ΣΑΚΤ) και ανάκτηση σε εξειδικευμένη μονάδα (ΣΑΚΤ). Από τα αποτελέσματα της ΑΚΖ προκύπτει ότι οι εξειδικευμένες γραμμές επεξεργασίας Φ/Β πλαισίων προσφέρουν σημαντικά περιβαλλοντικά ωφέλη και αυξημένες δυνατότητες ανάκτησης πολύτιμων υλικών. Όλοι οι δείκτες περιβαλλοντικών επιπτώσεων εμφανίζονται βελτιωμένοι στα σενάρια ανακύκλωσης (ΣΑΚΛ) και ανάκτησης (ΣΑΚΛ) σε σχέση με το βασικό σενάριο. Εξαίρεση αποτελεί η αθροιστική ζήτηση ενέργειας η οποία εμφανίζεται αυξημένη λόγω της προσθήκης ενεργοβόρων διεργασιών στα δυο αυτά σενάρια. Ωστόσο, η τεχνο-οικονομική βιωσιμότητα τους απαιτεί την θέσπιση κανονισμών που θα επιβάλλουν την ανακύκλωση των αποβλήτων Φ/Β πλαισίων και θα περιορίσουν τις εισροές στους ΧΥΤΑ. Επιπλέον, παρότι μεγάλες κεντρικές μονάδες ανακύκλωσης θα έχουν σε οικονομικό επίπεδο ένα πλεονέκτημα λόγω των οικονομιών κλίμακος που δημιουργούνται, η εμπειρία από τις περιορισμένες πιλοτικές μονάδες που έχουν δημιουργηθεί, δείχνει ότι το κόστος της μεταφοράς των αποβλήτων αποτελεί πολύ σημαντικό παράγοντα ο οποίος θα πρέπει να ληφθεί υπόψη, ενώ αυξάνει και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της συνολικής διεργασίας. Στο πλαίσιο αυτό, η εγκατάσταση μικρότερων μονάδων κοντά σε περιοχές με μεγάλη συγκέντρωση Φ/Β σταθμών αποτελεί ίσως την βέλτιστη λύση εφόσον εξασφαλίζεται ικανή ποσότητα εισροής αποβλήτων για την βιωσιμότητα τους. Βάσει των αποτελεσμάτων της ΑΚΖ και της ανάλυσης συνεισφοράς, προκύπτουν συγκεκριμένες δράσεις οι οποίες μπορούν στοχευμένα να βελτιώσουν την απόδοση των εξειδικευμένων γραμμών επεξεργασίας και να μειώσουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
    • PV panels are the main structural unit of a solar powered renewable energy system. They are an increasingly popular technology mainly due to the predictability of the expected energy generation and the ease of installation and maintenance of the equipment required for the operation of a solar station. Technology advancements in PV production lines and energy conversion efficiency, combined with a sharp decrease in production cost, have led to a rapid development of their commercial deployment, most notably during the last decade. Recent data shows that the total installed PV power is increasing at a faster rate than predicted and consequentially, the relevant waste potential has been similarly underestimated. The long lifetime of PV panels, which in some cases can reach over 30 years, normally leads to a time lag in the appearance of end-of-life (EOL) products. However, there is a significant volume of waste created as a result of defective PV panels or their destruction by other external factors. As the need to address the waste resulting from PV panels did not seem urgent until today, the related legislation and technologies for its management is still not sufficiently developed. At the same time, the available installations dedicated to the processing of end of life PV panels, mainly through the recycling of their components, are very few and barely sustainable on a financial basis. As a result, a large volume of waste streams derived from PV panels is disposed to landfills and a significant opportunity for valuable materials reclamation is wasted. Considering that crystalline PV panels represent over 90% of the globally installed PV power, this study focuses on the life cycle analysis of this type of technology and specifically on the EOL products. By employing the OpenLCA software, a comparison of three different CSi PV waste management scenarios is carried out based on a base case scenario (landfill disposal) and two alternative/proposed ones i.e. recycling and recovery, respectively. The LCA results show that specialized PV waste processing lines can offer significant environmental benefits and increased potential for valuable material recovery. Apart from cumulative energy demand, all the environmental impact indicators are improved in the recycling and recovery scenarios. Energy demand is increased due to the additional energy intensive processes required in these two scenarios. However, the techno-economic viability of specialized processing lines demands the adoption of legislative measures that will enforce best practice management of EoL PV panels and will reduce waste disposed to landfills. Additionally, although large centralized installations hold an advantage in operating costs due to economies of scale, experience from the limited number of pilot processing plants in operation, has shown that waste transit represents a significant financial and environmental factor that needs to be considered. For this reason, the operation of smaller, localized, processing plants near solar park hot spots might be preferable as long as sustainable waste input volumes are ensured. Finally, based on the LCA results and the contribution analysis, specific actions are proposed for the efficiency improvement of specialized PV waste processing plants and the reduction of the environmental impacts.
  13. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.