Fotovoltaik (PV) Panel Atık Hacimleri-4

01 Şubat 2021

Daha önceki yazımızda bahsettiğimiz her iki senaryo da 30 yıllık ortalama panel ömrü ve 40 yıl sonra %99,99 kayıp olasılığını varsaymıştır. 30 yıllık bir panel ömrünün çevresel etki analizinde (örneğin, yaşam döngüsü değerlendirmelerinde) bu değerlendirmeler daha net yapılabilir. Yapılan modellerde örneğin en geç 40 yılda PV panellerinin yenileme ve modernizasyon için söküldüğü varsayılır. Dolayısıyla, PV panellerin dayanıklılığının, cephe elemanları veya çatı kiremitleri gibi ortalama bina ve inşaat ürünü deneyimleriyle uyumlu olduğu varsayılabilir. Bunların da geleneksel olarak 30-40 yıllık bir ömürlerinin olduğu varsayılır.

Model Senaryosu Erken zarar senaryosunda, literatür analizine ve uzman görüşüne dayalı olarak aşağıdaki zarar varsayımları yapılabilir:

• PV panellerinin %0,5’inin (MW cinsinden kurulu PV kapasitesi ile) nakliye ve kurulum aşamalarındaki hasar nedeniyle kullanım ömrünün sonuna ulaştığı varsayılmaktadır,
• Kötü kurulum nedeniyle PV panellerin %0,5’i iki yıl içinde atık haline gelecektir,
• %2’si on yıl sonra atık haline gelecektir, • %4’ü teknik arızalardan dolayı 15 yıl sonra israf olacaktır.

turkchem tv

Erken kayıp senaryosu, kırık cam, kırık hücreler veya şeritler ve izolasyon kusurları olan çatlak arka tabaka gibi panel değişimi gerektiren arızaları içerir. Bununla birlikte, yalnızca tamamen değiştirilmesini gerektiren ciddi işlevsel veya güvenlik kusurlarına sahip paneller dahil edilirken, örneğin güç çıkışını azaltan veya panel renginin solmasına neden olan diğer kusurlar göz ardı edilir. Erken kayıp senaryosunda, şekil faktörü, literatürdeki veri noktaları arasında bir regresyon analizi ile hesaplanmış ve aynı zamanda erken başarısızlıklar olarak değerlendirilmiştir.

Erken kayıp senaryosu için ortaya çıkan alfa şekil faktörü 2,4928, sunulan literatür değerlerinden daha düşüktür. Bunun nedeni, bir panelin daha uzun süre dayanması durumunda ilk 30 yılda daha yüksek kayıplara ve daha sonraki yaşamda daha düşük kayıplara neden olan erken kusurları içermesidir. Her bir senaryo için (normal kayıp ve erken kayıp), arıza olasılığı değeri (alfa), Weibull işlevine göre belirli bir yılda kurulan panellerin ağırlığıyla çarpılır.

Düzenli zarar senaryosunda daha büyük bir alfa değeri kullanıldığından, eğri düzgün bir şekilde yükselir ve 30 yıllık nominal ömür noktasında erken zarar senaryosu eğrisi ile kesişir. Weibull işlevi doğrultusunda ve atanan farklı alfa parametreleri nedeniyle, düzenli zarar ve erken zarar senaryoları 30 yıl sonra ters etkiye sahiptir. Bu nedenle, düzenli kayıp senaryosu, 30 yıldan sonra daha yüksek bir kayıp olasılığını gösterir (bkz. Şekil 1).

Bu çalışma, küresel ölçekte ve farklı PV teknolojilerinde PV panel atığını ölçen ilk çalışmadır. Bu, burada tasvir edilen senaryoların, basit varsayımlar ve istatistiksel veri eksikliği nedeniyle, yüksek doğruluk veya kesinlikten ziyade büyüklük sırası ve yönlü olarak kabul edilmesi gerektiği anlamına gelir. Dahası, daha fazla değerlendirme ihtiyacını teşvik ederler. Bu kutu, çalışmanın sonuçlarını ve sonuçlarını etkileyebilecek üç ana belirsizlik alanına kısa bir genel bakış sunar. 2050’ye kadarki kümülatif kurulu PV kapasitesiyle ilgili belirsizlik, model için bir girdi faktörüdür ve bu nedenle burada daha fazla dikkate alınmaz.

Birincisi ve en önemlisi, PV panel arıza modları ve mekanizmalarıyla ilgili mevcut veriler, dünya çapında kurulan panel sayısının yalnızca küçük bir kısmıdır. Bu, temel varsayımların bazı belirsizlikler taşıdığı ve daha fazla veri elde edildikçe düzeltilmesi gerekeceği anlamına gelir. PV malzemelerinin ve tasarımlarının hızlı gelişimi, tahminlere başka bir karmaşıklık ve belirsizlik düzeyi ekler.

Dahası, başarısızlık, bir panelin belirli bir başarısızlık yılında atık akışına gireceği anlamına gelmez. Bunun nedeni, bazı arızaların hemen tespit edilememesi veya yıllarca tolere edilebilmesidir.

Örneğin, bir PV paneli, başlangıçta devreye alındığından daha düşük olsa bile yine de bir miktar çıktı üretiyorsa, değiştirme mali açıdan gerekçelendirilemeyebilir. Bu nedenle, bir PV panelinin ömrünün sonunun farklı belirleyicilerine ilişkin mevcut veriler, genellikle teknik olmayan ve tahmin edilmesi çok zor olan sistem unsurlarıyla bağlantılıdır.

Son büyük belirsizlik, Weibull işlevini kullanan panellerin yaşam döngüsüne karşı PV panel kayıplarının olasılığını modellemek için kullanılan temel varsayımlarla ilgilidir. Bu çalışmanın düzenli kayıp ve erken kayıp senaryoları için Weibull şekil faktörlerini hesaplamak için mevcut literatür gözden geçirilebilir.

Erken kayıp senaryosundaki erken kayıpların gelecekte de sabit olduğu varsayılmaktadır. Başka bir deyişle, erken kayıpları azaltmaya yönelik hiçbir öğrenme hesaba katılmaz. Model aynı zamanda yeniden güç sağlayan PV tesislerini de hariç tutar.

Özetle, bu çalışma iki senaryo geliştirir;

Düzenli kayıp ve erken kayıp mekanizmalarla ilgili yukarıdaki belirsizlikleri ve panel arızalarının tahmini zamanlamasını hesaba katması amaçlanır. Gelecekte potansiyel PV paneli atık akışlarını daha iyi tahmin etmek için, PV atık akışı düzenlemesine ilişkin ulusal ve bölgesel kararlar bir izleme ve raporlama sistemi içermelidir. Bu, atık akışı tahminlerini güçlendirmek ve politika düzenlemeleri için tutarlı bir çerçeve sağlamak için gelişmiş istatistiksel veriler sağlar.

Yukarıdaki modelleme, 2050’ye kadar ülkelere göre PV panel atık projeksiyonlarını gösterir. Sonraki bölüm modelin bulgularını özetlemektedir.

PV Panel Atık Projeksiyonları

Bugün dünyadaki toplam yıllık e-atık 41,8 milyon tondur. Karşılaştırıldığında, modellenen erken kayıp senaryosuna göre kümülatif PV panel atığı 2016 sonunda 250.000 tonu aşmayacaktır. Bu miktar, bugünkü toplam e-atığın yalnızca %0,6’sını temsil ediyor, ancak PV’den kaynaklanan küresel atık panel miktarı önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artacaktır.

Düzenli kayıp senaryosunda, PV panel atığı, 2030’da 1,7 milyon tona çıkması öngörülen artışla 2016 sonu itibarıyla 43,500 ton olarak hesaplanmaktadır. 2050’de Yaklaşık 60 milyon tona daha da çarpıcı bir artış olabilir.

Erken kayıp senaryosu projeksiyonu, 2016 sonunda tek başına 250.000 ton olmak üzere toplam PV atık akışının çok daha yüksek olacağını tahmin ediyor. Bu tahmin 2030’da 8 milyon tona ve 2050’de toplam 78 milyon tona çıkacak.

Bunun nedeni, erken kayıp senaryosunun, normal kayıp senaryosundan daha yüksek bir erken PV panel arızası yüzdesini varsaymasıdır. Bugün mevcut en iyi bilgilere dayanarak, bu rapor, gelecekteki gerçek PV paneli atık hacimlerinin büyük olasılıkla normal kayıp ve erken kayıp değerleri arasında bir yere düşeceğini öne sürüyor.

2050’ye kadarki yıllık PV panel atığı, Şekil 3’te, iki tahminin bir oranı olarak PV panel kullanım ömrü sonu ve yeni PV panel kurulumlarının gelişimini göstererek modellenmiştir. Bu oran, örneğin 2020’nin sonunda %5’ten düşük bir seviyede başlar (yani, erken kayıp senaryosunda, yeni tesislerdeki 5 milyon ton ile karşılaştırıldığında, yıllık 220.000 ton atık). Ancak zamanla 2030’da %4 -14’e çıkmakta ve 2050’de %80-89 olabilir. Bu noktada, yeni PV panel kurulumlarında 7 milyon ton ile karşılaştırıldığında 5,5-6 milyon ton PV panel atığı (senaryoya bağlı olarak) tahmin edilmektedir.

 

Modellenmiş iki senaryo için Weibull eğri şekil faktörlerinin bir özelliği, her iki senaryonun tahmini israfının kesişmesidir. Belirli bir yılda daha fazla atık paneli öngören senaryo daha sonra değişiyor. Kesişimin 2046’da gerçekleşmesi öngörülmektedir. Bu modelleme özelliği, 2050’deki erken kayıp senaryosu sonucunda yeni tesislerin hacminin %80’inden fazlasını oluşturan PV panel atık hacmini gösteren Şekil 8’de görülebilir. Düzenli zarar senaryosu için karşılaştırılabilir rakam aynı yıl %88’i aşıyor.

 

cemil

 

Cemil Koyunoğlu

Yalova Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi
Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü