Çarşamba, Temmuz 6, 2022

Fotovoltaik (PV) Panel Atık Hacimleri

Fotovoltaik (PV) Panel Atık Hacimleri

Yazı Dizisi: 8

Özet

PV panelleri, daha önceki bölümlerde de belirtildiği gibi artan atık akışları tahmini ile birlikte benzersiz atık yönetimi zorlukları yaratır. AB dışında, dünya genelinde PV panelleri için ömür sonu arıtma gereksinimleri, PV’ye tahsis edilmek yerine genel olarak herhangi bir atığa uygulanan atık yönetmelikleri tarafından belirlenir. Atık yönetmelikleri, atıkların sınıflandırılmasına dayanmaktadır. Bu sınıflandırma, özellikle tehlikeli kabul edilen herhangi bir bileşenle ilgili olarak, atık bileşimine göre şekillenmektedir.

Giriş

a-Si Panelleri
a-Si PV panelleri son yıllarda önemli pazar payını kaybetmiştir ve önemli miktarda değerli veya tehlikeli madde içermemektedir. Bu nedenle, büyük olasılıkla gelecekte özel atık geri kazanılmasını gerektirmeyecektir. Çok eklemli hücre tasarımında, iki veya daha fazla hücre
bir yığın halinde dizayn edilir. Her durumda, alt hücrelerin aktif olabilmesi için üst hücrenin/hücrelerin belirli bir spektrumda şeffaf olması gerekir. Ayrı ayrı istiflenmiş hücrelerin spektrum hassasiyetini uyarlayarak, daha geniş bir güneş ışığı aralığı emilebilir ve toplam verimlilik en üst düzeye çıkarılabilir. Bu tür hücre tipleri, a-Si, c-Si ve yoğunlaştırıcı hücrelerde kullanılır. Günümüzde c-Si’nin düşük maliyeti, yüksek verimli çok eklemli hücrelerin maliyet etkin seri üretimine olanak tanır. Bu, örneğin, konsantre olmayan takip uygulamalarında bile son derece iyi performans göstermesi beklenen III-V alaşımları, kalkojenitler ve perovskitler ile birleştirilebilir.

İnce Film Paneller

İnce film paneller teknolojik olarak silikon bazlı PV panellerden daha karmaşıktır. c-Si paneller için cam içeriğinin 2030 yılına kadar artması muhtemeldir. Buna karşılık, daha ince ve daha kararlı cam malzemeler kullanılarak ince film paneller için azalması muhtemeldir. Bu da daha yüksek oranda bileşik yarı iletkenleri ve diğer metalleri teşvik edecektir.

CIGS Panelleri

CIGS panelleri bugün %89 camdan oluşmaktadır ve 2030’da %1’den %88’e düşeceği tahmin edilmektedir. 2030’da %1 artış gösteren %7 alüminyum ve sabit kalan %4 polimer içeriyor. Diğer metallerde %0.02’lik hafif bir azalma, yarı iletkenlerde ise %0.2’lik bir artış yaşayacaklardır. Diğer metaller arasında %10 bakır, %28 indiyum, %10 galyum ve %52 selenyum bulunur.

CIGS panel verimliliği şu anda %15 ve uzun vadede %20 ve üzeri hedefleniyor. 2030 yılına kadar, CdTe panellerdeki toplam panel kütlesi olarak cam oranının %97’den %96’ya düşmesi bekleniyor. Ancak polimer kütlelerinin bugüne göre %3’ten %4’e %1 artması bekleniyor. CIGS panelleri ile karşılaştırıldığında, panel kullanımının bir oranı olarak yarı iletkenler için malzeme kullanımı %0,13’ten %0,07’ye neredeyse yarı yarıya azalacaktır.
Bununla birlikte, diğer metallerin (örneğin nikel, çinko ve kalay) payı %0,26’dan %0,41’e yükselecektir.

Diğer metallerdeki bu artışın ana nedeni, CdTe katman kalınlığındaki daha fazla azalmadır (bu, temel yarı iletkenin yarı iletken içeriğini düşürür). Bununla birlikte, son birkaç yıldaki verimlilik iyileştirmeleri, yarı iletken tabakanın diğer bileşenlerle katkılanmasıyla elde edilebilen “bant aralığı” derecelendirme etkileriyle de ilgiliydi. Karışıma diğer bileşenlerin eklenmesi, diğer metallerdeki artışa yansır. Diğer metallerin oranındaki artışın bir başka nedeni de, arka plaka temas metalleri ile yarı iletken paket arasına bir tabaka eklenmesidir. Bu, bakırın yarı iletkene difüzyonunu azaltır ve böylece uzun süreli bozulmayı azaltır ve metallerin arka plaka yığınının kalınlaşmasına yol açar.

PV endüstrisi, önümüzdeki üç yıl içinde CdTe panel araştırma hücreleri için %25 ve ticari paneller için %20’nin üzerinde verimlilik hedefliyor. Bu, 2015’te elde edilen %15,4’ten önemli ölçüde daha yüksektir. Yeni teknolojilerin de performans düşüş oranını yılda %0,5’e düşürmesi beklenmektedir.

Atık Sınıflandırılması

PV panel atık sınıflandırması, geleneksel atık sınıflandırmasının temel ilkelerini takip eder. Bu metod ayrıca kütle veya hacme göre malzeme bileşimini ve kullanılan bileşenlerin ve malzemelerin özelliklerini (örneğin çözünürlük, yanıcılık, toksisite) dikkate alır. Farklı yeniden kullanım, geri kazanım, geri dönüşüm ve bertaraf senaryoları için bileşenlerin ve malzemelerin potansiyel mobilizasyon yollarını hesaba katar (örneğin bu sınıflandırma
ilkelerinin genel amacı, bir ürünün kullanım ömrü sonu yönetimi sırasında neden olabileceği çevre ve insan sağlığına yönelik riskleri belirlemektir. Amaç, bu tehditleri en aza indirmek için bertaraf ve iyileştirici uygulama yollarını belirlemektir. Malzemelerin ömrünü tamamlamış ürün veya bileşenlerinin çevreye sızması riski çok önemlidir ve bu tehdidin değerlendirilmesi gerekli koruma önlemlerinin tanımlanmasına yardımcı olur. Ancak bu
sadece olası bir risktir. Atık karakterizasyonu yoluyla değerlendirilen diğer örnekler arasında yanıcılık, cilt teması veya soluma yoluyla insan maruziyet tehlikeleri yer alır. Değerlendirilen riskler ülkeye ve karar verme ilkelerine göre farklılık gösterebilir.

Tehlikeli Atıkların Sınır Ötesi Hareketlerinin Kontrolü ve Bertarafına İlişkin Basel Sözleşmesi (UN, 2016) gibi ulusal ve uluslararası düzenlemelere bağlı olarak atıklar, inert atık, tehlikesiz atık ve tehlikeli atık gibi çeşitli kategorilere ayrılabilir. Bir dereceye kadar, endüstriyel atık, evsel atık gibi alt kategoriler ve e-atık, inşaat atıkları ve karışık katı atıklar gibi ürünle ilgili spesifik kategoriler tanımlanarak atığın menşei de dikkate alınır. Farklı sınıflandırılmış atık kategorileri daha sonra izin verilen ve yasaklanan sevkiyat, işleme, geri dönüşüm ve bertaraf yollarını belirler. 2015 yılında dünya genelinde kurulan PV panellerinin üçte ikisi c-Si panellerdi. Tipik olarak, kütlelerinin %90’ından fazlası, tehlikeli olmayan atık
olarak sınıflandırılabilecek cam, polimer ve alüminyumdan oluşur. Bununla birlikte, c-Si panellerinin daha küçük bileşenleri, silikon, gümüş ve eser miktarda kalay ve kurşun gibi elementler (birlikte kütlenin yaklaşık %4’ünü oluşturur) içerdiklerinden geri dönüşüm zorlukları gösterebilir. İnce film paneller (küresel yıllık üretimin %9’u) %98’den fazla cam, polimer ve alüminyumdan (tehlikesiz atık) ve aynı zamanda potansiyel olarak çevreye
zararlı atık olan mütevazı miktarlarda bakır ve çinkodan (birlikte kütlenin yaklaşık %2’si) oluşur. Ayrıca indiyum, galyum, selenyum, kadmiyum tellür ve kurşun gibi yarı iletken veya tehlikeli maddeler içerirler. Tehlikeli maddeler özel işleme ihtiyaç duyar ve yargı yetkisine bağlı olarak belirli bir atık sınıflandırmasına girebilir.

PV Panel Atık Sınıflandırması İçin Temel Kriter: Liç Testleri

Tablo 1, ABD, Almanya ve Japonya’daki tipik atık karakterizasyonu liç testi yöntemlerini özetlemektedir. Genel bakış, şu anda dünya çapında PV atık sınıflandırmasında kullanılan en önemli karakterizasyon metriklerinden birini sağlar.

 PV atık karakterizasyonu: ABD, Almanya ve Japonya'da sızıntı testi yöntemleri

Atık sınıflandırmasını belirlemek için temel kriter, belirli bir süre boyunca belirli bir oranda kırık PV panellerinin parçalarına maruz kalan bir sıvıdaki belirli maddelerin konsantrasyonudur. Bu sızıntı suyu tipik olarak katı numunede bulunan bazı malzemeleri çözer ve bu nedenle belirli tehlikeli maddelerin kütle konsantrasyonu için analiz edilebilir. Almanya, ABD veya Japonya gibi farklı yargı bölgeleri, tehlikeli olmayan atık olarak karakterize edilecek bir atık malzeme için izin verilen sızıntı suyu konsantrasyonları için farklı eşik değerleri sağlar. Örneğin, bir panelin tehlikeli olarak sınıflandırılmasına izin veren kurşun için sızıntı suyu konsantrasyonu eşiği, ABD’de litre başına 5 miligram (mg/l) ve Japonya’da 0,3 mg/l’dir. Kadmiyum için tehlikeli eşik ABD’de 1 mg/l, Japonya’da 0,3 mg/l ve Almanya’da 0,1 mg/l’dir. Bunlar, c-Si ve CdTe PV panelleri için literatürdeki ve kamuya açık liç testi sonuçlarıyla karşılaştırılır. Kadmiyum için saptanmayan 0,22 mg/l ve kurşun için saptanmayan 11 mg/l arasında değişir. Bu nedenle, farklı değerlendirme alanlarında, CdTe ve c-Si panelleri, bu test sonuçlarına göre tehlikeli olmayan veya tehlikeli atık olarak kabul edilebilir.

PV Panel Atıklarının Düzenleyici Sınıflandırması

Düzenleyici bir bakış açısından, PV panel atığı hala büyük ölçüde genel atık sınıflandırması kapsamına girmektedir. PV panellerinin WEEE Direktifinde e-atık olarak tanımlandığı AB’de bir istisna mevcuttur. ‘Elektrikli ve elektronik ekipman’ veya EEE terimi, alternatif akım
için 1.000 V’u ve doğru akım için 1.500 V’u aşmayan bir voltaj derecesinde kullanılmak üzere tasarlanmış ekipman veya düzgün çalışması için elektrik akımlarına veya elektromanyetik alanlara bağımlı ekipman olarak tanımlanır, veya bu tür akımların üretilmesi için ekipman veya bu tür akımların aktarılması için ekipman veya bu tür akımların ölçülmesi için ekipman belirlenir.

Bu nedenle, PV paneller için atık yönetimi ve sınıflandırması, AB’de diğer ilgili atık mevzuatına (örn. Atık Çerçeve Direktifi 2008/98/EC) ek olarak WEEE Direktifi tarafından düzenlenmektedir. Bu kapsamlı yasal çerçeve ayrıca atıkların yönetimi ve arıtılmasıyla ilişkili potansiyel çevre ve insan sağlığı risklerinin uygun şekilde ele alınmasını sağlar. AB, bir Atık Listesi oluşturarak (Avrupa Komisyonu, 2000), atık yönetimi faaliyetlerinin verimliliğini artırmak için AB genelinde ortak bir terminoloji sağlayan bir referans terminoloji oluşturmuştur. Tehlikeli ve tehlikesiz atıkların sınıflandırılması, atıkların taşınması, kurulum izinleri ve atık geri dönüştürülebilirliği ile ilgili kararlar için ortak atık özelliklerinin kodlanmasının yanı sıra atık istatistikleri için bir temel sağlar. AB’nin atık listesinden bazı kodlar aşağıdakiler için geçerlidir:

PV panelleri Tablo 2’de verilmiştir:

 AB atık listesinden PV panellerle ilgili atık kodu örnekler

Dr. Cemil Koyunoğlu
Yalova Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü

 

 

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR