Hvor bæredygtigt er et solcelleanlæg?

Solenergi

Solen er en gratis og uudtømmelig energikilde, som kan bruges til at aktivere solceller for at producere vedvarende energi. En solcelle omdanner således en del af sollysets energi til elektrisk energi i en såkaldt fotovoltaisk proces.

En solcelle er en halvleder, der typisk består af silicium samt små af mængder fosfor og bor på hver side af solcellen. Siden med tilsat fosfor er mere negativ, dvs. at der er et overskud af elektroner, og siden med bor er mere positiv da der er et underskud af elektroner – hvilket betyder at solcellen danner et konstant elektrisk felt.  Hvis sollyset rammer solcellen, får elektronerne tilført energi og bliver herved slået løs så de kan bevæge sig fra den ene side til den anden side, hvis der tilkobles en belastning. Elektronernes bevægelse igennem belastningen er i sidste ende strøm.

CO₂ og Energitilbagebetalingstid

Da der ved denne proces ikke udstødes CO₂, anses den som at være miljøvenlig. Det betyder at et solcelleanlæg i selve dens levetid på mindst 20 år producerer vedvarende energi. Dog udledes der CO₂ i andre stadier, især i begyndelsen, da komponenterne til et solcelleanlæg selvfølgelig først skal fremstilles. For at evaluere solcellernes samlede miljømæssige påvirkning har man foretaget livscyklusanalyser, hvorved der indkalkuleres samtlige miljøbelastninger af en solcelles livscyklus fra solcellens fremstilling, anvendelse og bortskaffelse – herunder også alle underprodukter.
Ifølge et studie fra Universitet i Utrecht år 2016[1] har der været en signifikant stigning i antal installeret solcelleanlæg siden 70erne, som har ledet til spørgsmålet om denne vækst i solarbranchen muligvis kunne skade klimaet pga. drivhusgasudledningen ved solcellernes produktion.
Pga. solcelleanlæggenes lange levetid, er der en betydelig tidsforskydning imellem investeringen (set som energiforbrug samt drivhusgasudledninger) og fordelene ved solcellernes energiproduktion samt undgåelsen af højt miljøbelastende energi fra fossilbrændsler. Bekymringen her ligger så i, at solcelleanlægsproduktionen vil udlede flere drivhusgasser end elektriciteten, som produceres af anlægget. Derfor har Louwen og sine kollega undersøgt, hvilken energitilbagebetalingstid solcelleanlæg har, dvs. efter hvor mange år et solcelleanlæg vil have en positiv effekt på klimaet. Der blev samlet informationer fra 40 forskellige livscyklusstudier af Silicium-baseret solcelleanlæg (1975-2015), for at undersøge væksten i solcellebranchen og de miljømæssige påvirkninger.
Det viser sig, at der er en klar tilbagegang i miljøbelastningerne over tiden. Teknologisk udvikling og en højere effektivitet af solcellerne gjorde det muligt, at energitilbagebetalingstiden blev mindre og mindre. Mens energitilbagebetalingstiden i 1992 lå på cirka 5 år, var den i 2015 på omkring 1 år.
Selve drivhusgasudledningen fra solcelleanlæg varierer stærkt, da man har benyttet forskellige fremgangsmåder. Nyere studier viser sig at have mindre varians i beregningen af drivhusgasser, fordi metoderne her er mere ens. Siden år 1992 er drivhusgasudledningen for solcelleanlæg med poly-Silicium gået ned fra ca. 143g CO₂ ækvivalente per kWh til 20g CO₂ ækvivalente per kWh.
Hvis man sammenholder disse værdier med væksten af installeret solcelleanlæg, bliver det tydeligt at den negative effekt på miljøet også reduceres: ”For hver fordobling af installeret solcelleanlæg, vil der være en reducering af energiforbruget på 12-13 % og drivhusgasserne imellem 17-24 %, afhængigt af om det er poly eller mono solcellemoduler. ” skriver Louwen og kollegaerne.
Ud fra deres beregninger konkluderer forskerne dermed, at solenergien trods en midlertidig negativ effekt på klimaet, kunne nå et såkaldt ”Break-even” punkt i 2011: miljøbelastningerne forårsaget ved produktionen af solcelleanlæggene, som blev installeret i de sidste 40 år, er allerede tilbagebetalt i 2011 igennem den klare nedgang i det økologiske aftryk.  Selv hvis der ville være usikkerheder i datasamlingen, ville man i et worst-case scenario forskyde dette tidspunkt til maksimalt år 2017 eller 2018. Disse resultater bekræfter, at solenergi opvejer miljøomkostningerne. [2]

Recycling

Bortskaffelsen af et solcelleanlæg er det sidste stadie i livscyklussen, som spiller en stor rolle i betragtning af et anlægs bæredygtighed. Jo bedre vi er til at reducere, genanvende og genbruge materialerne af brugte solcelleanlæg, desto højere vil bæredygtigheden være. Dog viser det sig, at bortskaffelsen af de brugte solceller har været et mindre diskuteret emne, fordi solcelleanlæg har en lang levetid og dermed har mængderne af solcelleaffald været overskueligt. I fremtiden kan vi dog forvente at der vil være flere solcellepaneler, som skal udskiftes, pga. den stærke vækst i solindustrien. Ifølge en rapport publiceret af IEA PVPS (år 2016) regner man med at der globalt vil være 1,7-8 mio. tons affald fra solceller i 2030. [3] Derfor er det nødvendigt, at udvikle og forbedre bortskaffelsesmetoderne.

Indsamlingsordninger og WEEE-direktivet

I Europa er der etableret en frivillig indsamlings- og genbrugsordning (https://www.pvcycle.org/services/european-union/)  for solcellemoduler, og der findes yderligere EU-direktiver samt nationale bestemmelser for reguleringen af indsamling og genbrug på dette område.[4] De lokale genbrugspladser tager som regel imod brugte solceller og det koster ikke noget, hvis man er en privatperson. Virksomheder skal derimod betale for at kunne aflevere solcellerne på en genbrugsplads. PV Cycle indsamler de brugte solceller hos medlemmerne og finder et recyclingsfirma, som sørger for at bortskaffe materialerne ifølge bestemmelserne. WEEE-direktivet (Waste Electric and Electronic Equipment) fra 2012 omfatter EU-regler og miljømål for produktion og miljøbehandling af elektronisk udstyr, for at forebygge og formindske miljøbelastningen af elektroniske og elektriske produkter. Hensigten med direktivet er både at animere producenterne til at lave miljøvenlige produkter og at øge genanvendelse samt genbrug.
Ansvaret ligger dermed hos producenter og importører – og dette gælder for produkternes hele livscyklus. [5] Ifølge direktivet skal der siden 2018 opnås en recyclingsrate af solcelleaffald på 80 %.[6]

Recyclingsmetoder

Vigtigt, i sammenhang med bortskaffelsen, er spørgsmålet om materialerne og komponenter, som solcellerne består af. Solcellerne består af 78 % glas af den totale vægt og den største udfordring har indtil videre været at adskille glasset fra solcellen. Derudover består solcellen af 10 % klæbestof, 7 % polyester, 4 % silicium, 0,4 % sølv og 0,3 % kobber, hvoraf kun de sidste to materialer kan være farlige. [7] Den mest udbredte metode, for at recycle solcellemoduler i Europa, er at knuse og sortere dem, men indtil videre lykkedes det kun at få små mængder ud af materialet og det recyclede glas resulterer i at være af dårlig kvalitet. Dog ser man, at der er sket meget inden for forskningen de sidste 10 år, hvor især Kina og andre asiatiske lande viser et stort interesse i at udvikle velfungerende recyclingsmetoder af brugte solcellemoduler. Så længe mængderne af affaldssolceller er begrænset, vil vores nuværende teknologier være i stand til at dække en passende bortskaffelse, men for at kunne håndtere bortskaffelsen i fremtiden, skal teknologierne forbedres.[8]

Konklusion

Samlet set kan man altså konstatere at miljøbelastningerne ved produktionen af komponenterne til et solcelleanlæg har en stor betydning for at afgøre bæredygtigheden, og at recyclingen af brugte solceller er et vigtigt emne som forhåbentligt vil vise flere fremskridt i udviklingen de kommende år. Da solceller har en lang levetid på mindst 20 år, hvor de producerer energi uden at udlede drivhusgasser og dermed besparer elproduktion af fossile brændsler, har de i dag en energitilbagebetalingstid på ca. 1 år og dermed opvejer de miljøbelastninger fra recyclingen og produktionen. Solcelleanlæg er derfor et velegnet og bæredygtigt alternativ for at producere energi.

 

Onsdag 03-02-2021, Mieke Jahnel, B.Sc. Miljø og Ressource Management

[1] Louwen, A. et al. Re-assessment of net energy production and greenhouse gas emissions avoidance after 40 years of photovoltaics development. Nat. Commun. 7, 13728 doi: 10.1038/ncomms13728 (2016).

[2] Louwen, A. et al. Re-assessment of net energy production and greenhouse gas emissions avoidance after 40 years of photovoltaics development. Nat. Commun. 7, 13728 doi: 10.1038/ncomms13728 (2016).

[3] IEA PVPS Task12/IRENA: “End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels”, (Juni 2016)

[4] Dansk Solcelleforening, ”Tal og fakta” (2019). https://solcelleforening.dk/fakta/tal-og-fakta/

[5] DPA-system, ”Historie og Formål” (2018). https://www.dpa-system.dk/da/WEEE/Producentansvar/Historie-og-formaal

[6] IEA PVPS Task12: “End-of-life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies” (Januar 2018)

[7] Solcelle.dk, ”Spørgsmål og svar om solceller” (2019). https://solcelle.dk/wordpress/sporgsmal-og-svar-om-solceller/

[8] IEA PVPS Task12: “End-of-life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies” (Januar 2018)