«Σχολή Θετικών Σπουδών και Τεχνολογίας»

«Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Διαχείριση Αποβλήτων»

Διπλωματική Εργασία

«Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

«Γεώργιος Ε. Αδαλής»

Επιβλέπων καθηγητής: «Διονύσης Μαντζαβίνος»

Αθήνα, «Μάϊος» «2019»

Η παρούσα εργασία αποτελεί πνευματική ιδιοκτησία του φοιτητή («συγγραφέας/δημιουργός») που την εκπόνησε. Στο πλαίσιο της πολιτικής ανοικτής πρόσβασης ο συγγραφέας/δημιουργός εκχωρεί στο ΕΑΠ, μη αποκλειστική άδεια χρήσης του δικαιώματος αναπαραγωγής, προσαρμογής, δημόσιου δανεισμού, παρουσίασης στο κοινό και ψηφιακής διάχυσής τους διεθνώς, σε ηλεκτρονική μορφή και σε οποιοδήποτε μέσο, για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς, άνευ ανταλλάγματος και για όλο το χρόνο διάρκειας των δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας. Η ανοικτή πρόσβαση στο πλήρες κείμενο για μελέτη και ανάγνωση δεν σημαίνει καθ’ οιονδήποτε τρόπο παραχώρηση δικαιωμάτων διανοητικής ιδιοκτησίας του συγγραφέα/δημιουργού ούτε επιτρέπει την αναπαραγωγή, αναδημοσίευση, αντιγραφή, αποθήκευση, πώληση, εμπορική χρήση, μετάδοση, διανομή, έκδοση, εκτέλεση, «μεταφόρτωση» (downloading), «ανάρτηση» (uploading), μετάφραση, τροποποίηση με οποιονδήποτε τρόπο, τμηματικά ή περιληπτικά της εργασίας, χωρίς τη ρητή προηγούμενη έγγραφη συναίνεση του συγγραφέα/δημιουργού. Ο συγγραφέας/δημιουργός διατηρεί το σύνολο των ηθικών και περιουσιακών του δικαιωμάτων.

«Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

«Γεώργιος Ε. Αδαλής»

Επιτροπή Επίβλεψης Διπλωματικής Εργασίας

Επιβλέπων Καθηγητής: Συν-Επιβλέπων Καθηγητής: «Διονύσης Μαντζαβίνος» «Βασίλειος Σακκάς» «Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών» «Επίκουρος Καθηγητής Παν. Ιωαννίνων»

Aθήνα, «Μάϊος» «2019» «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

«Στην Ελένη και τον Ευστράτιο»

Διπλωματική Εργασία iv «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Περίληψη

Η παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά είναι μία από τις πιο πολλά υποσχόμενες πράσινες τεχνολογίες των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η παραγωγή ηλεκτρισμού απευθείας από την ηλιακή ακτινοβολία εμφανίζει εκθετική αύξηση κατά την τελευταία δεκαετία παγκόσμια. Συνήθως η τεχνολογία ΦΒ θεωρείται ως πηγή ενέργειας που εμφανίζει ελάχιστα απόβλητα κατά την περίοδο λειτουργίας. Αναμένεται ότι η απόρριψη των ΦΒ πανέλων θα αποτελέσει ένα πολύ σημαντικό περιβαλλοντικό ζήτημα τις επόμενες δεκαετίες. Οι επιπτώσεις του κύκλου-ζωής των φωτοβολταϊκών πάρκων έχουν ερευνηθεί αρκετά σε πολλές μελέτες. Η διαχείριση Τέλους-Κύκλου-Ζωής είναι μία προσέγγιση σωστής διαχείρισης των ΦΒ αποβλήτων. Στο μέλλον, η διαχείριση τέλους-κύκλου-ζωής των ΦΒ πανέλων θα παίξει στρατηγικό ρόλο στη διαμόρφωση της βιωσιμότητας του ΦΒ τομέα. Κάτι τέτοιο εμπλέκει την εφαρμογή κατάλληλων τεχνικών ανάκτησης και ανακύκλωσης και την υιοθέτηση επαρκών τεχνολογιών για την επεξεργασία των ροών αποβλήτων από τον παροπλισμό των ΦΒ πάρκων. Διάφορες διεργασίες για την ανακύκλωση και την ανάκτηση των μετάλλων και των ημιαγωγών από τα ΦΒ πανέλα έχουν αναπτυχθεί με μερικές από αυτές να λειτουργούν εμπορικά.

Λέξεις – Κλειδιά

Ανακύκλωση ΦΒ Τέλος-κύκλου-ζωής ΦΒ πανέλα Εκτίμηση-Κύκλου-Ζωής

Διπλωματική Εργασία v «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Abstract

Photovoltaic energy production is one of the most promising and green technologies for renewable energy production. The direct generation of electricity from sunlight over the last decade has been growing exponentially globaly. Often PV technology is considered as an energy source that has very minimal waste during operation. It is expected that the disposal of PV panels will become a relevant environmental issue in the next decades. Life cycle impacts of photovoltaics plants have been largely explored in several studies. End-Of-Life Management is an approach to proper management of the treatment of PV wastes. In the future, end-of-life management for PV modules will play a strategic role in realizing a sustainable PV sector. This involves implementation of suitable recovery and recycling procedures and adopture of adequate technologies for treating waste deliver from the decommissioning on PV power stations. Several processes to recycle and recover metals and semiconductors from PV modules have been developed with some being operated commercial.

Keywords

Recycling PV End-life-cycle PV panels Life-Cycle-Assessment

Διπλωματική Εργασία vi «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Περιεχόμενα

Περίληψη...... v Abstract ...... vi Περιεχόμενα ...... vii Κατάλογος Εικόνων / Σχημάτων ...... viii Κατάλογος Πινάκων ...... ix Συντομογραφίες & Ακρωνύμια ...... x 1. Εργα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ...... 1 1.1 Κατασκευή και λειτουργία Φωτοβολταϊκών Πάρκων ...... 1 1.1.1 Αντικείμενο και στόχοι διπλωματικής εργασίας ...... 5 1.2 Νομικό Πλαίσιο ...... 5 1.2.1 Τέλος-Κύκλου-Ζωής ΦΒ (End-of Life Cycle PV) ...... 6 1.2.2 Ευρωπαϊκό Νομικό και Θεσμικό Πλαίσιο για τις ΑΠΕ ...... 16 1.2.3 Ελληνικό Νομικό και Θεσμικό Πλαίσιο ΑΠΕ ...... 17 2. Απόβλητα τεχνικών έργων ...... 21 2.1 Απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού ΑΗΗΕ ...... 25 2.1.1 Περιβαλλοντικά θέματα κατασκευής και λειτουργίας φωτοβολταϊκών πάρκων ...... 32 3. Ανακύκλωση Αποβλήτων Φωτοβολταϊκών Πάρκων ...... 38 3.1 Ανάλυση των επικρατέστερων τάσεων στη μεθοδολογία τεχνολογιών ανακύκλωσης PV πανέλων ...... 41 3.1.1 Ανασκόπηση των μεθόδων ...... 42 3.1.2 Μέθοδοι ανακύκλωσης πάνελ κρυσταλλικού πυριτίου ...... 42 3.1.3 Μέθοδοι ανακύκλωσης πάνελ thin-film PV ...... 43 3.1.4 Ανασκόπηση της τεχνολογίας R&D ανακύκλωσης PV πανέλων ...... 46 3.1.5 Σύγχρονες επεξεργασίες τέλος-κύκλου-ζωής PV πανέλων ...... 46 3.1.6 Τεχνολογία R&D στην ανακύκλωση PV πανέλων κρυσταλλικού πυριτίου c-Si ...... 51 3.1.7 Τεχνολογία R&D στην ανακύκλωση PV σύνθετων πανέλων (compound panel)...... 62 3.1.8 Ανάλυση των τεχνολογικών τάσεων στην πρότυπη ανακύκλωση ΦΒ πανέλων...... 66 4. Συμπεράσματα ...... 67 5 Βιβλιογραφία ...... 70 Παράρτημα Α: «Φωτογραφίες ΦΒ πανέλων»...... 75 Παράρτημα Β: «Φωτογραφίες κατασκευής ΦΒ πάρκου» ...... 78

Διπλωματική Εργασία vii «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Κατάλογος Εικόνων / Σχημάτων

Εικόνα 1 Τυπικός καθαρισμός και προετοιμασία της επιφάνειας εγκατάστασης των ΦΒ Πηγή: Αρχείο συγγραφέα ...... 3 Εικόνα 2 Συναρμολόγηση μεταλλικών βάσεων ΦΒ πάρκου Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 4 Εικόνα 3 Συναρμολόγηση πανέλων Πηγή: Αρχείο συγγραφέα ...... 4 Εικόνα 4 Παλέτες ΦΒ πανέλων στο χώρο του εργοταξίου.Πηγή: Αρχείο συγγραφέα ...... 5 Εικόνα 5 Τυπική τομή μονο-κρυσταλλικού πανέλου c-Si [3] ...... 8 Εικόνα 6 Τεχνικές ανακύκλωσης για διάφορους τύπους ΦΒ πανέλων [8] ...... 10 Εικόνα 7Ποσοστό συμμετοχής των ΑΠΕ στο ενεργειακό μίγμα των ευρωπαϊκών χωρών [26] ...... 19 Εικόνα 8 Ανακύκλωση ΑΗΗΕ στην ΕΕ [32] ...... 29 Εικόνα 9 ΦΒ πανέλα c-Si ομαδοποιημένα προς τοποθέτηση στο χώρο του εργοταξίου.Πηγή: Αρχείο συγγραφέα ...... 33 Εικόνα 10 Διάφοροι τύποι αστοχίας ΦΒ σύμφωνα με τα παράπονα του τελικού χρήστη [3] ...... 34 Εικόνα 11Πανέλο πολυκρυσταλλικού Si με κατεστραμμένες κυψέλες από βραχυκύκλωμα Πηγή: Αρχείο συγγραφέα ...... 35 Εικόνα 12 Θρυματισμένο πανέλο c-Si από χαλάζι Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 36 Εικόνα 13 Σύστημα ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων SolarWorld [47] ...... 45 Εικόνα 14 Φωτογραφία από μικροσκόπιο της επίστρωσης Ag στα ελάσματα των πανέλων [49] ...... 47 Εικόνα 15 Σύστημα ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων της FirstSolar [47] ...... 50 Εικόνα 16 Γενικό διάγραμμα ροής της επεξεργασίας του Τέλους-Κύκλου-Ζωής ΦΒ πανέλων [6] ...... 51 Εικόνα 17 Τυπικά στάδια επεξεργασίας με σύγχρονες μεθόδους των πανέλων c-Si [6] .. 52 Εικόνα 18 Κλάσματα υλικού από πανέλο πολυκρυσταλλικού Si μετά από θρυμματισμό και θερμική επεξεργασία [43] ...... 59 Εικόνα 19 Κλάσματα υλικού από πανέλο CdTe μετά από θρυματισμό και θερμική επεξεργασία [43] ...... 60 Εικόνα 20 Σύσταση, απαιτούμενη ενέργεια, χρόνος απόσβεσης ενέργειας και επίπεδα εκπομπών αερίων θερμοκηπίου των διαφορετικών τύπων ΦΒ πανέλων [34] ...... 68 Εικόνα 21 Κατεστραμένες κυψέλες σε p-Si πανέλο από βραχυκύκλωμα Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 75 Εικόνα 22 θερμογράφημα σε πανέλο που φαίνεται κατεστραμένη κυψέλη Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 76 Εικόνα 23 θερμογράφημα σε πανέλο με κυψέλες μειωμένης απόδοσης Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 76 Εικόνα 24 πανέλο c-Si όπου διακρίνεται κατεστραμμένη κυψέλη και θραυσμένο τζάμι. Τα στίγματα είναι υπολείματα από παράγωγα μελισσών. Πηγή: Αρχείο συγγραφέα...... 77

Διπλωματική Εργασία viii «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Κατάλογος Πινάκων

Πίνακας 1 Βασικές κατηγορίες και τύποι εμπορικά διαθέσιμων ΦΒ πανέλων [3] ...... 2 Πίνακας 2 Βασική σύσταση ενός τυπικού c-Si πανέλου (215wp) [5] ...... 7 Πίνακας 3 Σύνθεση αποβλήτων ΦΒ Πηγή [36] ...... 41

Διπλωματική Εργασία ix «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Συντομογραφίες & Ακρωνύμια

ΦΒ Φωτοβολταϊκό ΑΗΗΕ Απόβλητα Ηλεκτρικού Ηλεκτρονικού Εξοπλισμού ΑΠΕ Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας R&D Research and Development EPT Energy Payback Time EVA Ethyle Vinyl Acetate

Διπλωματική Εργασία x «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

1. Εργα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Η φωτοβολταϊκή τεχνολογία μπορεί να συμβάλει καθοριστικά στη μείωση των προβλημάτων που οφείλονται στην ενεργειακή εξάρτηση αξιοποιώντας τον ήλιο ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τέτοια έργα είναι περιορισμένες με κυριότερες τη δέσμευση γης και την ενδεχόμενη αισθητική όχληση. Η ενεργειακή πολιτική κάθε χώρας καθορίζει και τα ανάλογα οικονομικά κίνητρα για επένδυση στις ΑΠΕ που σε πολλές περιπτώσεις δεν επιφέρουν και το ανάλογο αποτέλεσμα λόγω ελλειπούς σχεδιασμού και υπολογισμού όλων των σχετικών παραμέτρων [1, 2].

1.1 Κατασκευή και λειτουργία Φωτοβολταϊκών Πάρκων

Τα Φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν την δυνατότητα της άμεσης μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική μέσω του φωτοβολταϊκού (Φ/Β) φαινομένου. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1839 και χρησιμοποιήθηκε για πρακτικούς σκοπούς στα τέλη της δεκαετίας το ’50, σε διαστημικές εφαρμογές. Η διαδικασία της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική επιτυγχάνεται με τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, γνωστά και ως ηλιακά στοιχεία. Ο όρος αυτός συνήθως αναφέρεται σε διατάξεις κατασκευασμένες από ειδικά υλικά (μέταλλα και αμέταλλα), οι οποίες παράγουν ηλεκτρισμό όταν σε αυτές προσπέσει φως. Το υλικό που χρησιμοποιείται περισσότερο στην κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων είναι το πυρίτιο (Si) και αποτελεί και την πρώτη ύλη για το 90% της αγοράς των φωτοβολταϊκών.

Τα Φ/Β στοιχεία πυριτίου διακρίνονται σε τρεις τύπους:

• Φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού πυριτίου (C-Si) με απόδοση 13-16% • Φωτοβολταϊκά στοιχεία πολυκρυσταλλικού πυριτίου (m-Si) με απόδοση 12-14% • Φωτοβολταϊκά στοιχεία λεπτών επιστρώσεων (thin-film) άμορφου πυριτίου (α-Si) με απόδοση 6-8%.

Σήμερα, τα φωτοβολταϊκά συστήματα εφαρμόζονται παγκοσμίως σε μια πληθώρα περιπτώσεων με ποικίλες ενεργειακές απαιτήσεις.

Διπλωματική Εργασία 1 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ένα τυπικό σύστημα ηλιακής ενέργειας αποτελείται από ένα ΦΒ πανέλο, ένα ηλιακό ελεγκτή και μία ή περισσότερες μπαταρίες. Εάν η παραγόμενη ισχύς είναι 220V ή 110V

Πίνακας 1 Βασικές κατηγορίες και τύποι εμπορικά διαθέσιμων ΦΒ πανέλων [3] απαιτείται και ένας μετατροπέας ως τμήμα της εγκατάστασης. Η λειτουργία του ελεγκτή είναι να προστατεύει αυτόματα από υπερφόρτωση ενώ η λειτουργία του μετατροπέα είναι να μετασχηματίζει το συνεχές σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Σε περίπτωση που το πάρκο είναι μεγαλύτερο από 100kW απαιτείται και εγκατάσταση υποσταθμού για τη σύνδεση στο δίκτυο ηλεκτροδότησης.

Μία τυπική λίστα εργασιών κατασκευής ΦΒ πάρκου περιλαμβάνει τα παρακάτω:

• Διαμόρφωση και καθαρισμό της δεσμευμένης επιφάνειας εγκατάστασης. • Κατασκευή πλατεών ανέγερσης και βάσεων τοποθέτησης των οικίσκων των inverters • Κατασκευή περιμετρικής περίφραξης • Προμήθεια και μεταφορά υλικών βάσεων στήριξης Φ/Β πλαισίων • Εργασίες θεμελίωσης και συναρμολόγησης των βάσεων στήριξης των Φ/Β πλαισίων • Διάνοιξη χαντακιών καλωδίων ισχύος και οπτικών ινών • Προμήθεια και μεταφορά καλωδίων και λοιπού Η/Μ εξοπλισμού • Προμήθεια, κατασκευή και μεταφορά των προκατασκευασμένων οικίσκων με τα πεδία ΜΤ(20kV) των inverters

Διπλωματική Εργασία 2 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

• Τοποθέτηση Φ/Β πλασίων • Εργασίες σύνδεσης Φ/Β πλαισίων (DC πλευρά) έως και τα PCB των inverters • Εργασίες ελέγχου και τελικών συνδέσεων AC και DC για την έναρξη λειτουργίας.

Κατά τη φάση λειτουργίας του ΦΒ πάρκου απαιτείται συνήθως περιοδικός έλεγχος και τακτική και έκτακτη συντήρηση που συνήθως περιλαμβάνουν τα παρακάτω:

• Έλεγχο των συστημάτων ασφαλείας και φύλαξης του χώρου. • Οπτικό έλεγχο των πανέλων για φθορές και θερμογραφική καταγραφή για εντοπισμό βλαβών και δυσλειτουργιών • Έλεγχο καλωδιώσεων για φθορές, υπερθέρμανση και βραχυκυκλώματα. • Έλεγχο των βάσεων στήριξης για οξειδώσεις και περιοδικό σφίξιμο των κοχλιών και των συνδέσμων στήριξης (clamps). • Έλεγχο των inverters και καθαρισμός του οικίσκου • Περιοδικό καθάρισμα του χώρου εγκατάστασης από τη βλάστηση • Περιοδικό καθάρισμα των πανέλων από τη σκόνη και από λοιπές ακαθαρσίες.

Εικόνα 1 Τυπικός καθαρισμός και προετοιμασία της επιφάνειας εγκατάστασης των ΦΒ Πηγή: Αρχείο συγγραφέα

Διπλωματική Εργασία 3 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 2 Συναρμολόγηση μεταλλικών βάσεων ΦΒ πάρκου Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Εικόνα 3 Συναρμολόγηση πανέλων Πηγή: Αρχείο συγγραφέα

Διπλωματική Εργασία 4 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 4 Παλέτες ΦΒ πανέλων στο χώρο του εργοταξίου.Πηγή: Αρχείο συγγραφέα

1.1.1 Αντικείμενο και στόχοι διπλωματικής εργασίας Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη καινοτόμων προτάσεων για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στο περιεχόμενο της διπλωματικής εργασίας γίνεται αναφορά στο νομοθετικό πλαίσιο χρήσης των φωτοβολταϊκών, των αποβλήτων αυτών καθώς και της υποχρεωτικής ανακύκλωσής τους. Γίνεται εκτενέστερη αναφορά στα διάφορα φωτοβολταϊκά συστήματα και στη μεταξύ τους σύγκριση, ενώ ακολούθως αναλύονται οι τρόποι ανακύκλωσης των διάφορων φωτοβολταϊκών συστημάτων. Επιπροσθέτως αναλύονται κάποιες μελέτες περιπτώσεων στον Ευρωπαϊκό και στο διεθνή χώρο ενώ παρατίθενται και κάποια εγχώρια και διεθνή στατιστικά στοιχεία. Στο τελευταίο κεφάλαιο διατυπώνονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από όλη την παραπάνω ανάλυση που συνοδεύονται με μια σύνοψη των τάσεων ανάπτυξης και τις αναμενόμενες εξελίξεις. Κατόπιν παρατίθεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε.

1.2 Νομικό Πλαίσιο

Η υφιστάμενη κατάσταση στην διαχείριση αποβλήτων έργων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην Ελλάδα καθορίζεται κυρίως από τη διάκριση του νομοθετικού πλαισίου σε δύο βασικούς άξονες και πιο συγκεκριμένα την διαχείριση των ειδικών ρευμάτων των αποβλήτων και τη διαχείριση των υπόλοιπων στερεών αποβλήτων. Απαραίτητη για την κατανόηση της υπάρχουσας κατάστασης αλλά και της διαμόρφωσης αυτής τα τελευταία χρόνια είναι η αναδρομή στο Νομοθετικό πλαίσιο τόσο σε εθνικό επίπεδο όσο και σε

Διπλωματική Εργασία 5 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Κοινοτικό (Ευρωπαϊκό). Στην παρούσα ενότητα γίνεται παράθεση των διατάξεων της ελληνικής και ευρωπαϊκής Νομοθεσίας αλλά και ανάλυση των κυριότερων από αυτές. Απαραίτητη για την κατανόηση και περιγραφή της υφιστάμενης κατάστασης είναι η παρουσίαση των βασικών νομοθεσιών τόσο γενικότερα για τα στερεά απόβλητα όσο και ειδικότερα για τα ειδικά ρεύματα αποβλήτων. Όπως θα αναλυθεί στην σχετική ενότητα σύμφωνα με προβλέψεις της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας αλλά και τη σχετική εναρμόνιση στην εγχώρια Νομοθεσία τα απόβλητα φωτοβολταϊκά πλαίσια εντάσσονται στο ειδικό ρεύμα Αποβλήτων Ηλεκτρικού Ηλεκτρονικού Εξοπλισμού (ΑΗΗΕ) [4]. Είναι απαραίτητη λοιπόν η ανάλυση των σχετικών διατάξεων αλλά και η αντιμετώπιση όλων των προβλέψεων για την διαχείριση των απόβλητων φωτοβολταϊκών πλαισίων ως ΑΗΗΕ (υφιστάμενη κατάσταση, υποδομές, χρηματοδοτήσεις, κλπ.)

1.2.1 Τέλος-Κύκλου-Ζωής ΦΒ (End-of Life Cycle PV) Η φωτοβολταϊκή τεχνολογία είναι μία από τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες για την βελτίωση της ενεργειακής ασφάλειας και την επίπτωση στην κλιματική αλλαγή. Η αγορά ΦΒ μεγαλώνει απότομα, καθώς αναμένεται μεγάλη εξάπλωση σε όλο τον κόσμο πολύ περισσότερο των θετικών επιπτώσεων στην ενεργειακή ασφάλεια και την κλιματική αλλαγή, η τεχνολογία ΦΒ είναι από τις πιο φιλικές στο περιβάλλον τεχνολογίες από όλες τις τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας και ηλεκτρισμού, ειδικά όταν εξετάζονται ως προς το τη διαχείριση τέλος-κύκλου-ζωής. Αυτό σημαίνει ότι η κατάλληλη διαχείριση τέλος- κύκλου-ζωής είναι ένα αναπόσπαστο κομάτι των καθαρών ενεργειακών τεχνολογιών.

Τα ΦΒ πανέλα από μόνα τους, αντιπροσωπεύουν άλλο ένα περιβαλλοντικό ζήτημα. Όταν ολοκληρωθεί ο κύκλος της οφέλιμης λειτουργίας τους, γίνονται ένα είδος επικίνδυνων αποβλήτων.

Υλικό Ποσότητα (%κ.β.)

Γυαλί 74,16

Πλαίσιο αλουμινίου 10,30

Πυριτικές κυψέλες 3,38

EVA ενθυλάκωση 6,53

Διπλωματική Εργασία 6 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Tedlar οπισθόφυλλο 3,60

Κόλλες 1,16

Cu 0,57

Ag 0,01

Sn 0,12

Pb 0,07

Πίνακας 2 Βασική σύσταση ενός τυπικού c-Si πανέλου (215wp) [5]

Όλες οι τεχνολογίες αναπόφευκτα υποβαθμίζονται οδηγούμενες στο τέλος-κύκλου-ζωής στάδιο, απαιτώντας την αντικατάστασή τους. Οι ΦΒ κυψέλες έχουν ένα παραγωγικό κύκλο ζωής περίπου 30 χρόνια. Με την εγκατάσταση ΦΒ να αυξάνεται εκθετικά ο αριθμός των ΦΒ κυψελών που φθάνουν στο τέλος της παραγωγικής ζωής τους θα αυξηθεί επίσης μετά από από μία περίοδο λειτουργίας με συσσώρευση αποβλήτων. Μία έκθεση που δημοσιεύθηκε από το IEA-PVPS Task12 and IRENA το 2016 παρουσίασε τα απόβλητα ΦΒ κυψελών παγκόσμια στο ποσό των 1,7-8 εκατομμύρια τόνους αθροιστικά έως το 2030 και 60-78 εκατομμύρια τόνους αθροιστικά ως το 2050 [6, 7, 8].

Γενικά η βιώσιμη διαχείριση προσφέρει δυνατότητες γνωστές ως 3Rs: reduse, reuse, recycle. Όταν ένα προϊόν δε μπορεί να επισκευασθεί ή να επαναχρησιμοποιηθεί, η ανακύκλωσή του είναι η επόμενη επιλογή πριν την απόρριψη ως απόβλητο. Λόγω του μεγάλου όγκου των αποβλήτων ΦΒ κυψελών και για να διατηρήσουν τα ΦΒ τη θέση της καθαρής ενεργειακής τεχνολογίας, έγιναν πολλές συζητήσεις και δραστηριότητες σε επαφή και με σχεδιασμό από τους διάφορους οργανισμούς, κυβερνήσεις και εταιρίες [9].

Διπλωματική Εργασία 7 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 5 Τυπική τομή μονο-κρυσταλλικού πανέλου c-Si [3] Η ευρωπαϊκή οδηγία για τα απόβλητα ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξοπλισμών, που αναθεωρήθηκε το 2012 (2012/19/EU) καθορίζει την διαχείριση των αποβλήτων όλων των ηλεκτρονικών συμπεριλαμβανομένων των ΦΒ στα μέλη κράτη της ΕΕ. Απαιτεί 75%/65% (ανάκτηση/ανακύκλωση) δείκτες των αποβλήτων ΦΒ κυψελών κατά βάρος που θα πρέπει να ανακυκλωθούν έως το 2016, με αύξηση σε 80%/75% έως το 2018 και σε 85%/80% μετέπειτα. Ακόμη περισσότερο από τις απαιτήσεις μιας οδηγίας, είναι προφανές ότι οι τεχνολογίες ανακύκλωσης θα πρέπει να μπορούν να ανταποκριθούν στις αυξανόμενες απαιτήσεις των ΑΗΗΕ.

Δύο βασικές κατηγορίες ΦΒ κυψελών λαμβάνονται υπόψη στην τεχνολογία ανακύκλωσης: οι κρυσταλλικού πυριτίου c-Si που είναι η βασική κατηγορία στα υπάρχοντα και ήδη διατηθεμένα πανέλα και τα σύνθετα ΦΒ που περιλαμβάνουν λεπτού υμένα πανέλα όπως τα τελλουρίδιο του καδμίου CdTe και χαλκό-ίνδμιο-γάλλιο-σελήνιο CIGS.

Οι τεχνολογίες ανακύκλωσης αυτών των δύο βασικών κατηγοριών ΦΒ έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά που οφείλεται στις διαφορετική δομή του πανέλου και στα μέταλλα που περιέχονται σε αυτά. Μία βασική διαφορά είναι ότι ο σκοπός της απελευθέρωσης της ενθυλάκωσης από την ελασματική δομή των σύνθετων πανέλων είναι η ανάκτηση και των δύο συστατικών του προστατευτικού γυαλιού και του γυάλινου υποστρώματος που έχει το στρώμα με τους ημιαγωγούς. Ένω ο στόχος στα c-Si πανέλα είναι ο διαχωρισμός και η ανάκτηση γυαλιού, Si κυψελών και άλλων μεταλλών.

Διπλωματική Εργασία 8 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Οι διεργασίες για την ανακύκλωση των πανέλων c-Si μπορούν να χωρισθούν γενικά σε αυτές που απελευθερώνουν την ενθυλάκωση από την ελασματική δομή του πανέλου και σε αυτές που ανακτούν τα μέταλλα από τις κυψέλες Si. Η απελευθέρωση της ενθυλάκωσης από την ελασματική δομή είναι μία από τις πιο δύσκολες εργασίες και μερικές μέθοδοι μόνο από τις θερμικές, μηχανικές και χημικές είναι διαθέσιμες. Η ανάκτηση μετάλλων από τις κυψέλες Si μπορεί να επιτευχθεί με χημικές μεθόδους όπως εγχάραξη και επεξεργασία με μεταλλουργική τεχνολογία.

Σχετικά με την ανακύκλωση των σύνθετων πανέλων ΦΒ οι διεργασίες μπορούν γενικά να χωρισθούν σε αυτές που απελευθερώνουν την ενθυλάκωση από την ελασματική δομή και σε αυτές που ανακτούν τα μέταλλα και το γυάλινο υπόστρωμα. Για την απελευθέρωση της ενθυλάκωσης έχουν αναπτυχθεί τρεις μέθοδοι όπως η θερμική, η μηχανική και η οπτική. Για την ανάκτηση των μετάλλων των ημιαγωγών και του γυάλινου υποστρώματος χημικές μέθοδοι είναι αποτελεσματικές Όταν ένα υπόστρωμα ανακτάται χωρίς κάποια θραύση η μηχανική διαμόρφωση είναι μία εναλλακτική μέθοδος.

Νομικές μαζί με τεχνολογικές προσεγγίσεις είναι απαραίτητες για την εξειδίκευση των τέλους-κύκλου-ζωής πλάνων διαχείρισης και θα πρέπει να συνδυάζονται με τον καλύτερο τρόπο. Υπάρχει ένα εύρος διαφορετικών εκδοχών για την διαχείριση του τέλους-κύκλου- ζωής των πανέλων και θα πρέπει να υιοθετούνται στις ιδιαίτερες κάθε φορά συνθήκες της κάθε χώρας ή περιοχής.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει ενσωματώσει ειδικούς κανονισμούς για τα ΦΒ απόβλητα. Σε άλλα μέρη του κόσμου οι εξιδικευμένοι κανονισμοί για τη διαχείριση του τέλου-κύκλου- ζωής των πανέλων είναι ελάχιστοι και τα απόβλητα ΦΒ τυπικά εντάσσονται στο νομικό πλαίσιο της κάθε χώρας για τη γενική επεξεργασία των αποβλήτων και την διάθεση τους.

Ευρώπη

Η ανακύκλωση των ΦΒ πανέλων έγινε υποχρεωτική το 2012 μέσω της οδηγίας για τα απόβλητα των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξοπλισμών, που περιλαμβάνει στόχους συλλογής, ανάκτησης και ανακύκλωσης από τα απόβλητα των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξοπλισμών συμπεριλαμβάνοντας τα φωτοβολταϊκά πανέλα. Από το 2012 όλα τα μέλη της ΕΕ έχουν ενσωματώσει στο εθνικό τους δίκαιο τις απαιτήσεις των ΦΒ

Διπλωματική Εργασία 9 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 6 Τεχνικές ανακύκλωσης για διάφορους τύπους ΦΒ πανέλων [8] απαιτώντας όλοι οι παραγωγοί ΦΒ που διοχετεύουν στην ευρωπαική αγορά πανέλα είτε να λειτουργούν τα δικά τους συστήματα επιστροφής και ανακύκλωσης είτε να ανήκουν σε σχήματα πιστοποίησης παραγωγού.

Ανταποκρινόμενοι στον κανονισμό για ΑΗΗΕ στην Ευρώπη οι εμπλεκόμενοι στην έρευνα και και στην ανάπτυξη οδήγησαν στην βελτίωση των τεχνολογιών ανακύκλωσης για τις διαφορετικές οικογένειες των ΦΒ. Αυτές οι έρευνες βοήθησαν στη μείωση του κόστους ανακύκλωσης και στην αύξηση του επιμέρους κέρδους από τα δευτερέυοντα σπάνια υλικά που ανακτώνται μέσω της διαδιακασίας ανακύκλωσης.

Η ευρωπαική επιτροπή ζήτησε από την ευρωπαική επιτροπή ηλεκτροτεχνικών προτύπων (CENELEC) να αναπτύξει ειδικά πρότυπα επεξεργασίας ΦΒ για διαφορετικά κλάσματα των πανέλων ως ρεύματα αποβλήτων ώστε να υποστηριχθεί μια υψηλής αξίας ανακυκλωτική προσέγγιση. Ένα συμπληρωματικό πρότυπο και τεχνικές οδηγίες για τη συλλογή και την επεξεργασία των ΦΒ είναι στο στάδιο του σχεδιασμού από την τεχνική επιτροπή CENELEC.

Διπλωματική Εργασία 10 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής

Δεν υπάρχουν ομοσπονδιακοί κανονισμοί στις Ηνωμένες Πολιτείες σχετικά με την συλλογή και ανακύκλωση του τέλους-κύκλου-ζωής των ΦΒ πανέλων γιαυτό εφαρμόζεται ο γενικός κανονισμός των αποβλήτων.

Η Καλιφόρνια είναι στη διαδικασία του σχεδιασμού ενός κανονισμού για την διαχείριση των ΦΒ στο τέλος της ζωής τους αλλά μένουν πολλά βήματα να γίνουν μέχρι να εφαρμοστεί.

Ωστόσο σε μελέτη που έγινε για τη συμβολή της καθαρής ενέργειας από ΦΒ στη προστασία της ανθρώπινης ζωής βρέθηκε ότι για να μεωθεί η θνησιμότητα που οφείλεται στη μόλυνση του αέρα από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα θα μπορούσαν να σωθούν 51999 ανθρώπινες ζωής το χρόνο εάν αντικατασταθεί η παραγωγή με άνθρακα από παραγωγή με ΦΒ. Για να επιτευχθεί αυτό θα πρέπει να δημιουργηθούν 755 GW παραγωγή από ΦΒ και το κόστος για μια τέτοια αλλαγή θα ήταν 1,45τρις.$. στα 25 χρόνια ζωής των ΦΒ πανέλων το κόστος ανά προστατευόμενη ζωή θα ήταν 1,1 εκατ.$ το οποίο είναι συγκρίσιμο με την ισοδύναμη αξία της ανθρώπινης ζωής που λαμβάνεται συνήθως υπόψη σε μελέτες. Επειδή όμως η ενέργεια των ΦΒ έχει αξία τελικά μπορούν να εξασφαλιστούν αρκετά εκατ. Δολάρια ανά ανθρώπινη ζωή. Αν λάβουμε υπόψη και το όφελος από την ανακύκλωση των ΦΒ τότε το συνολικό όφελος ανά ανθρώπινη ζωή γίνεται ακόμη μεγαλύτερο [10].

Τα ΦΒ πανέλα έχουν μεγάλη λειτουργική ζωή (μ.ο. 30 χρόνια) και στις περισσότερες χώρες έχουν εγκατασταθεί κυρίως σε μεγάλης κλίμακας συστήματα (>1MW) ειδικά από τα μέσα του 2000. Έχει έτσι προβλεφθεί ότι το 2030 θα δημιουργηθούν σημαντικές ποσότητες ΦΒ αποβλήτων καθώς αυτά τα μεγάλης διάρκειας ζωής ΦΒ θα γεράσουν τότε.

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας η αγορά των ΦΒ μεγάλωσε εκθετικά με την παγκόσμια συγκεντρωτική εγκατεστημένη ισχύ να φθάνει τα 140GW το 2013 [11]. Η Ευρώπη παραμένει στην κορυφή των περιοχών σε σχέση με την συνολική εγκατεστημένη ισχύ αλλά μία ανακατανομή της ισορροπίας μεταξύ Ευρώπης και του υπόλοιπου κόσμου είναι σε εξέλιξη αντανακλώντας την μορφή των ηλεκτρικών καταναλώσεων [11]. Στην Ευρώπη, η Γερμανία καλύπτει περίπου το 50% της Ευρωπαικής ισχύος ΦΒ ακολουθούμενη από την Ιταλία και Ισπανία. Στην περίπτωση της Ιταλίας εκτιμάται ότι με μέσο όρο ζωής 25 χρόνια ότι περίπου 2 εκατομμύρια τόνοι ΦΒ αποβλήτων θα δημιουργηθούν την περίοδο

Διπλωματική Εργασία 11 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

2012-2038 και σχεδόν 8 εκατομμύρια τόνοι μέχρι το 2050 με τα μεγαλύτερα ποσά (>40000τον/χρόνο) μέχρι το 2032 [11, 8].

Η διαχείριση του τέλου-κύκλου-ζωής των αποβλήτων ΦΒ πανέλων προσφέρει ευκαιρίες σε σχέση με το κάθε ένα από τα τρία Rs της βιώσιμης διαχείρισης αποβλήτων.

Η διαχείριση στο τέλος-κύκλου-ζωής με ανάκτηση υλικού είναι προτιμώτερη από την απόρριψη με όρους περιβαλλοντικών επιπτώσεων και αξιοποίησης των πόρων. Όταν οι διαδικασίες ανακύκλωσης είναι από μόνες τους αποδοτικές τότε η ανακύκλωση όχι μόνο μειώνει τα απόβλητα και τις εκπομπές ρύπων αλλά προσφέρει και τη δυνατότητα για μείωση της ενέργειας που χρησιμοποιήται και τις εκπομπές που σχετίζονται με την πρωτογενή παραγωγή των υλικών.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα σπάνια υλικά με μεγάλο βαθμό προσμίξεων όπως τα υλικά των ημιαγωγών, τα οποία συνήθως απαιτούν σημαντικές ποσότητες ενέργειας για να φθάσουν τα απαιτούμενα επίπεδα καθαρότητας.

Την τελευταία δεκαετία οι τεχνολογίες ανακύκλωσης ΦΒ πανελών μελετήθηκαν και αναπτύχθηκαν σε σημαντικό βαθμό χωρίς όμως να έχουν εξολοκλήρου εμπορική εφαρμογή ούτε να έχουν φθάσει σε υψηλά επιίπεδα ανάκτησης υλικών τουλάγχιστον για τα πιο δημοφιλή στην αγορά ΦΒ της οικογένειας των c-Si. Επιπρόσθετα της ανάκτησης υλικών από τα ΦΒ πανέλα είναι σημαντικός και ο τρόπος με τον οποίο τα ανακτηθέντα υλικά μπορούν να ανακυκλωθούν ως υλικά. Πολλές φορές η ανακύκλωση των υλικών δεν έχει την ποιότητα για να αποκτήσουν αυτά τη μέγιστη δυνατή αξία.

Η περιεκτικότητα σε Te στα πανέλα CdTe είναι περίπου 500ppm, επομένως στο τέλος- κύκλου-ζωής τους τα πανέλα αποτελούν μια προφανή πηγή συλλογής σπάνιων μετάλλων. Ανάλογα η ανακύκλωση θα γίνει μία αυξανόμενα σημαντική πηγή δευτερογενούς Te μετά το 2045 [12].

Η συγκριτική ανάλυση που έγινε μέσα από λογισμικό εκτίμησης κύκλου-ζωής έδειξε ότι η τεχνολογία πανέλων CdTe απαιτεί λιγότερη ενέργεια και πρώτες ύλες απότι η τεχνολογία πανέλων Si με αποτέλεσμα τη μείωση όλων των επιπτώσεων από τις εκπομπές ρύπων και την κατανάλωση πρώτων υλών. Όμως οι επιπτώσεις στο ευρύτερο περιβάλλον των τοξικών επιπτώσεων είναι ιδιαίρετα υψηλές εξαιτίας των τοξικών μετάλλων συστατικών των πανέλων CdTe. [13]

Διπλωματική Εργασία 12 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Η ζωή ενός ΦΒ πανέλου περιλαμβάνει τρία στάδια:

I. Παραγωγή/εγκατάσταση II. Λειτουργία (παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας) III. Τέλος κύκλου ζωής.

Η φάση κατασκευής και εγκατάστασης είναι σημαντική γιατί εμπεριέχει τη χρήση διαφόρων υλικών και συστατικών που μπορούν να εμφανίσουν υψηλό κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία. Η δεύτερη φάση της ηλεκτρικής παραγωγής μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο εκπομπής ρύπων λόγω ατυχημάτων όπως οι πυρκαιές και οι καταστροφές. Μπορεί επίσης να προκαλέσει την αποδόμηση των αγροκτημάτων. Ακόμη δε θα πρέπει να αγνοηθεί η επίπτωση στην αισθητική και αρχιτεκτονική ενός τόπου πλούσιου σε θησαυρούς της τέχνης και σε φυσικά τοπία. Η τελευταία φάση γίνεται όλο και πιο σημαντική λόγω της αναμενόμενης ποσότητας αποβλήτων από ΦΒ σε λίγα χρόνια στα οποία στηρίζεται η πιθανότητα της επαναχρησιμοποίησης των υλικών ως άμεση συνέπεια της αύξησης των εγκαταστάσεων ΦΒ πανέλων [13, 14, 15].

Μία ανάλυση εκτίμησης τέλους-κύκλου-ζωής έδειξε ότι ενώ το στάδιο λειτουργίας των ΦΒ κυψελών συνήθως θεωρείται φιλικό στο περιβάλλον (eco-frendly), αντίθετα τα στάδια παραγωγής και ανακύκλωσης μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα έντονη περιβαλλοντική επίπτωση. Μόνο ένα μικρό ποσοστό του περιβαλλοντικού φορτίου σχετίζεται με το στάδιο λειτουργίας των ΦΒ πανέλων [15].

Τα ΦΒ πανέλα πυριτίου έχουν σχετικά υψηλή απόδοση και εμφανίζουν υψηλή αντοχή και αξιοπιστία για πολλές δεαετίες. Το μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι το υψηλό κόστος παραγωγής που οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Όπως πολύπλοκη διαδικασία παραγωγής και μεγάλα ποσά ακατέργαστων υλικών όπως καθαρό πυρίτιο. Η τεχνολογία ΦΒ CdTe είναι μία από τις τεχνολογίες λεπτού υμένα. Πανέλα με απόδοση έως και 16,1% έχουν μετρηθεί ενώ στο άμεσο μέλλον αποδόσεις έως 17% είναι εφικτές χωρίς ιδιαίτερες βελτιώσεις στην τεχνολογία.

Το βασικό πλεονέκτημα των ΦΒ CdTe είναι το χαμηλό κόστος παραγωγής σε σχέση με τα πανέλα πυριτίου. Ετσι ένα στρώμα CdTe μπορεί να αποτεθεί με τη χρήση μερικών χαμηλού κόστους τεχνικών και είναι πιθανό να προσαρμοστεί σε ελαφρά ή εύκαμπτα υλικά όπως υφάσματα. Άλλο ένα πλεονέκτημα είναι η μεγάλη διαθεσιμότητα του κάδμιου. Το κάδμιο είναι παραπροϊόν βιομηχανικών μετάλλων όπως ο ψευδάργυρος. Από την άλλη όμως το

Διπλωματική Εργασία 13 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

τελλούριο είναι ιδιαίτερη σπάνιο στοιχείο ακόμη και αν παράγεται ως παραπροϊόν του χαλκού, μολύβδου ή χρυσού. Η αρνητική εικόνα αυτής της τεχνολογίας σχετίζεται με την τοξικότητα του κάδμιου. Επειδή είναι ένα από τα πιο τοξικά υλικά. Ωστόσο το CdTe είναι ένα σταθερό συστατικό [13, 16]. Το γάλλιο και το ίνδμιο των ΦΒ CIGS λεπτού υμένα είναι παραπροϊόντα της παραγωγικής διαδικασίας του ψευδάργυρου και του χαλκού αντίστοιχα. Το σελήνιο των ΦΒ CIGS είναι επίσης παραπροϊον της παραγωγής χαλκού [17]. Μία ενδεχόμενη κοινή παραγωγική διαδικασία λοιπόν θα μπορούσε να επηρεαστεί από την μεταβολή της τιμής των μετάλλων αυτών, από την διαθέσιμη ποσότητα και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους, όπως δείχνει η εκτίμηση του κύκλου-ζωής τους. [17].

Οι ΦΒ κυψέλες περοβσκίτη έχουν τραβήξει την προσοχή παγκόσμια τα τελευταία χρόνια. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την κατασκευή κυψελών ΦΒ περοβσκίτη ήταν χαμηλότερες από αυτές των m-Si σε μετρήσεις που έγιναν. Οστόσο οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανά μονάδα παραγωγής ηλεκτρισμού βρέθηκαν μεγαλύτερες από όλες τις συμβατικές τεχνολογίες ΦΒ εξαιτίας κυρίως της πιο σύντομης διάρκειας ζωής της ηλιακής κυψέλης περοβσκίτη [18]. Τα οργανικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την προετοιμασία της απόθεσης του περοβσκίτη προκαλούν υψηλό θαλάσσιο ευτροφισμό. Αλλά οι τοξικές επιπτώσεις του Μολύβδου που χρησιμοποιήθηκε για το σχηματισμό του αποροφητικού στρώματος ήταν ασήμαντες. Ο χρόνος ανάκτησης της αρχικής ενέργειας ΕΡΤ προσδιορίσθηκε σε 1-1,5 χρόνια [19, 20].

Τα ΦΒ πανέλα 3ης γενιάς περιλαμβάνουν τα οργανικού τύπου πανέλα με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά όπως το εξαιρετικά μικρό πάχος, την ευκαμψία, την μικρή ανάγκη σε ενεργό υλικό. Αυτά τα χαρακτηριστικά κάνουν τα οργανικά ΦΒ ιδιαίτερα ελκυστικά στην παραγωγή, στην εγκατάσταση και στη χρήση με περιβαλλοντικές επιπτώσεις σημαντικά μικρότερες από τα συμβατικά πυριτικά ΦΒ [20, 21]. Η χρήση οργανικών ΦΒ αποτελεί μία πρόκληση στο μέλλον που όμως για να θεωρείται επιτυχής θα πρέπει να πετύχει να κατασκευαστούν πανέλα με διάρκεια ζωής 15-30 χρόνια, 15-31% απόδοση και $50/m2 συνολικό κόστος κατασκευής (συμπεριλαμβανομνένου του υλικού) [21]. Οδηγώντας σε ένα επίπεδο κόστους $0,03-0,05/kWh [18].

Στην ανάλυση κύκλου-ζωής δείκτες όπως ο χρόνος απόσβεσης ενέργειας EPT και εκπομπής

CO2 είναι από τους πιο χρήσιμους. Ο δείκτης EPT ορίζεται ως το κλάσμα της ενέργειας που καταναλώνεται σε όλο τον κύκλο ζωής των πανέλων προς της ετήσια παραγωγή ενέργειας.

Διπλωματική Εργασία 14 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ο δείκτης εκπομπής CO2 είναι το κλάσμα της συνολικής εκπομής CO2 σε όλη τη ζωή του ΦΒ προς την ετήσια παραγωγή ενέργειας επί το χρόνο ζωής.

Δηλαδή ο ΕΡΤ προσδιορίζει σε πόσο χρόνο θα γίνει ανάκτηση της πρωτογενούς ενέργειας που καταναλώθηκε στον κύκλο ζωής του ΦΒ από την ίδια ενέργεια που παράγει. Ενώ ο

δείκτης εκπομπής CO2 δείχνει πόσο περιορίζεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου [22].

Σε μελέτη διαφορετικών τύπων πανέλων c-Si, CdTe, CIS που εγκαταστάθηκαν στην έρημο Γκόμπι βρέθηκε συγκριτικά ότι τα πανέλα CIS έχουν την μικρότερη κατανάλωση ενέργειας σε πλήρη κύκλο-ζωής απότι τα c-Si που έχουν το μεγαλύτερο. Ειδικά ο δείκτης ΕΡΤ για τα CIS πανέλα είναι μικρότερος από των υπολοίπων περίπου 1,8 χρόνια ενώ των sc-Si είναι

2,5 χρόνια. Τα υπόλοιπα είναι περίπου 2-2,3 χρόνια. Οι εκπομπές CO2 είναι περίπου ίδιες για όλα αλλά οι μεγαλύτερες εκπομπές όπως και ο δείκτης διοξειδίου του άνθρακα είναι μεγαλύτερος για τα λεπτού-υμένα ΦΒ πανέλα [22].

Ελάχιστες μελέτες μέχρι σήμερα έχουν συμπεριλάβει στις εκτιμήσεις των επιπτώσεων στον κύκλο ζωής των ΦΒ, τις επιπτώσεις από την κατανάλωση ενέργειας λόγω της διασποράς των ΦΒ πάρκων και της μεταφοράς των υλικών στα κέντρα συλλογής και ανακύκλωσης [15]. Το πρόβλημα αυτό της γεωγραφικής κατανομής των ΦΒ και των επιπλοκών που προκαλεί στις εκτιμήσεις των δεικτών ενεργειακού και περιβαλλοντικού αποτυπώματος είναι ιδιαίτερα έντονο στις ΗΠΑ [23]. Μοντέλα δικτύου μεταφορών μελετήθηκαν σε σχέση με χώρους εγκατάστασης ΦΒ και γειτονικούς χώρους απόθεσης στερεών αποβλήτων ώστε να γίνει αναγωγή της απαιτούμενης ενέργειας σε εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου [23]. Υπάρχει αντίστροφη σχέση μεταξύ της απόστασης μεταφοράς και της ενέργειας ανακύκλωσης. Καθώς τα ποσοστά ανακύκλωσης αυξάνονται, η απόσταση μεταφοράς γίνεται λιγότερη σημαντική σε σχέση με την ενέργεια ανακύκλωσης. Αυτό σημαίνει ότι οι εγκαταστάσεις ανάκτησης υλικών τέλους-κύκλου-ζωής, θα πρέπει να γίνονται σε μέρη με χαμηλούς δείκτες εκπομπών άνθρακα δηλαδή με μεγάλη συμμετοχή ΑΠΕ [23]. Έτσι αγροτικές περιοχές που μέχρι τώρα είχαν αυξημένες ενεργειακές ανάγκες θα μπορούν να συνδυάζουν ΦΒ πάρκα μαζί με εγκαταστάσεις ανακύκλωσης ΦΒ [24]. Επίσης μελέτες έδειξαν ότι το στάδιο λειτουργίας ΦΒ συμβάλλει σημαντικά στις ενεργειακές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις στην ενεργειακή βιομηχανία [25]. Σχεδόν το 60-97% των επιπτώσεων προέρχεται από το στάδιο λειτουργίας κατά τη διάρκεια του κύκλου-ζωής αυτών των συστημάτων. [25]. Οι επιπτώσεις αυτές σε συνδυασμό και με τις ανάλογες παραμέτρους απόδοσης των ΦΒ συστημάτων είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με την

Διπλωματική Εργασία 15 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

τοποθεσία εγκατάστασης των ΦΒ λόγω των ιδιαίτερων κλιματολογικών συνθηκών που επικρατούν σε κάθε περιοχή [25, 15, 18].

1.2.2 Ευρωπαϊκό Νομικό και Θεσμικό Πλαίσιο για τις ΑΠΕ Το Ευρωπαϊκό νομικό και Θεσμικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ διαμορφώθηκε μέσα από μια σειρά Νόμων και διατάξεων με σκοπό την προώθηση των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή. Η αειφόρος ανάπτυξη και η προστασία του περιβάλλοντος εξακολουθούν να αποτελούν το βασικό πυρήνα για την προώθηση των ΑΠΕ.

Πράσινη Βίβλος (96/576)

Η Ευρωπαϊκή Ενωση με την Πράσινη Βίβλο (96/576) θέτει τους προβληματισμούς για τις ΑΠΕ και οδηγεί τα κράτη-μέλη προς την απεξάρτηση από τις συμβατικές ρυπογόνες πηγές ενέργειας. Με την προώθηση των ΑΠΕ προστατεύεται το περιβάλλον με με τη μείωση των

εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα CO2.

Κοινοτική οδηγία 96/92/ΕΚ

Η Οδηγία 96/92/ΕΚ έθεσε νέα πρότυπα στην ηλεκτροπαραγωγή. Ήταν η πρώτη Οδηγία που καθόρισε το πλαίσιο ρύθμισης της απελευθερωμένης αγοράς.

Λευκή Βίβλος (97/599)

Προέβλεπε την κοινοτική στρατηγική στην παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ.

Κοινοτική οδηγία 2001/77/ΕΚ

Έθεσε τις βάσεις για την προώθηση των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή. Για πρώτη φορά τέθηκαν δεσμευτικοί κανονισμοί για κάθε κράτος-μέλος. Το ποσοτό θα πρέπει να φθάνει το 22,1% της συνολικής ηλεκτροπαραγωγής. Επίσης θα πρέπει να εξασφαλίσουν καλύτερη πρόσβαση και σύνδεση στα δίκτυα για τις ΑΠΕ και να διευκολύνουν τις σχετικές αδειοδοτικές διαδικασίες.

Κοινοτική Οδηγία 2003/30/ΕΚ

Καθορίζει τιμή αναφοράς έως τις 31-12-2005 το 2%, βάσει του ενεργειακού περιεχομένου επί του συνόλου της βενζίνης και του πετρελαίου κίνησης που διατίθεται προς χρήση στις μεταφορές. Εως τις 31-12-2010 το ποσοστό αυτό θα πρέπει να έχει ανέλθει σε 5,75%.

Κοινοτική Οδηγία 2004/8/ΕΚ

Διπλωματική Εργασία 16 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εθεσε τις βάσεις για την προώθηση της συμπαραγωγής (παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού) ενέργειας βάσει της ζήτησης για χρήσιμη θερμότητα στην εσωτερική αγορά ενέργειας.

Κοινοτική οδηγία 2006/32/ΕΚ

Η Ενεργειακή Απόδοση κατά την τελική χρήση και τις Ενεργειακές Υπηρεσίες θέτει ως ενδεικτικό στόχο εξοικονόμησης ενέργειας στα κράτη-μέλη 9% μέσα στα επόμενα εννέα χρόνια και να εκπονήσουν Σχέδια Δράσης Ενεργειακής Απόδοσης.

Κοινοτική Οδηγία 2009/28/ΕΚ

Αφορά την προώθηση της χρήσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και τροποποιεί τις Οδηγίες 2001/77/ΕΚ και 2003/30/ΕΚ. Η Οδηγία καθορίζει ένα υποχρεωτικό ποσοστό συμμετοχής των ΑΠΕ στην ακαθάριστη τελική κατανάλωση ενέργειας κάθε κράτους μέλους έως το 2020 και προβλέπει την κατάρτιση σχεδίων δράσης για τις ΑΠΕ.

1.2.3 Ελληνικό Νομικό και Θεσμικό Πλαίσιο ΑΠΕ Η πρώτη προσπάθεια ουσιαστικής προώθησης των ΑΠΕ στην Ελλάδα έγινε με την έκδοση του Ν.1559/1985 (ΦΕΚ Α’ 135) ο οποίος δίνει για πρώτη φορά τη δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ σε ιδιώτες αυτοπαραγωγούς και σε ΟΤΑ και στη ΔΕΗ.

Νόμος 2244/1994 (ΦΕΚ Α’168)

Ρυθμίζονται θέματα ηλεκτροπαραγωγής από ΑΠΕ και συμβατικά καύσιμα και δίνεται η δυνατότητα σε ιδιώτες να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ ως ανεξάρτητοι παραγωγοί.

Νόμος 2941/2001 (ΦΕΚ Α’201)

Απλουστεύεται η διαδικασία ίδρυσης εταιριών και αδειοδοτησης έργων ΑΠΕ.

Νόμος 3010/2002 (ΦΕΚ Α’91)

Καθόρισε ποια έργα θα χρειαζόνται περιβαλλοντικές μελέτες και ποια η διαδικασία περιβαλλοντικής αδειοδότησης .

Νόμος 3175/2003 (ΦΕΚ Α’207)

Καθορίζει τις προϋποθέσεις για την ορθολογική αξιοποίηση του γεωθερμικού δυναμικού της χώρας.

Νόμος 3423/2005 (ΦΕΚ Α’304)

Διπλωματική Εργασία 17 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Καθορισμός της συμμετοχής των βιοκαυσίμων στην αγορά σε ποσοστό 5,75% της βενζίνης και του πετρελαίου και η θέσπιση άδειας εμπορικής διάθεσης αυτών.

Νόμος 3426/2005 (ΦΕΚ Α’309)

Καθόρισε το βασικό πλαίσιο ρύθμισης της απελευθερωμένης αγοράς.

Νόμος 3468/2006 (ΦΕΚ Α’129)

Προάγεται η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στην εσωτερική αγορά και προωθείται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ και μονάδες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Υψηλής Απόδοσης.

Νόμος 3734/2009 (ΦΕΚ Α’8)

Εθεσε τις βάσεις ώστε να προωθηθεί η συμπαραγωγή ενέργειας στην Ελλάδα.

Νόμος 3851/2010 (ΦΕΚ Α’85)

Θέτει εθνικό στόχο για τις ΑΠΕ (20% της ακαθάριστης τελικής κατανάλωσης ενέργειας) έως το 2020 και προχωρά σε αλλαγές στη διαδικασία αδειοδότησης έργων ΑΠΕ, καθώς και στην τιμολόγηση έργων.

Νόμος 3889/2010 (ΦΕΚ Α΄182)

Ρυθμίζει τα θέματα της υπηρεσίας ΑΠΕ.

Νόμος 4062/2012 (ΦΕΚ Α’70)

Θέτει τους όρους για την προώθηση της χρήσης ενέργειας από ΑΠΕ ενσωματώνοντας την οδηγία 2009/28/ΕΚ.

Νόμος 4093/2012 (ΦΕΚ Α’222)

Ρυθμίσεις ΑΠΕ

Νόμος 4153/2013 (ΦΕΚ Β’1103)

Ρυθμίσεις θεμάτων ΑΠΕ

Νόμος 4203/2014 (ΦΕΚ Α’ 235)

Ρυθμίσεις θεμάτων ΑΠΕ

Νόμος 4414/2016 (ΦΕΚ Α’149)

Διπλωματική Εργασία 18 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Θέτει το νέο καθεστώς στήριξης των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας υψηλής απόδοσης.

Νόμος 4447/2016 (ΦΕΚ Α’241)

Ρυθμίζει τη σύναψη συμβάσεων λειτουργικής ενίσχυσης σταθμών ΑΠΕ και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας υψηλής απόδοσης καθώς και θέματα αδειοδότησης τέτοιων σταθμών.

Εικόνα 7Ποσοστό συμμετοχής των ΑΠΕ στο ενεργειακό μίγμα των ευρωπαϊκών χωρών [26]

Νόμος 4467/2016 (ΦΕΚ Α’56)

Μερικές τροποποιήσεις του ν.4414/2016

Νόμος 4496/2017 (ΦΕΚ Α’170)

Προσαρμογή στην οδηγία 2015/720/ΕΕ

Διπλωματική Εργασία 19 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Νόμος 4513/2018 (ΦΕΚ Α’9)

Ορίζονται οι ενεργειακές κοινότητες

Νόμος 4546/2018 (ΦΕΚ Α’101)

Ενσωμάτωση στην ελληνική νομοθεσία της οδηγίας 2014/89/ΕΕ

Νόμος 4602/2019 (ΦΕΚ Α’45)

Θέτει το πλαίσιο έρευνας, εκμετάλλευσης και διαχείρισης του γεωθερμικού δυναμικού.

Διπλωματική Εργασία 20 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

2. Απόβλητα τεχνικών έργων

Τα απόβλητα από εκσκαφές, κατασκευές και κατεδαφίσεις είναι απόβλητα που παράγονται

κατά τη διαδικασία της κατασκευής, ανακαίνισης, ή την κατεδάφιση των κατασκευών. Οι δομές αυτές περιλαμβάνουν τα κτίρια όλων των τύπων είτε είναι κατοικίες είτε έργα υποδομής, όπως και δρόμους και γέφυρες. Στην περίπτωσή μας επομένως και τα έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως τα φωτοβολταϊκά πάρκα.

Σε γενικές γραμμές, τα AEKK είναι ογκώδη, βαριά και ως επί το πλείστον ακατάλληλα για

αποτέφρωση ή κομποστοποίηση.

Η πρακτική της διαχείρισης αποβλήτων για τις κατασκευαστικές δραστηριότητες έχει προωθηθεί με στόχο την κάλυψη των αναγκών για πρώτες ύλες, την άρση των προβλημάτων του περιορισμού του χώρου και την προστασία του περιβάλλοντος.

Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις για τη διαχείριση των αποβλήτων των κατασκευών. Η διαδικασία της διαχείρισης των αποβλήτων από κατασκευές ξεφεύγει πολύ από την απλή διάθεση των ίδιων των αποβλήτων. Πρόκειται για μια σφαιρική στρατηγική για την αποτελεσματική αξιοποίηση των πόρων της κατασκευής, με σκοπό τη μείωση της ποσότητας των αποβλήτων και τη χρήση των παραγόμενων αποβλήτων κατά τον πλέον αποτελεσματικό τρόπο. Η πιο κοινή προσέγγιση για τη διαχείριση των αποβλήτων κατασκευών είναι η απόθεση του σε χώρους υγειονομικής ταφής. Ωστόσο, η μείωση και σε πολλές περιπτώσεις η έλλειψη των χώρου υγειονομικής ταφής έχει οδηγήσει στην αύξηση του κόστους της υγειονομικής ταφής στον ανάδοχο.

Αυτό δημιούργησε την ανάγκη για εναλλακτικές λύσεις για την πρόληψη των αποβλήτων και πρωτοβουλίες για τη μείωση, την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση ή αποβλήτων που παράγονται, που αναφέρονται συχνά με την αγγλική συντομογραφία ως 3R

(reduce – reuse - recycle) της διαχείρισης αυτής της ροής αποβλήτων.

Υπάρχουν δύο βασικοί λόγοι για την υιοθέτηση της πρακτικής της μείωσης, της επαναχρησιμοποίησης και της ανακύκλωσης των αποβλήτων, τα οικονομικά οφέλη, και τα περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα. Τα περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν την ελαχιστοποίηση του κινδύνου τόσο του άμεσου όσο και μελλοντικού από τη ρύπανση του περιβάλλοντος και βλάβες στην ανθρώπινη υγεία, ενώ τα οικονομικά πλεονεκτήματα

Διπλωματική Εργασία 21 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

περιλαμβάνουν το χαμηλότερο κόστος του έργου και το όφελος από την επαναχρησιμοποίηση των ανακτώμενων υλικών.

Τα ΑΕΚΚ έχουν αναγνωριστεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση ως ένα ρεύμα αποβλήτων με προτεραιότητα διαχείρισης. Υπάρχει ένα υψηλό δυναμικό για την ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση των ΑΕΚΚ, δεδομένου ότι ορισμένα από τα υλικά αυτά έχουν μεγάλη αξία. Ειδικότερα, υπάρχει μια νέα αγορά για χρήση αδρανών υλικών που προέρχονται από ΑΕΚΚ για διάφορα κατασκευαστικά έργα. Επιπλέον, η τεχνολογία για το διαχωρισμό και την ανάκτηση των αποβλήτων κατασκευών και κατεδαφίσεων είναι καλά εδραιωμένη, εύκολα προσβάσιμη και γενικά χαμηλού κόστους.

Ωστόσο, το επίπεδο της ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης των αποβλήτων ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό σε ολόκληρη την Ε.Ε. από λιγότερο από 10% έως και πάνω από 90%. Σε ορισμένα κράτη μέλη, αυτή η κατηγορία αποβλήτων απορρίπτεται, καταλαμβάνοντας πολύτιμο χώρο σε χώρους υγειονομικής ταφής. Επιπλέον, εάν δεν διαχωρίζονται στην πηγή, μπορεί να περιέχουν μικρές ποσότητες επικίνδυνων αποβλήτων, με κίνδυνο να προκαλέσουν ιδιαίτερους κινδύνους για το περιβάλλον.

Η διαχείριση των υλικών αυτών σήμερα γίνεται αποσπασματικά, δημιουργώντας μεγάλα προβλήματα στο περιβάλλον εξαιτίας της ανεξέλεγκτης διάθεσής τους.σκυρόδεμα, τσιμεντόλιθοι αλουμίνιο, ψευδάργυρος τούβλα και διακοσμητικά στοιχεία από τούβλα σίδηρος, χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας πλακάκια και κεραμικά μόλυβδος μίγματα ή επιμέρους συστατικά από σκυρόδεμα, τούβλα, πλακάκια και κεραμικά καλώδια που περιέχουν πετρέλαιο, λιθανθρακόπισσα και άλλες επικίνδυνες ουσίες ξύλο, πριονίδια, παλέτες κασσίτερος γυαλί ανάμικτα μέταλλα πλαστικό χώματα, πέτρες, δέντρα πόρτες και παράθυρα μπάζα εκσκαφών είδη υγιεινής μονωτικά υλικά μίγματα ορυκτής ασφάλτου λιθανθρακόπισσα και προϊόντα πίσσας υλικά δομικών κατασκευών που περιέχουν αμίαντο υλικά δομικών κατασκευών με βάση τον γύψο χαλκός, μπρούντζος, ορείχαλκος απόβλητα δομικών κατασκευών και κατεδαφίσεων που περιέχουν [27, 15, 28].

Οι ρυθμίσεις της ΚΥΑ 36259/2010 για την εναλλακτική διαχείριση των ΑΕΚΚ εφαρμόζονται στα απόβλητα που δημιουργούνται τόσο από τα ιδιωτικά όσο και από τα δημόσια έργα και αποσκοπούν στη μείωση της τελικής διάθεσης των ΑΕΚΚ, με ενθάρρυνση κατά προτεραιότητα:

Διπλωματική Εργασία 22 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

· της επαναχρησιμοποίησης, της ανακύκλωσης καθώς και κάθε άλλης ανάκτησης υλικών, ώστε να μειωθεί η κατανάλωση πρωτογενών πρώτων υλών και

· της ανάκτησης ενέργειας ως αποτελεσματικού μέσου αξιοποίησης τους

Στην ΚΥΑ 36259/2010 περιγράφεται το πρόγραμμα εναλλακτικής διαχείρισης των ΑΕΚΚ και ειδικότερα προσδιορίζονται οι γενικές κατευθύνσεις του Προγράμματος Εναλλακτικής Διαχείρισης, οι όροι και προϋποθέσεις για τη διαχείριση των ΑΕΚΚ, οι υποχρεώσεις των διαχειριστών καθώς και οι όροι και προϋποθέσεις για τη συλλογή / μεταφορά και την επεξεργασία / αξιοποίηση των ΑΕΚΚ.

Επίσης υπογραμμίζεται η αναγκαιότητα οργάνωσης και ανάπτυξης οργανωμένων δικτύων συλλογής, διαλογής και αξιοποίησης των αποβλήτων που προέρχονται από τις κατασκευές, κατεδαφίσεις και εκσκαφές σύμφωνα με τα προβλεπόμενα στο ν.2939/01 και τους ειδικότερους όρους και προϋποθέσεις που περιλαμβάνονται στην προαναφερθείσα ΚΥΑ. Επί πλέον αναφέρονται οι γενικές προδιαγραφές για τη χορήγηση εγκρίσεων ατομικών και συλλογικών συστημάτων εναλλακτικής διαχείρισης ΑΕΚΚ, ενώ προσδιορίζονται οι προϋποθέσεις χορήγησης του Πιστοποιητικού Εναλλακτικής Διαχείρισης (ΠΕΔ).

Τέλος διατυπώνονται οι τελικές διατάξεις που αφορούν στον καθορισμό ποσοτικών στόχων για την ανακύκλωση και άλλες εργασίες αξιοποίησης των ΑΕΚΚ, στην ενημέρωση του κοινού, στην υποβολή εκθέσεων από τους διαχειριστές στην αρμόδια αρχή, στους ελέγχους για την τήρηση των διατάξεων της εν λόγω ΚΥΑ και στην επιβολή κυρώσεων σε κάθε φυσικό ή νομικό πρόσωπο που πραγματοποιεί εργασίες διαχείρισης ΑΕΚΚ κατά παράβαση της ΚΥΑ.

Σύμφωνα με το άρθρο 7 παρ. 2 της εν λόγω ΚΥΑ, οι διαχειριστές ΑΕΚΚ υποχρεούνται, πριν από την έναρξη των οικοδομικών εργασιών ή των έργων τεχνικών υποδομών, να υποβάλλουν στην αρμόδια αρχή Στοιχεία για τη Διαχείριση των Αποβλήτων.

Το 2010 με την Κ.Υ.Α. 36259/1757/Ε103/2010 (ΦΕΚ 1312/Β`/24.8.2010) ψηφίστηκαν μέτρα, όροι και προγράμματα για την εναλλακτική διαχείριση των αποβλήτων από εκσκαφές, κατασκευές και κατεδαφίσεις (Α.Ε.Κ.Κ.). Έτσι κάθε επιχείρηση που δραστηριοποιείται στην Ελλάδα, και παραβιάζει την ΚΥΑ 36259/1757/Ε103/2010, έχει κυρώσεις όπως αυτές προβλέπονται από το αρθ. 20 του Ν.2939/2001, με ποινές φυλάκισης και χρηματικά ποσά.

Διπλωματική Εργασία 23 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Έτσι τέθηκε ουσιαστικά σε εφαρμογή ο Ν.2339/2001 όπως αυτός τροποποιήθηκε από τον Ν.3854/2010 και τον Ν.4042/2012, ενώ παράλληλα ψηφίστηκε και ο Ν.4030/2011 για τον νέο τρόπο έκδοσης αδειών δόμησης και ελέγχου κατασκευών (άρθρο 40), ο Ν.4067/2012 νέος ΝΟΚ άρθρο 17 και η Εγκύκλιος ΥΠΕΚΑ 4834/25,1,2013 για θέματα διαχείρισης υλικών εκσκαφών από Δημόσια έργα.

Οι στόχοι για την Ελλάδα είναι:

• Μέχρι τον Ιανουάριο του 2020, το 70% των Α.Ε.Κ.Κ να ανακυκλώνεται.

Μέθοδος υπολογισμού:

Ποσοστό % ανακυκλώσιμα ΑΕΚΚ = Ποσότητα ΑΕΚΚ προς ανακύκλωση

Συνολική ποσότητα παραγόμενων ΑΕΚΚ

Έτσι όλα τα κράτη μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχουν υποχρέωση κάθε τρία χρόνια να υποβάλλουν έκθεση στην επιτροπή σχετικά με την επίδοσή τους όσον αφορά την επίτευξη του στόχου τους. Ενώ εάν δεν εκπληρώνονται θα πρέπει να δικαιολογείται η αποτυχία.

Βάση της νομοθεσίας λοιπόν, ο κάθε παραγωγός Α.Ε.Κ.Κ., ο οποίος μπορεί να είναι κατασκευαστής δημοσίων και ιδιωτικών έργων ή προμηθευτής δομικών υλικών, έχει και τις ανάλογες υποχρεώσεις. Έτσι όποιος αναλαμβάνει την κατασκευή ιδιωτικών έργων πρέπει να υποβάλει στο αντίστοιχο πολεοδομικό γραφείο που υπάγεται το έργο, σχέδιο διαχείρισης των Α.Ε.Κ.Κ. συνοδευόμενο από εγγυητική επιστολή ύψους 0,2% του προϋπολογισμού των εκσκαφών και 0,5% του προϋπολογισμού των κατεδαφίσεων. Για τα αντίστοιχα δημόσια έργα προβλέπεται στην σύμβαση όροι για την προστασία του περιβάλλοντος. Επίσης απαιτείται από τον κατασκευαστή να συνεργαστεί με κατάλληλη μονάδα συλλογής και επεξεργασίας Α.Ε.Κ.Κ. και να καταβληθεί το τέλος επεξεργασίας. Τέλος προβλέπεται η διαδικασία παραλαβής από το πολεοδομικό γραφείο η την αρμόδια υπηρεσία και την επιστροφή της εγγυητικής επιστολής.

Από την πλευρά της διαχείρισης των Α.Ε.Κ.Κ., διαχειριστές μπορεί αντίστοιχα να είναι ανάδοχοι ιδιωτικών και δημοσίων τεχνικών έργων ή νόμιμοι φορείς καιεπιχειρήσεις που εκμισθώνουν τον κατάλληλο εξοπλισμό και χώρο για προσωρινή αποθήκευση ή οι ίδιες αναλαμβάνουν την συλλογή και την μεταφορά των ΑΕΚΚ.

Υποχρέωση έχουν βάσει του νόμου να κατέχουν άδεια συλλογής και μεταφοράς Α.Ε.Κ.Κ., όπως αυτή προβλέπεται από τις διατάξεις του άρθ.8 §1 της ΚΥΑ 50910/2727/2003. Θα

Διπλωματική Εργασία 24 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

πρέπει να είναι συμβεβλημένοι με κάποια εγκεκριμένη μονάδα επεξεργασίας Α.Ε.Κ.Κ. και να έχουν τον κατάλληλο εξοπλισμό για την συλλογή ασφαλή μεταφορά και παράδοση των Α.Ε.Κ.Κ. στις μονάδες επεξεργασίας. Έχουν υποχρέωση καταβολής τέλους επεξεργασίας στην μονάδα επεξεργασίας, όπως και την έκδοση νόμιμων παραστατικών παράδοσης παραλαβής των Α.Ε.Κ.Κ., τα οποία απαιτεί ο νόμος για την εξέλιξη του έργου. Οι μονάδες επεξεργασίας ΑΕΚΚ θα πρέπει:

• να έχουν όλες τις απαραίτητες εγκρίσεις και άδειες που προβλέπονται από

την νομοθεσία.

• Να έχουν εγκεκριμένα συστήματα διαχείρισης ΑΕΚΚ.

• Η προσωρινή αποθήκευση των ανάμικτων αποβλήτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τις 30 ημέρες και των δομικών αδρανών τους 6 μήνες.

• Τα παραγόμενα ανακυκλώσιμα υλικά, πρέπει εντός 12 μηνών να διατίθενται στην αγορά ή σε ανακύκλωση.

• Τα αδρανή υλικά ανακύκλωσης θα πρέπει να πληρούν τις κατάλληλες τεχνικές προδιαγραφές σύμφωνα με τον νόμο.

Το σύστημα διαχείρισης ΣΕΔ ΑΕΚΚ πρέπει να κρατά λεπτομερή στοιχεία καταγραφής των παραγόμενων ΑΕΚΚ όπως η προέλευση, η ποσότητα, οι κατηγορίες, ο τρόπος επεξεργασίας και οι διάθεση των ΑΕΚΚ. Τέλος πρέπει να δίνει λεπτομερή αναφορά-έκθεση των στοιχείων στον ΕΟΑΝ.

2.1 Απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού ΑΗΗΕ

Η ανακύκλωση των αποβλήτων ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΑΗΗΕ) έχει ιδιαίτερη σημασία όχι τόσο για την ανάκτηση υλικών αλλά κυρίως για τη διαχείριση των επικίνδυνων υλικών που εμπεριέχονται στις περισσότερες συσκευές. Η ευρωπαϊκή νομοθεσία απαιτεί την ανακύκλωση των ΑΗΗΕ σε πιστοποιημένες μονάδες όπου ανακτώνται υλικά όπως ο χαλκός, ο χρυσός, το ασήμι κλπ και εμποδίζεται η διαρροή στο περιβάλλον επικίνδυνων βαρέων μετάλλων όπως ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, το κάδμιο, το εξασθενές χρώμιο κ.α.

Διπλωματική Εργασία 25 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Οι υψηλότερες τιμές των μετάλλων διεθνώς, σε συνδυασμό με την προώθηση της οργανωμένης συλλογής, λόγω της οδηγίας 2002/96/ΕΚ για τα απόβλητα του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού, και της μετέπειτα οδηγίας 2012/19/ΕΕ, επέφεραν αύξηση των ποσοτήτων ΑΗΗΕ που συλλέγονται χωριστά από τα οικιακά απόβλητα. Παρά τη θέσπιση κανόνων και εφαρμογή ενός νομοθετικού πλαισίου, στην Ε.Ε. μόλις το 1/3 των ΑΗΗΕ ανακυκλώνεται μέσω των εγκεκριμένων συστημάτων. Το υπόλοιπο ποσοστό είτε εξακολουθεί να πηγαίνει σε ΧΥΤΑ, είτε εξάγεται σε τρίτες χώρες, συχνά παράνομα. Μεγάλο μερίδιο των μη δηλούμενων αλλά συλλεγόμενων ΑΗΗΕ, είτε υποβάλλεται σε επεξεργασία εντός της ΕΕ χωρίς τη δέουσα περιβαλλοντική φροντίδα, είτε αποστέλλεται παράνομα σε αναπτυσσόμενες χώρες, όπου μέρη των πολύτιμων υλικών ανακυκλώνονται κατά τρόπο επικίνδυνο για την υγεία και το περιβάλλον [4]. Το πρόβλημα διογκώνεται από το γεγονός ότι τα ΑΗΗΕ είναι τα ταχύτερα αυξανόμενα απόβλητα στην Ε.Ε. όπου, από 8,3- 9,1 εκατομμύρια τόνους το 2005, θα φτάσουν τα 12,3 εκατομμύρια τόνους, το 2020. Σήμερα αποτελούν το 4% των αστικών αποβλήτων στην Ε.Ε [29].

Στη χώρα μας η ετήσια παραγωγή αποβλήτων ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού εκτιμάται στους 80.000-115.000 τόνους ετησίως. Τα απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού έχουν προσδιοριστεί από την ελληνική νομοθεσία ως ρεύμα αποβλήτων προτεραιότητας, λόγω της επικινδυνότητάς τους, της ταχείας αύξησης του όγκου τους και των σημαντικών επιπτώσεων που προκαλεί η παραγωγή του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού στο περιβάλλον.

Τα έσοδα από τη διαχείριση των ΑΗΗΕ στην Ε.Ε. αποτιμώνται σε περίπου 2 δις ευρώ ετησίως ενώ εκτιμάται ότι το 2020 θα ανέρχονται σε 5,6 δις ευρώ ετησίως. Δεδομένου ότι πρόκειται για δραστηριότητα που επιτελείται ως επί το πλείστον εντός της ΕΕ, η διαχείριση των συγκεκριμένων αποβλήτων δημιουργούν έσοδα και απασχόληση, αφού ο κλάδος είναι υψηλής έντασης εργασίας.

Η σωστή διαχείριση των ΑΗΗΕ μπορεί να εξασφαλίσει την ανάκτηση πολύτιμων μετάλλων όπως χαλκό, χρυσό, άργυρο, παλλάδιο συνολικής αξίας 48δισεκ. Ευρώ από τα απόβλητα που αναμένονται την επόμενη 5ετία [4]. Η συγκεντρώσεις αυτών των μετάλλων στα ηλεκτρονικά απόβλητα είναι σημαντικά υψηλότερες σε σχέση με τα πρωτογενή φυσικά κοιτάσματα από τα οποία εξορύχθηκαν αυτά τα μέταλλα (για τον Ag είναι σχεδόν 130 φορές υψηλότερη) [4].

Διπλωματική Εργασία 26 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Η επεξεργασία ΑΗΗΕ στην ΕΕ, χωρίς τις κατάλληλες διαδικασίες, προξενεί ζημιές στο περιβάλλον, ιδίως λόγω της απελευθέρωσης βαρέων μετάλλων, όπως π.χ. υδραργύρου από τους συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού και τις επίπεδες οθόνες ή μολύβδου από τις τηλεοπτικές συσκευές. Με βάση τις εκτιμήσεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, την περίοδο 2011-2020, από εξοπλισμό ψύξης και κλιματισμού ελευθερώνονται κατά μέσον όρο ετησίως περισσότεροι από 6.700 τόνοι αερίων του θερμοκηπίου, τα οποία καταστρέφουν το όζον, με αποτέλεσμα κλιματικές ζημίες ύψους 1 δις ευρώ ετησίως.

Η ακατάλληλη επεξεργασία και ανεξέλεγκτη απόρριψη αποβλήτων στις αναπτυσσόμενες χώρες συνιστά πρόβλημα για την υγεία των ανθρώπων, που εκτίθενται σε άκρως τοξικές ουσίες όταν αφαιρούν τα πολύτιμα υλικά από τα ΑΗΗΕ, χωρίς μεθόδους προστασίας της υγείας και του περιβάλλοντος [30, 29, 31]. Αν δεν χρησιμοποιούνται βέλτιστες πρακτικές, χάνονται ανακυκλώσιμα πολύτιμα μέταλλα και πλαστικές ύλες, και προκαλείται σοβαρή υποβάθμιση του περιβάλλοντος.

Με τη σωστή διαχείριση, ελαχιστοποιούνται οι διαρροές επικίνδυνων ουσιών στο περιβάλλον και ανακτώνται πολύτιμα μέταλλα και υλικά. Με βάση τα στοιχεία της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Περιβάλλοντος, τα υλικά αυτά (ως ποσοστό του βάρους των ΑΗΗΕ) είναι:

Σίδηρος – ατσάλι 47,9%

Πλαστικό 20,6%

Χαλκός 7%

Γυαλί 5,4%

Αλουμίνιο 4,7%

Πίνακες κυκλωμάτων 3,1%

Υπόλοιπα 11,3%

Στην κατηγορία των υπολοίπων περιλαμβάνονται πολύτιμα μέταλλα όπως χρυσός και άργυρος αλλά και επικίνδυνες ουσίες όπως ο μόλυβδος, ο υδράργυρος κλπ.

Οι ποσοτικοί στόχοι για την ανακύκλωση και προετοιμασία για επαναχρησιμοποίηση ΑΗΗΕ κυμαίνονται μεταξύ 50-80%, ανάλογα με την κατηγορία του εξοπλισμού, ενώ για την ανάκτησή τους τα ποσοστά κυμαίνονται μεταξύ 70-80%.

Διπλωματική Εργασία 27 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Η ευθύνη για την οργάνωση της χωριστής συλλογής και αξιοποίησης των ΑΗΗΕ επιβάλλεται στους παραγωγούς ΗΗΕ, δηλ. σε κάθε φυσικό ή νομικό πρόσωπο που διαθέτει για πρώτη φορά στην ελληνική αγορά προϊόντα ηλεκτρικού & ηλεκτρονικού εξοπλισμού, ανεξάρτητα από τη χώρα προέλευσης τους, είτε αυτά προορίζονται για οικιακή (B2C) είτε για επαγγελματική χρήση (B2B). Υποχρεωμένοι να συμμετέχουν στο σύστημα είναι δύο επαγγελματικές κατηγορίες, οι παραγωγοί και οι διακινητές (διανομείς) ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού.

Παραγωγοί ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Κάθε παραγωγός υποχρεούται να προβεί στις εξής ενέργειες:

1. να οργανώνει και να χρηματοδοτεί την εναλλακτική διαχείριση των ΑΗΗΕ από τα δικά του προϊόντα που διαθέτει στην ελληνική αγορά. Οι παραγωγοί ΗΗΕ μπορούν να επιλέγουν εάν θα εκπληρώνουν την υποχρέωση αυτή ατομικά, με την οργάνωση εγκεκριμένου συστήματος ατομικής εναλλακτικής διαχείρισης, ή συλλογικά, με την ένταξή τους σε εγκεκριμένο συλλογικό σύστημα εναλλακτικής διαχείρισης ΑΗΗΕ.

2. να επισημαίνει με το σύμβολο του διαγραμμένου κάδου τα προϊόντα που διαθέτει στην ελληνική αγορά.

3. να είναι εγγεγραμμένος στο Μητρώο Παραγωγών του ΗΗΕ και να εμφανίζει τον αριθμό Μητρώου του σε όλα τα νομιμοποιητικά και οικονομικά έγγραφά του (σφραγίδα της εταιρείας, Δελτία Αποστολής, Τιμολόγια κλπ.).

4. από την 1η Ιουλίου 2006, ο ηλεκτρικός και ηλεκτρονικός εξοπλισμός που διαθέτει κάθε παραγωγός στην ελληνική αγορά και υπάγεται στις κατηγορίες 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 και 10 του Παραρτήματος Ι του ΠΔ 147/2013, δεν πρέπει να περιέχει μόλυβδο, υδράργυρο, κάδμιο, εξασθενές χρώμιο, πολυβρωμοδιφαινύλια (PBB) ή πολυβρωμοδιφαινυλαιθέρες (PBDE) σε συγκεντρώσεις υψηλότερες της μέγιστης συγκέντρωσης κατά βάρος που καθορίζεται στο Παράρτημα ΙΙ του ανωτέρω ΠΔ (Οδηγία RoHS). Εξαιρούνται οι περιπτώσεις που απαριθμούνται στο Παράρτημα ΙΙΙ του ιδίου ΠΔ. Η συμμόρφωση των παραγωγών γίνεται με κατάθεση Δήλωσης Συμμόρφωσης ΕΕ. Ο εισαγωγέας πρέπει να ζητεί επιπλέον γραπτή βεβαίωση από τον κατασκευαστή του ΗΗΕ, προκειμένου να διασφαλίζει ότι πληροί τις υποχρεώσεις του. Ειδικότερα, για τα προϊόντα που εισάγονται από κατασκευαστές που δεν είναι εγκατεστημένοι στην Ευρωπαϊκή Ένωση, εκτός από τη γραπτή Βεβαίωση του

Διπλωματική Εργασία 28 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

κατασκευαστή, η συμμόρφωση των προϊόντων βεβαιώνεται επιπλέον και επί των Τιμολογίων Αγοράς κατά την εισαγωγή τους.

5. να παρέχει τις πληροφορίες για τη χρήση και τις επεξεργασίες των προϊόντων που πωλεί (τα διάφορα συστατικά και υλικά και τις θέσεις των επικίνδυνων ουσιών και παρασκευασμάτων που υπάρχουν στον εξοπλισμό που διαθέτουν στην αγορά).

Εικόνα 8 Ανακύκλωση ΑΗΗΕ στην ΕΕ [32]

Διακινητές (διανομείς) ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Κάθε διακινητής (διανομέας) υποχρεούται:

1. να διακινεί στην ελληνική αγορά προϊόντα ΗΗΕ των οποίων οι παραγωγοί είναι καταχωρημένοι στο μητρώο παραγωγών και ενταγμένοι σε συστήματα εναλλακτικής διαχείρισης ΑΗΗΕ.

2. κατά την παροχή νέου προϊόντος, να παραλαμβάνει από τους τελικούς χρήστες, με σχέση ένα προς ένα, χωρίς επιβάρυνση, αποσυρόμενο εξοπλισμό, ο οποίος είναι ισοδύναμου τύπου και εκπληρώνει τις ίδιες λειτουργίες με τον παρεχόμενο εξοπλισμό.

Διπλωματική Εργασία 29 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

3. να προσφέρει στους τελικούς χρήστες, στα καταστήματα λιανικής τα οποία διαθέτουν χώρους πώλησης ΗΗΕ εμβαδού τουλάχιστον 400 m2 ή πολύ κοντά σε αυτά, τη δυνατότητα δωρεάν απόρριψης πολύ μικρών ΑΗΗΕ χωρίς υποχρέωση αγοράς αντίστοιχου ΗΗΕ.

Οι τελικοί χρήστες των ειδών ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού υποχρεούνται να διαχωρίζουν τα ΑΗΗΕ από τα λοιπά οικιακά απόβλητα και να τα παραδίδουν σε ειδικούς χώρους - σημεία συλλογής ΑΗΗΕ.

Ειδικά για τη συλλογή των ΑΗΗΕ μη οικιακής προέλευσης οι ενδιαφερόμενοι επικοινωνούν με το σύστημα εναλλακτικής διαχείρισης ΑΗΗΕ κοινοποιώντας:

Τα πλήρη στοιχεία της επιχείρησης

Τον τόπο παραλαβής των ΑΗΗΕ

Αναλυτική και συγκεντρωτική κατάσταση των προς απόσυρση ΑΗΗΕ

Το σύστημα σε συνεννόηση με τους ενδιαφερόμενους καθορίζει την ημερομηνία για την παραλαβή. Κατά την παραλαβή των ΑΗΗΕ η επιχείρηση εκδίδει Δελτίο Αποστολής στο αντίστοιχο σύστημα εναλλακτικής διαχείρισης, με τόπο παράδοσης που ορίζεται από το σύστημα. Το σύστημα εκδίδει στο όνομα της επιχείρησης «Βεβαίωση Παραλαβής» των ΑΗΗΕ, το οποίο χρησιμεύει στην επιχείρηση για τη διαγραφή των αποσυρόμενων ειδών από τον πάγιο εξοπλισμό της.

Στην περίπτωση αυτή, το κόστος της εναλλακτικής διαχείρισης καλύπτεται από την επιχείρηση που αποσύρει τον εξοπλισμό, εκτός εάν:

α) τα αποσυρόμενα προϊόντα αντικαθίστανται από νέο ισοδύναμου τύπου εξοπλισμό, για τον οποίο ο προμηθευτής του έχει ήδη πληρώσει χρηματική εισφορά κατά την πώλησή ή

β) είναι εξοπλισμός ο οποίος είχε διατεθεί στην αγορά μετά τις 13 Αυγούστου 2005.

Ευρωπαϊκές Οδηγίες

• Οδηγία ΕΕ 2012/19

• Οδηγία ΕΕ 2003/108 – τροποποίηση άρθρου 9 της ΕΕ202/96/EC

• Οδηγία ΕΕ 2002/96/EC

Διπλωματική Εργασία 30 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ελληνική Νομοθεσία

• Νόμος 4496 (Τροποποίηση του ν. 2939/2001 για την εναλλακτική διαχείριση των συσκευασιών και άλλων προϊόντων, προσαρμογή στην Οδηγία 2015/720/ΕΕ, ρύθμιση θεμάτων του Ελληνικού Οργανισμού Ανακύκλωσης και άλλες διατάξεις)

• ΚΥΑ 181504/2016 (Κατάρτιση, περιεχόμενο και σύστημα διαχείρισης του Εθνικού Μητρώου Παραγωγών (Ε.Μ.ΠΑ.). Καθορισμός διαδικασίας εγγραφής των παραγωγών, στο πλαίσιο της εναλλακτικής διαχείρισης των συσκευασιών και άλλων προϊόντων)

• ΚΥΑ Η.Π. 23615/651/Ε.103 (Ενσωμάτωση της Ευρωπαϊκής οδηγίας 19/2012/EC στο ελληνικό δίκαιο)

• Νόμος 4042/2012 (Ποινική προστασία του περιβάλλοντος. Ίδρυση Ε.Ο.ΑΝ (Ελληνικός Οργανισμός Ανακύκλωσης)

• Απόφαση 133480(ΦΕΚ2711/2011) (Καθορισμός κανόνων, όρων και προϋποθέσεων για την εναλλακτική διαχείριση των αποβλήτων ειδών ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΑΗΗΕ), σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της Οδηγίας 2012/19/ΕΚ «σχετικά με τα απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (ΑΗΗΕ)», του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 4ης Ιουλίου 2012 και άλλες διατάξεις)

• Νόμος 3854/2010 (Τροποποίηση του νόμου 2939/2001 για την εναλλακτική διαχείριση των συσκευασιών και άλλων προϊόντων)

• Προεδρικό Διάταγμα 15/2006 (Τροποποίηση του ΠΔ 117/2004 σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2003/108 για την τροποποίηση της οδηγίας 2002/96 σχετικά με τα ΑΗΗΕ (επαγγελματικά)

• KYA 112145/24.12.2004 Ξεχωριστή αναγραφή χρηματικής εισφοράς

• Προεδρικό Διάταγμα 117/2004 (Μέτρα, όροι και πρόγραμμα για την εναλλακτική διαχείριση των ΑΗΗΕ, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις των Οδηγιών 2002/95 (περιορισμός χρήσης επικινδύνων ουσιών σε είδη ΗΗΕ) και 2002/96 (ΑΗΗΕ)

• Νόμος 2939/01 (Διαχείριση Στερεών Αποβλήτων και ευθύνη των παραγωγών)

Διπλωματική Εργασία 31 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

2.1.1 Περιβαλλοντικά θέματα κατασκευής και λειτουργίας φωτοβολταϊκών πάρκων Τα περιβαλλοντικά θέματα με έμφαση στη διαχείριση της ενέργειας και των αποβλήτων κατά τη φάση κατασκευής και λειτουργίας των φωτοβολταϊκών πάρκων είναι:

• Ελαχιστοποίηση και διαχείριση της παραγωγής αποβλήτων από κατασκευαστικές δραστηριότητες του έργου με μείωση των ροών αποβλήτων και ανακυκλώνοντας όπου είναι εφικτό • απόθεση των αποβλήτων σε περιβαλλοντικά αποδεκτούς χώρους σύμφωνα με τους τοπικούς σχετικούς κανονισμούς. • Ολοι οι σχετικοί εργολάβοι θα πρέπει να πιστοποιηθούν • Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.

Οι ξεχωριστές κατηγορίες αποβλήτων που μπορεί να δημιουργηθούν από τις κατασκευαστικές δραστηριότητες μπορεί να είναι:

• απόβλητα εκσκαφών • ρυπασμένα εδάφη • υγρά απόβλητα • νερά καταιγίδων • απόβλητα αποχετεύσεων • βιομηχανικά απόβλητα όπως scrap μετάλλων • ελεγχόμενοι ρύποι όπως υδρογονάνθρακες και υπολείματα βαφής • αστικά απόβλητα

Κατά την κατασκευή των ΦΒ πάρκων θα προκύψουν στερεά απόβλητα που θα αποτελούνται από τα αστικού τύπου απορρίμματα του προσωπικού και της εργοταξιακής εγκατάστασης, από τα υλικά συσκευασίας (συσκευασία από χαρτί και χαρτόνι, πλαστική συσκευασία, ξύλινη συσκευασία), από τον απορριπτόμενο ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό (μετασχηματιστές και πυκνωτές περιέχουν PCB, υπολείματα καλωδίων) και από τα υλικά των εκσκαφών (χώματα και πέτρες καθώς και φυτικά υπολείματα).

Συνήθως τα αστικού τύπου απόβλητα οδηγούνται σε σημεία συλλογής των δημοτικών απορριμάτων ενώ τα ανακυκλώσιμα υλικά (ξύλο, χαρτί, χαρτόνι, ηλεκτρικός και ηλεκτρονικός εξοπλισμός, μπαταρίες και συσσωρευτές) οδηγούνται σε πιστοποιημένους φορείς ανακύκλωσης αυτών.

Διπλωματική Εργασία 32 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ειδική μέριμνα λαμβάνεται στη περίπτωση των σπασμένων ή ελλατωματικών ΦΒ πανέλων, τα οποία συγκεντρώνονται προσεκτικά σε ειδικό φυλασσόμενο χώρο (συνήθως μεταλλικά εμπορευματοκιβώτια container).

Εικόνα 9 ΦΒ πανέλα c-Si ομαδοποιημένα προς τοποθέτηση στο χώρο του εργοταξίου.Πηγή: Αρχείο συγγραφέα

Κατά τη λειτουργία του ΦΒ πάρκου τα μόνα πιθανά απόβλητα που θα παράγονται είναι ο απορριπτόμενος ηλεκτρικός και ηλεκτρονικός εξοπλισμός που θα αντικαθίστανται μετά από βλάβη ή το πέρας του χρόνου λειτουργίας τους. Αυτά συλλέγονται και οδηγούνται σε πιστοποιημένους αδειοδοτημένους συλλέκτες για ανακύκλωση.

Προκειμένου να εκτιμηθεί η πιθανότητα τα πανέλα ΦΒ στις οροφές και στο έδαφος να γίνουν απόβλητα πριν από το προσδόκιμο ζωής τους, έγιναν αναλύσεις των αιτιών αστοχίας τόσο από την βιομηχανία ΦΒ όσο και από τους εφαρμοστές-εγκαταστάτες ΦΒ. Εχουν αναγνωρισθεί τρεις φάσεις αστοχίας [3]:

• Πρώϊμες βλάβες που εμφανίζονται μέχρι τα πρώτα 4 χρόνια( κατά μέσο όρο 2 χρόνια) μετά την εγκατάσταση • Ενδιάμεσο στάδιο από τα 5 έως τα 11 χρόνια μετά την εγκατάσταση • Τελικό στάδιο, αστοχίες που εμφανίζονται περίπου 12 χρόνια μετά την εγκατάσταση έως το εκτιμώμενο τέλος-κύκλου-ζωής στα 30 χρόνια.

Διπλωματική Εργασία 33 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 10 Διάφοροι τύποι αστοχίας ΦΒ σύμφωνα με τα παράπονα του τελικού χρήστη [3] Η κύριες αιτίες αστοχίας στο πρώϊμο στάδιο περιλαμβάνουν μειωμένο μετασχηματισμό του φωτός, κακό σχεδιασμό, ελλειπή εργασία στερέωσης, και κακή κατασκευή στήριξης. Επίσης πολλές αστοχίες έχουν αναφερθεί στα ηλεκτρικά συστήματα όπως στους ακροδέκτες, στα ακροκιβώτια, στους ελεγκτές φόρτισης, στις καλωδιώσεις και στη γείωση [3]. Στο ενδιάμεσο στάδιο οι κύριες αστοχίες σχετίζονται περισσότερο με την αλλοίωση του καλύματος προστασίας στην αντανάκλαση του γυαλιού, αποχρωματισμό του EVA, αποκόλληση και ρωγμάτωση της ενθυλάκωσης των κυψελών [3].

Συχνές αστοχίες σε όλα τα στάδια μέχρι τα πρώτα 12 χρόνια είναι (μετά από επαναλαβανόμενο κύκλο έκθεσης σε μηχανική καταπόνηση λόγω ανέμου, χιονιού καθώς και θερμικής καταπόνησης) φθορά των επαφών στους συνδέσμους των καλωδίων, ρηγμάτωση του γυαλιού, άνοιγμα του αλουμινένιου πλαισίου και δυσλειτουργία των διόδων [6].

Στο τελικό στάδιο, οι αστοχίες που παρατηρούνται σαν αυτές στο ενδιάμεσο, αυξάνονται εκθετικά επιπρόσθετα της διάβρωσης των κυψελών και των αγωγών τους. Το 40% των πανέλων που επιθεωρήθηκαν εμφανίζει τουλάγχιστον μία κυψέλη με μικρο-ρηγματώσεις. Αυτό το σύμπτωμα οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι τα πανέλα που κατασκευάστηκαν μετά το 2008 έχουν λεπτότερες κυψέλες [3].

Διπλωματική Εργασία 34 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 11Πανέλο πολυκρυσταλλικού Si με κατεστραμμένες κυψέλες από βραχυκύκλωμα Πηγή: Αρχείο συγγραφέα Η παραπάνω ανάλυση αφορά καθαρά την αστοχία του υλικού και την επίδραση κάποιων κλιματολογικών παραγόντων σε αυτό. Στην πραγματικότητα και σε κλίμακα έργου είναι πιο έντονες οι φθορές και οι βλάβες πράγμα που αναδεικνύει καθημερινά την σημασία της ύπαρξης οργανωμένης συντήρησης. Η ποιότητα των υλικών που επιλέγονται για την κατασκευή των ΦΒ πάρκων παίζει μεγάλο ρόλο στην μετέπειτα ενεργειακή και περιβαλλοντική του απόδοση στην εκτίμηση-κύκλου-ζωής του. Τα υλικά των ΦΒ πάρκων βρίσκονται συνεχώς εκτεθημένα στις καιρικές συνθήκες, στο ευρύτερο οικοσύστημα της περιοχής και σε δολιοφθορές. Ειδικά η τελευταία περίπτωση της δολιοφθοράς, έχει λάβει τεράστιες διαστάσεις στις μέρες μας χωρίς γεωγραφικούς περιορισμούς. Συνήθως ο στόχος είναι τα καλώδια λόγω του πολύτιμου για εκμετάλλευση χαλκού που περιέχουν. Αυτά τα κρούσματα λαμβάνουν χώρα κυρίως το βράδυ που λόγω της έλλειψης φωτός το πάρκο δεν παράγει ρεύμα άρα είναι ευάλωτο στην προσέγγιση. Ειδικά στα μεγάλα πάρκα (>100kW) που οι διατομές των καλωδίων είναι μεγάλες, τα φαινόμενα είναι επαναλαμβανόμενα. Υπάρχουν καθημερινά περιπτώσεις που αμέσως μόλις αποκατασταθεί η απώλεια των καλωδίων με νέα, γίνεται ξανά σε ελάχιστες μέρες καινούργια δολιοφθορά.

Διπλωματική Εργασία 35 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 12 Θρυματισμένο πανέλο c-Si από χαλάζι Πηγή: Αρχείο συγγραφέα. Αυτά τα φαινόμενα συνεπάγονται στη διαχείριση των ΦΒ πάρκων, εκτροχιασμό στους δείκτες και τις εκτιμήσεις των μοντέλων εκτίμησης κύκλου ζωής. Προφανώς γιατί τελικά τα μηχανήματα και οι εργασίες που απαιτούνται είναι στο σύνολο των 25-30 ετών πολύ περισσότερα από την αρχική απλή εκτιμόμενη εγκατάσταση. Φυσικά, το ίδιο συμβαίνει και με το ρεύμα των αποβλήτων όπου λόγω της παραπάνω περίπτωσης δεν έχουμε να κάνουμε με αστοχία υλικού στα πλαίσια στατιστικών αναλύσεων αλλά με επιπρόσθετες ροές αποβλήτων σε μεγέθη που μπορεί να οδηγήσουν μέσα στη 10ετία σε πλήρη αντικατάσταση των ηλεκτρικών μερών περισσότερο από δύο φορές.

Καθημερινά οι ομάδες συντήρησης των ΦΒ πάρκων αντιμετωπίζουν περιστατικά φθορών και αντικατάστασης υλικού όπως καλωδίων, πυκνωτών, καμένων μετασχηματιστών, inverters, που οφείλονται σε «εισβολείς» του παρακείμενου οικοσυστήματος όπως ερπετά, έντομα, αρουραίοι, που βρίσκουν καταφύγιο εντός των εγλαταστάσεων, μέσα στους ηλεκτρικούς πίνακες και κάτω από τα πανέλα.

Επιπρόσθετα, θα πρέπει να τονίσουμε ότι οι καιρικές συνθήκες δεν ακολουθούν πάντα τα μοντέλα των αρχικών μελετών. Έτσι φαινόμενα έντονων ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων (βροχή, χιόνι, χαλάζι) απαιτούν υποστήριξη αποκατάστασης των βλαβών στο ΦΒ πάρκο καθώς και της πρόσβασης σε αυτό. Συνήθως οι καιρικές συνθήκες οδηγούν σε επιπρόσθετα απόβλητα υλικών εκσκαφών, απόβλητα ΦΒ πανέλων και ΗΗΕ (βραχυκυκλωμένα καλώδια, απώλεια της μόνωσης στους inverters). Στις βάσεις στήριξης, η επίδραση του καιρού έχει

Διπλωματική Εργασία 36 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

βαθμιαία επίπτωση στη διάβρωση του υλικού (όχι όμως σε πρόωρη καταστροφή του) και στην αποσάθρωση των εδαφών που συνήθως προκαλεί αποκάλυψη των καλωδίων στα χαντάκια και τα στηρίγματα των βάσεων.

Η εγκατάσταση πανέλων δεν δημιουργεί περιβαλλοντικές επιπτώσεις με την έννοια της κατανάλωσης ενέργειας και εκπομπής ρύπων. Ωστόσο η δέσμευση εδαφικής επιφάνειας μπορεί να είναι ένα θέμα. Η επιφάνεια του εδάφους που καταλαμβάνεται από ένα Φ/Β πάρκο είναι συνάρτηση της εγκατεστημένης ισχύος. Κατά μέσο όρο 10m2 επιφανείας απαιτούνται για εγκατεστημένο kW. Αυτό ποικίλει ανάλογα με τον τύπο των πανέλων και σχετικών παραμέτρων καθώς και από το χώρο που απαιτείται ανάμεσα στα πανέλα ώστε να μη δημιουργούνται φαινόμενα σκίασης. Προφανώς η εγκατάσταση πανέλων σε επιφάνειες ήδη δεσμευμένες για άλλο λόγο όπως οι σκεπές, συγκριτικά μειώνει την περιβαλλοντική επιβάρυνση σε σχέση με την εγκατάσταση στο έδαφος [33]. Η επιβάρυνση του συστήματος αποθήκευσης της ενέργειας είναι συνάρτηση του σταθμού ενέργειας και του τύπου μπαταριών που χρησιμοποιεί [34].

Τα πανέλα mc-Si απαιτούν συνήθως 30-40% λιγότερη επιφάνεια γης απότι τα λεπτού υμένα ανά MWp συγκρίνοντας τα αντίστοιχα εγκατεστημένα πάρκα [35]. Η αξιοποίηση των εδαφών είναι πολύ σημαντικό ζήτημα στις αναπτυσσόμενες χώρες καθώς η οικονομία τους στηρίζεται στην γεωργία. Καθώς τα ΦΒ πάρκα απαιτούν μεγάλες εκτάσεις γης θα μπορούσε αυτό να έχει επίπτωση στην αγροτική παραγωγή και στο απόθεμα τροφίμων. Μακροχρόνιες μελέτες έδειξαν ότι σε ΦΒ πάρκα 500MWp το έδαφος κάτω από τα ΦΒ πανέλα αλλάζει με τον καιρό εξαιτίας της σκίασης και της διαρροής φορτίου από τα πανέλα μέσω του συστήματος γειώσεως στο έδαφος [35]. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η βιωσιμότητα των αγροτικών περιοχών και το απόθεμα ασφαλείας των τροφίμων οι ερευνητές και σχεδιαστές μεγάλων ΦΒ πάρκων πρότειναν τη διπλή χρήση της γης και για ΑΠΕ και για καλλιέργιες. Η διπλή χρήση αυτών των περιοχών εισήγαγε τον όρο αγρο- φωτοβολταϊκό πάρκο [35, 33]. Σε αυτά τα υβριδικά πάρκα ο χρόνος απόσβεσης μπορεί να μειωθεί κατά 30-35% αξιοποιώντας τα αγροτικά προιόντα μαζί με την παραγώμενη ενέργεια [35].

Διπλωματική Εργασία 37 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

3. Ανακύκλωση Αποβλήτων Φωτοβολταϊκών Πάρκων

H ευρωπαϊκή βιομηχανία φωτοβολταϊκών έχει δεσμευτεί να συλλέγει το 65% κατ’ ελάχιστον των φωτοβολταϊκών που έχουν εγκατασταθεί στην Ευρώπη από το 1990 και να ανακυκλώνει το 85% των υλικών (Πρωτοβουλία PVCYCLE).

Γενικά, η πλειονότητα των φωτοβολταϊκών μονάδων (85-90% της παγκόσμιας ετήσιας αγοράς) χρησιμοποιούν πλακίδιο με βάση το κρυσταλλικό πυρίτιο c-Si, σε μία από τις δύο κύριες μορφές του :

1)Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών πλαισίων κρυσταλλικού πυριτίου - Μέθοδος του οργανικού διαλύτη.

Είναι η πιο δημοφιλής μέθοδος ανακύκλωσης των φωτοβολταικών πλαισίων τύπου κρυσταλλικού πυριτίου. Συγκεκριμένα, ένα κομμάτι γυαλιού, τοποθετείται στην πλευρά εκείνη από την οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία, προκειμένου να δώσει μηχανική αντοχή, ανθεκτικότητα και οπτική διαφάνεια. Τα μονόκρυσταλλικά ή πολυκρυσταλλικά κύτταρα πυριτίου έχουν εγκλειστεί με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας και τη χρήση του EVA(αιθυλένιο-οξικό βινύλιο), το οποίο εμφανίζει εξαιρετική αντοχή στην υγρασία. Από την άλλη πλευρά του πλαισίου τοποθετούνται πλαστικά φθοριούχα φιλμ στην επιφάνειά ώστε να επιτευχθεί η προστασία της.

Για την ανάκτηση των φωτοβολταϊκών κυττάρων, έχουν προταθεί οι ακόλουθες μέθοδοι :

Η μέθοδος του νιτρικού οξέος [3, 12]

Η διαδικασία της θερμικής αποσύνθεσης [7, 6]και μία ρευστοποιημένη μέθοδος καύσης [6, 11]).

Στις παραπάνω μεθόδους, τα ηλεκτρόδια της επιφάνειας απομακρύνονται από τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είτε μέσω μίας διαδικασίας υψηλής σε θερμοκρασία (τα μέταλλα των ηλεκτροδίων αλλοιώνονται) είτε μέσω μιας διαδικασίας οξέος.

Με σκοπό την επιβεβαίωση της εφαρμοσιμότητας του οργανικού διαλύτη με τη συμβατική μέθοδο των φωτοβολταϊκών κυττάρων, ετοιμάστηκαν δείγματα τα οποία προσομοιώνουν την υπερκείμενη δομή. Η μία μονάδα κυψελών έχει μία δομή σάντουιτς από γυαλί / EVA /PV κύτταρο / ΕVΑ / φύλλο αλουμινίου. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε και ένα κύτταρο πολυκρυσταλλικού πυριτίου .Μετά από διεργασία 15 sec σε 1553oC, τα δείγματα τέθηκαν

Διπλωματική Εργασία 38 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

σε τριχλωροαιθυλένιο, το οποίο αφέθηκε σε θερμοκρασία δωματίου για αρκετές ημέρες. Στην περίπτωση αυτή , το φωτοβολταϊκό κύτταρο διασπάστηκε από τη διόγκωση του EVA Αποτέλεσμα της εφαρμογής οργανικού διαλύτη χωρίς την χρήση μηχανικής πίεσης.

2)Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών πλαισίων λεπτού υμενίου.

Η τεχνολογία λεπτών υμενίων χρησιμοποιεί υλικά από τελλουριούχο κάδμιο (telluride - CdTe) και διθείουχο ίνδιο (copper indium disulphide/diselenide-CIS) λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής και της χαμηλής ενέργειας που απαιτούν τα συγκεκριμένα υλικά κατά την παραγωγή τους. Στόχος είναι το μέγιστο κέρδος. Συγκεκριμένα, η ενέργεια αποπληρωμής για το CdTe είναι περίπου ένα (1) έτος.

Γενικά στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών τεχνολογίας CdTe, η ανακύκλωση είναι υποχρεωτική. Με την προμήθεια των πλαισίων αυτών, ο παραγωγός δεσμεύεται με συμβόλαιο να παραδώσει τα φωτοβολταϊκά πάνελ στην κατασκευάστρια εταιρία μετά τον ωφέλιμο χρόνο ζωής τους, η δε κατασκευάστρια εταιρία δεσμεύεται να τα ανακυκλώσει και να ανακτήσει το CdTe. Στην αρχική τιμή των πλαισίων αυτών περιλαμβάνεται και το κόστος συλλογής και ανακύκλωσης, έστω κι αν κάτι τέτοιο θα συμβεί μετά από 20-30 χρόνια. Έχει δημιουργηθεί μάλιστα και ειδικό ασφαλιστικό ταμείο το οποίο διασφαλίζει τη συλλογή και ανακύκλωση των πλαισίων ακόμη κι αν εν τω μεταξύ εκλείψουν οι κατασκευάστριες εταιρίες

Η ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών λεπτού υμενίου βασίζεται σε μηχανικές διαδικασίες για τη μείωση των ποσοτήτων τόσο των χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται για συμβατική ανακύκλωση όσο και των αποβλήτων. Για τον λόγο αυτόν έχουν αναπτυχθεί δύο τεχνικές ανακύκλωσης.

Τα βασικά βήματα και για τις δύο τεχνικές είναι οι εξής:

·Καταστροφή του ελάσματος,

·Διαχωρισμός του ημιαγωγού από το γυάλινο υπόστρωμα,

·Εμπλουτισμός του υλικού ημιαγωγού και

·Επαναχρησιμοποίηση των ανακυκλωμένων ημιαγωγών για την παραγωγή λεπτών υμενίων.

Διπλωματική Εργασία 39 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα λεπτών υμενίων από CdTe μπορούν να παραχθούν με τη χρήση των πιο κάτω τεχνικών:

εξάχνωση στο χώρο,

μεταφορά ατμού με απόθεση,

φυσική και χημική εναπόθεση ατμού,

εναπόθεση με καθοδική διασκόρπιση,

εναπόθεσης οθόνης εκτύπωσης,

ηλεκτροεναπόθεση (χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα Cd2+ )

3+ και εναπόθεση ψεκασμού (χρησιμοποιώντας CdCl2 και HTeO και στοιχειακό Te)

Με εξαίρεση τις δύο τελευταίες μεθόδους, όλες οι υπόλοιπες διαδικασίες βασίζονται στη χρήση CdTe ως πρώτη ύλη λόγω της υψηλής καθαρότητας του (> 99,999%), η οποία απαιτείται για την παραγωγή των φωτοβολταϊκών κυττάρων. Οι επιπτώσεις του καδμίου και του τελλουρίου δεν περιλαμβάνονται στην αποτίμηση, επειδή εμφανίζονται μόνο σε αυτό το υπολογιστικό μοντέλο, όταν θα έχουν χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή των φωτοβολταϊκών μονάδων.

Τμήμα πανέλου Υλικό % Kg/tn ΦΒ αποβλ.

Πλαίσιο Αλουμίνιο 14,7% 147,0

Σίδηρος 8,65% 86,5

Ακροκιβώτιο & καλώδιο Χαλκός 1,90% 19,0

Πλαστικό 2,85% 28,5

Περίβλημα ενθυλάκωσης Αιθυλο-βινίλιο ακετόνη 4,52% 45,2 EVA

Οπισθόφυλλο PET 1,91% 19,1

Γυάλινη επιφάνεια Γυαλί 59,51% 595,1

Διπλωματική Εργασία 40 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ηλιακές κυψέλες Πυρίτιο 1,82% 18,2

Αλουμίνιο 2,01% 20,1

Χαλκός 1,99% 19,9

Άργυρος 0,12% 1,24

Πίνακας 3 Σύνθεση αποβλήτων ΦΒ Πηγή [36]

Ωστόσο, η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από Cd και Te είναι περίπου το 1% του συνόλου των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των διαδικασιών ανακύκλωσης και μπορεί ως εκ τούτου να θεωρηθεί αμελητέο [37, 38, 39]. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης - με βάση τις επιπτώσεις από 1 kWp του CdTe , εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας - μπορούν να να συγκριθούν με τα αποτελέσματα του CdTe το οποίο δεν κατεργάστηκε στην διεργασία ανακύκλωσης Λόγω της θετικής επίδρασης της ανακύκλωσης γυαλιού, η τεχνική ανακύκλωσης με τη χρήση σπασμένων μονάδων οδηγεί σε μικρότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

3.1 Ανάλυση των επικρατέστερων τάσεων στη μεθοδολογία τεχνολογιών ανακύκλωσης PV πανέλων

Η εκτίμηση του κύκλου-ζωής δείχνει ότι για όλες τις κατηγορίες επιπτώσεων στο περιβάλλον η μεγαλύτερη συμβολή οφείλεται στη μεταφορά των πανέλων στο κέντρο επεξεργασίας, στην διαδικασία καύσης και στην μετέπειτα διαδικασία ανάκτησης των μετάλλων από την παραμένουσα στάχτη (κοσκίνισμα, επίδραση με οξέα, ηλεκτρόλυση, εξουδετέρωση και φιλτράρισμα). Η συνολική επίπτωση στην κλιματική αλλαγή αυτής της επεξεργασίας υπολογίζεται στο ποσό των 370kg CO2eq. Αυτό οφείλεται κυρίως στην μεταφορά 29%, στην καύση του ΦΒ πολυστυρωματώδους υλικού 34% και στην επεξεργασία ανάκτησης μετάλλων 24% [40]. Εάν λάβουμε υπόψη ότι 1000kg αποβλήτων από ΦΒ αναλογούν σε 73μ2 πανέλων (πανέλα με βάρος 22kg και επιφάνεια 1,6m2) αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ότι 1m2 πυριτικών πανέλων σύμφωνα με την επεξεργασία FRELP (Full Recovery End Of Life Photovoltaic) θα προκαλέσει την εκπομπή 5kg CO2eq και θα καταναλώσει 30MJ ενέργειας [41].

Το ανακυκλωμένο τελλούριο από το σκραπ της παραγωγής ΦΒ και από τα πανέλα στο τέλος-κύκλου-ζωής μπορούν να συνεισφέρουν στην τροφοδοσία σε τελλούριο. Στην καλύτερη περίπτωση αυτές οι ροές ανακύκλωσης μαζί με καλύτερη διαχείριση του υλικού

Διπλωματική Εργασία 41 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

στα πανέλα και στο επίπεδο παραγωγής μπορεί να μειώσει την ανάγκη σε πρωτογενές τελλούριο κάτω από το μηδέν το 2038 [42].

3.1.1 Ανασκόπηση των μεθόδων Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία περιέχουν μικρές ποσότητες καδμίου και μολύβδου, ουσίες επικίνδυνες για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον [37, 12, 14, 43, 16, 22, 44, 40, 45, 46]. Οι ποσότητες αυτών [34, 13] των ουσιών που βρίσκονται στα φωτοβολταϊκά στοιχεία και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους αναφέρονται στη συνέχεια. Ενώ υπάρχει η δυνατότητα να διαφύγουν και άλλες ουσίες από τα φ/β στοιχεία, το κάδμιο και ο μόλυβδος παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη επικινδυνότητα για το περιβάλλον και την υγεία, καθώς αποτελούν τις μεγαλύτερες ποσότητες, αν και αντιπροσωπεύουν λιγότερο από το 1% της συνολικής μάζας τους.

Οι κύριες μεταβλητές που επηρεάζουν την ανθρώπινη υγεία είναι:

• Επικίνδυνες ιδιότητες των υλικών (τοξικές, καρκινογόνες ή εύφλεκτες)

• Βαθμός συγκέντρωσης

• Η συχνότητα και η διάρκεια της έκθεσης

• Απορροφητική ικανότητα του υποδοχέα

• Ευαισθησία των ανθρώπινων σωμάτων

3.1.2 Μέθοδοι ανακύκλωσης πάνελ κρυσταλλικού πυριτίου Η διαδικασία επεξεργασίας που αναπτύχθηκε από την Deutsche Solar το 2003, για τα c-Si πανέλα, βασίζεται στη θέρμανση για το διαχωρισμό των πολυμερών συστατικών του πανέλου ακολουθούμενη από τη μηχανική ανάκτηση των ηλιακών κυψελών, γυαλιού και μετάλλων [34]. Οι ηλιακές κυψέλες υπόκεινται στη συνέχεια σε χημική επεξεργασία ώστε να προκύψουν νέες νηφάδες Si που με περαιτέρω επεξεργασία θα αποτελέσουν την πρώτη ύλη σε νέες ηλιακές κυψέλες πανέλων. Τα υπόλοιπα υλικά προωθούνται σε μηχανισμούς ανάκτησης και ανακύκλωσης. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνει μεγάλο δείκτη ανάκτησης υλικών(>80%) και μειώνει στο 50% τον δείκτη ΕΡΤ του πανέλου. Ωστόσο η μεθοδολογία αυτή εμπεριέχει δύο περιορισμούς. Ο πρώτος αφορά την ανάγκη πολλαπλών μηχανικών διαδικασιών που περιορίζουν την αποδοτικότητα της παραγωγής και τα οικονομικά οφέλη.

Διπλωματική Εργασία 42 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Ο δεύτερος είναι η ευρεία διαδεδομένη εμπορική παραγωγή πανέλων c-Si διαφορετικών εταιριών και τύπων που απαιτούν ειδική επεξεργασία και επιπλέον δοκιμές ανά περίπτωση. Ετσι είναι ιδιαίτερα αναγκαία η επένδυση σε περισσότερο R&D σε πιο αυτοματοποιημένες διαδικασίες [34].

3.1.3 Μέθοδοι ανακύκλωσης πάνελ thin-film PV Η διαδικασία μίας τυπικής ροής ανακύκλωσης μπορεί να διαχωρισθεί στα παρακάτω στάδια επεξεργασίας

Εξάλειψη της διαστρωματικής δομής

Η ενθυλάκωση μπορεί να αφαιρεθεί με χρήση χημικών τασιενεργών, επεξεργασία με διαλύτες, κρυογονικές μεθόδους εκχύλιση και μηχανικό διαχωρισμό, ή θερμική διεργασία. Το πλεονέκτημα του μηχανικού υποβιβασμού είναι ότι η τροφοδοσία με διαφορετικού μεγέθους και κατάστασης πανέλα (σπασμένα, μεγάλα, μικρά, καλυμένων επιφανειών) μπορούν να ομογενοποιηθούν για τα επόμενα στάδια. Ωστόσο το μίγμα των υλικών κλασμάτων (γυαλί, EVA και υπολείματα λεπτού υμένα) πρέπει να διαχωρισθούν ξανά στα τελευταία στάδια. Η θερμική και κρυογονική διαδικασία έχει συγκριτικά πολύ υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Στην περίπτωση της θερμικής η ανάκτηση της θερμότητας ή η χρήση θερμότητας που παράγεται από ανακύκλωση σε άλλα στάδια μπορεί να βελτιώσει σημαντικά το ενεργειακό ισοζύγιο. Ο διαχωρισμός με διαλύτες μπορεί να προσφέρει μία αποτελεσματική απομάκρυνση του EVA και του γυαλιού. Εάν διαχωρισθεί το EVA μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά ή να ανακυκλωθεί σε EVA αλλά απαιτείται ακόμη αρκετή δοκιμή. Ακόμη η χρήση του EVA για θέρμανση είναι μία εκδοχή.

Αποκάλυψη και διαχωρισμός του μη-μεταλλικού κλάσματος

Διαφορετικά ρεύματα αποβλήτων όπως αυτά των σπασμένων υλικών, υπολειμάτων παραγωγής, ή κατεστραμένων υλικών, μπορούν να επεξεργαστούν με εκχύλιση. Εάν τα βαρέα υλικά όπως το γυαλί και το EVA μπορεί να αφαιρεθούν πριν από την υγρο-χημική επεξεργασία τα ρεύματα αποβλήτων κατά τη γραμμή επεξεργασίας μπορούν να μειωθούν σημαντικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσματα λιγότερα χημικά ως μικρότερων διαστάσεων εξοπλισμός αλλά και επιπρόσθετα στάδια επεξεργασίας (επενδύσεις). Ιδανικά ένας συνδυασμός πυρόλυσης και ψεκασμού για τα άθικτα πανέλα και χημική επεξεργασία για το μίγμα υλικών (μετάλλων και ξυσμάτων). Ενας άλλος τρόπος είναι η επεξεργασία του θραυσμένου κλάσματος υδρο-χημικά και την απομάκρυνση του υλικού κάτω από το 200μm

Διπλωματική Εργασία 43 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

(το καθαρό γυαλί παραμένει ) για περαιτέρω υγρο-χημική επεξεργασία. Σε αυτή την περίπτωση μόνο το 1/5 του αρχικού υλικού θα πρέπει να επεξεργασθεί με υγροχημική μέθοδο. Τα πειράματα που έγιναν έδειξαν ότι η συλλεκτικότητα με επίπλευση και πνευματικό διαχωρισμό δεν είναι εντελώς ικανοποιητικά. Μία σύνθετη διαδικασία επίπλευσης θα μπορούσε να να βελτιώσει το πολύτιμο υλικό και τον σχετικό εμπλουτισμό των ημιαγωγών. Για το διαχωρισμό των φθαρμένων υλικών από τα μέταλλα η ρευστοποίηση μπορέι να είναι περισσότερο αποτελεσματική από την πνευματική διαδικασία επειδή είναι ευκολότερο έτσι να σπάσουν οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων στα αέρια μίγματα. Εναλλακτικά είναι πιθανό να γίνει επεξεργασία στο μίγμα των θραυσμάτων ώστε να εξαχθούν τα μέταλλα.

Εξαγωγή μετάλλων και καθαρισμός.

Υδρομεταλλουργικές διεργασίες είναι αρκετά δυναμικές και τεχνικά ώριμες και κατάλληλες για ανακύκλωση χαμηλού βαθμού εισροών σχετικά χαμηλών ποσοτήτων διακίνησης. Ακόμη και έτσι είναι αναγκαία πολλά στάδια επεξεργασίας μέχρι τον τελικό διαχωρισμό των επιλεγμένων μετάλλων. Για περιβαλλοντικούς λόγους θα πρέπει να εγκατασταθούν και συλλέκτες επεξεργασίας των χημικών υλικών. Ενώ οι πυρομεταλλουργικές μέθοδοι είναι ώριμοι ένας σπαστήρας χρειάζεται μεγάλα ποσά τροφοδοσίας και οι απαιτήσεις είναι πολύ περιοριστικές (όπως συγκέντρωση βαρέων μετάλλων). Γιαυτό οι πυρομεταλλουργικές μέθοδοι δεν χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση των μετάλλων από τα ΦΒ πανέλα αφού ένα μεγάλο ποσοστό γυαλιού θα πρέπει να έχει ήδη επεξεργαστεί.

Οικονομική διάσταση

Το 2010 η FirstSolar κατέθεση εγγύηση 40.152Mio $ για τη συλλογή και ανακύκλωση του προγράμματος των πανέλων τους. Σύμφωνα με την ετήσια παραγωγή των 1411 MW το 2010, περίπου 0,03 $/W τοποθετήθηκαν. Λαμβάνοντας ένα μάλλον συντηρητικό πληθωρισμό του 1,5% τα 0,03$ σήμερα θα έχουν μία αξία 0,02$ μετά από 25 χρόνια ελάχιστης λειτουργικής ζωής.

Διπλωματική Εργασία 44 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 13 Σύστημα ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων SolarWorld [47] Το κόστος της επεξεργασίας με αντλία αέρος και υλικών προστριβής χωρίς κόστος προσωπικού και αδειών λειτουργίας αναλογεί σε 180-210 E /t περίπου 0,012 Ε/W ανάλογα με τα υλικά προστριβής.

Το κόστος της ανακύκλωσης των πανέλων λεπτού-υμένα είναι υψηλότερο από την αξία των ανακτώμενων υλικών. Μεγάλη ποσότητα γυαλιού με χαμηλή οικονομική αξία θα πρέπει να επεξεργαστούν για να ανακτηθούν τα υλικά λεπτού-υμένα με χαμηλό ποσοστό κατά βάρος. Τα βαρέα μέταλλα είναι δείκτες του κόστους επειδή θα πρέπει να εφαρμοσθούν επιπρόσθετα μέτρα προληπτικά ασφάλειας και υγείας και απόρριψης των επικίνδυνων υλικών.

Περιβαλλοντική επίπτωση

Η εκτίμηση των διεργασιών σε εργαστηρική κλίμακα έδειξε ότι η περιβαλλοντική συμμετοχή της ανακύκλωσης στην επίπτωση του κύκλου ζωής της παραγωγής και ανακύκλωσης είναι οριακή (κάτω από 4,5%). Συγκριτικά με άλλες μεθόδους τέλους- κύκλου-ζωής επεξεργασίας όπως η χωματερές ή καύση, οι διεργασίες ανακύκλωσης είναι λιγότερο περιβαλλοντικά επιβλαβείς.

Διπλωματική Εργασία 45 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Η θερμική διάλυση των στρωμάτων (πυρόλυση) αυξάνει τις επιπτώσεις του θερμοκηπίου και της μείωσης του όζοντος περισσότερο από τις διαδικασίες μηχανικού διαχωρισμού επειδή είναι περισσότερο ενεργοβόρες [48].

3.1.4 Ανασκόπηση της τεχνολογίας R&D ανακύκλωσης PV πανέλων Η τεχνολογία R&D στις διεργασίες ανακύκλωσης PV πανέλων έχει ήδη εφαρμοστεί από το 1990. Παρόλου που η ανακύκλωση c-Si PV πανέλων και των επί μέρους εξαρτημάτων είναι ήδη σε εμπορικό στάδιο, νέες τεχνολογίες συνεχώς αναπτύσονται σε διάφορα R&D προγράμματα για να βελτιώσουν την διαδικασία επεξεργασίας, την ανάκτηση και τα ποσοστά ανακύκλωσης καθώς επίσης το κόστος και την περιβαλλοντική απόδοση των μεθόδων επεξεργασίας.

Μία διαδικασία ανακύκλωσης χωρίζεται κυρίως στην προ-αποσυναρμολόγηση, όπως είναι η απομάκρυνση των μεταλλικών πλαισίων, το διαχωρισμό των επιπέδων από την αρχική δομή και την ανάκτηση των μετάλλων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αφαίρεση της εγκλωβισμένης μεμβράνης από το πλαστικοποιημένο υλικό της αρχικής δομής καθώς είναι ο πιο δύσκολος και σημαντικός στόχος της τεχνολογίας ανακύκλωσης R&D [6, 11].

3.1.5 Σύγχρονες επεξεργασίες τέλος-κύκλου-ζωής PV πανέλων Στη σημερινή εποχή, οι περισσότερες χώρες σε όλο τον κόσμο κατατάσουν τα PV πανέλα ως γενικά ή βιομηχανικά απόβλητα ενώ η ΕΕ έχει υοθετήσει ειδικούς κανονισμούς για απόβλητα φωτοβολταϊκών. Ωστόσο, μέτριες ποσότητες φωτοβολταϊκών αποβλήτων υπάρχουν στη παγκόσμια αγορά αποβλήτων, ενώ εξειδικευμένες μονάδες ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων είναι σε λειτουργία και ο συνδυασμός μικρού όγκου κύκλου ζωής και εγγυημένης επιστροφής και παραγωγής ανακυκλωμένων αποβλήτων κρίνει την λειτουργία τους.

Ένα γενικό διάγραμμα ροής της διαδικασίας επεξεργασίας των αποβλήτων ΦΒ πανέλων περιλαμβάνει την συγκέντρωση και μεταφορά των μεταχειρισμένων πανέλων από τα πάρκα και τις επισκευές συντήρησης στα οργανωμένα κέντρα επεξεργασίας. Στις μονάδες επεξεργασίας λαμβάνουν χώρα προκαταρκικές εργασίες διαχωρισμού των πολύτιμων υλικών που περιλαμβάνονται στα πανέλα όπως γυαλί, μεταλλικά μέρη και τα εξαρτήματά τους. Τα πολύτιμα υλικά που ανακτώνται χρησιμοποιούνται ως δευτερογενή υλικά για παραγωγή μετά από καθαρισμό και διαχωρισμό από παραγωγούς υλικών όπως χυτήρια

Διπλωματική Εργασία 46 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

μετάλλων. Πολλές φορές μπορεί να εφαρμόζεται ένα ενδιάμεσο επιπρόσθετο στάδιο επεξεργασίας, πριν από τους παραγωγούς υλικών εάν απαιτείται ανάλογα με το επίπεδο διαχωρισμού που λαμβάνει χώρα στην προκαταρκτική διαδικασία επεξεργασίας των πανέλων. Από την άλλη, μη πολύτιμα υλικά ή αυτά με μικρή αξία, μαζί με λεπτόκοκκο υλικό που παράγεται από τους ανακυκλωτές, ενδιάμεσους επεξεργαστές και παραγωγούς υλικών, οδηγείται σε απόθεση σε χωματερές. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη ροή της επεξεργασίας μερικά υλικά όπως τα πολυμερή μπορεί να τύχουν θερμικής επεξεργασίας με την θερμότητα να ανακτάται ως καύσιμο κατά τη διάρκεια προχωρημένων διεργασιών.

Εικόνα 14 Φωτογραφία από μικροσκόπιο της επίστρωσης Ag στα ελάσματα των πανέλων [49]

Για την ανάκτηση και ανακύκλωση των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν στα ΦΒ πανέλα το πρώτο βήμα είναι ο διαχωρισμός των κύριων συνθετικών εξαρτημάτων όπως τα διαστρωμένα σε επίπεδα υλικά, τα μεταλλικά πλαίσια και τα τερματικά κουτιά (καλώδια και πολυμερή). Το αλουμίνιο ή ο χάλυβας από τα πλαίσια και ο χαλκός από τα καλώδια μπορούν να τροφοδοτήσουν την πολύ καλά αναπτυγμένη γραμμή ανακύκλωσης των μετάλλων γιαυτό και είναι ουσιώδη λόγω εύκολης ανακύκλωσης. Μετά την επεξεργασία το πιο σημαντικό και δύσκολο στάδιο εμπεριέχει των διαχωρισμό των διαστρωμένων δομών αποτελούμενων από γυαλί, πυριτικές ΦΒ κυψέλες και πολυμερή επίπεδα στρώματα [36, 11].

Στην Ευρώπη, περισσότεροι από 15000 τόνοι αποβλήτων ΦΒ πανέλων είχαν συγκεντρωθεί προς τα τέλη του 2016 από την PV CYCLE, και τα περισσότερα από αυτά ήταν πυριτικής

Διπλωματική Εργασία 47 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

βάσης ΦΒ πανέλα. Τα περισσότερα πανέλα αυτού του είδους επεξεργάζονται από μονάδες ανακύκλωσης γυαλιού καθώς η ανακύκλωση διαστρωμένου γυαλιού ως συστατικού σε πανέλα κρυσταλλικού πυριτίου είναι παρόμοια χαμηλού κόστους διεργασία την οποία οι εταιρίες ανακύκλωσης υαλοπινάκων μπορούν να εφαρμόσουν με μικρή επιπρόσθετη επένδυση. Μετά την διεργασία ανάκτησης του γυαλιού άλλα υλικά όπως μέταλλα και άλλα συστατικά τυγχάνουν επεξεργασίας από διαφορετικούς επεξεργαστές. Η ανακύκλωση του γυαλιού συνήθως λαμβάνει χώρα σε σπαστήρες όπου είναι εύκολο να μεταβληθούν οι απαιτήσεις του τελικού υλικού προς επεξεργασία. Συνήθης εξοπλισμός, όπως σπαστήρες, μαγνήτες, κόσκινα, οπτικοί διαχωριστές, φυσητήρες, απορροφητές, χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση πρόσμικτων από το γυαλί όπως υπολείματα κόλλας και ρητινών, πολυμερών, καθώς και μικρών κοχλιών και βιδών. Το θραυσμένο κλάσμα γυαλιού που προκύπτει μπορεί να είναι ακόμη υπερβολικά μολυσμένο με σιλικόνη, πολυμερή, και μέταλλα και μπορεί να αλεστεί με άλλο ανακυκλωμένο γυαλί ως θερμικά επεξεργαζόμενο υλικό σε βιομηχανία αφρώδους γυαλιού ή υάλινων ινών. Ωστόσο εάν αυξηθεί η ροή ΦΒ αποβλήτων αυτή η αγορά μπορεί να κορεσθεί και να απαιτηθεί επένδυση σε νέες τεχνολογίες ανακύκλωσης.

Σε άλλες χώρες συγκεκριμένα πολύτιμα μέταλλα όπως ο Αργυρος, ανακτώνται με ενδιάμεσα στάδια επεξεργασίας επιπρόσθετα από αυτά για το γυαλί για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.

Προς το παρόν, τα μηχανικά μέσα είναι η κύρια διεργασία που χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των διαστρωμένων σε επίπεδα υλικών από τα κρυσταλλικού πυριτίου ΦΒ πανέλα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ένα υψηλό βαθμό ανάκτησης υλικού σε σχέση με τη συνολική μάζα των πανέλων, ωστόσο μερικά πολύτιμα υλικά (τα οποία είναι σε μικρή ποσότητα) μπορεί να μη ανακτώνται πλήρως. Αυτή η εφαρμοζόμενη στρατηγική, προσφέρει νομική εναρμόνηση χωρίς την ανάγκη για επένδυση σε εξειδικευμένη ανακύκλωση ΦΒ. Στο μέλλον μπορεί να απαιτηθεί από τους ανακυκλωτές παραγωγούς να αφαιρούν το μόλυβδο και τα μολυβδούχα συστατικά από το εξερχόμενο κλάσμα γυαλιού [6].

Τα λεπτού υμένα πανέλα (thin film) υπόκεινται σε επεξεργασία ανακύκλωσης με συνδυασμό μηχανικών και χημικών διεργασιών. Η διαδικασία που πραγματοποιείται από τη First Solar σε πανέλα CdTe μπορεί να επιτύχει βαθμό ανακύκλωσης σχεδόν 90% για το

Διπλωματική Εργασία 48 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

γυαλί και περίπου 95% στα υλικά των ημιαγωγών [43, 48]. Η διεργασία περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:

1. Θρυματισμό και θραύση σε σπαστηροτριβείο σε κόκκους μεγέθους 5mm ώστε να σπάσουν οι επικολημένες επιστρώσεις με ταυτόγχρονη συλλογή της σκόνης σε αερόφιλτρα. 2. Ενχάραξη του στρώματος των ημιαγωγών με ένα μίγμα θειικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου, διαχωρίζοντας το γυαλί και τα μεγάλα κομάτια του EVA σε διαχωριστή και σε δονητική τράπεζα. Ακολουθεί το πλύσιμο του γυαλιού και το στέγνωμα σε μονάδα ταινιωτού φίλτρου. 3. Εξαγωγή των μετάλλων από τα φιλτραρισμένα διαλύματα μέσω ανταλλακτήρων ιόντων ή κατακρίμνιση. Επιπρόσθετος καθαρισμός του καδμίου και τελλουρίου από τρίτους, μπορεί να γίνει εάν απαιτηθεί για επαναχρησιμοποίηση στη βιομηχανία ΦΒ.

Εκτός από το CdTe η ανακύκλωση των thin film ΦΒ πανέλων είναι ακόμη σε πρώιμα στάδια. Ωστόσο όσο οι όγκοι των αποβλήτων και το ανάλογο ποσοστό επεξεργασίας και τεχνογνωσίας αυξάνει, τόσο οι διεργασίες βελτιώνονται.

Όσο ο αριθμός των αποβλήτων ΦΒ πανέλων παραμένει περιορισμένος, η υφιστάμενη τεχνολογική κατάσταση θα μπορεί να καλύψει τις ανάγκες για σωστή διαχείριση στο τέλος- κύκλου-ζωής. Ωστόσο οι τεχνολογίες ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων θα πρέπει να προετοιμαστούν για την μαζική επεξεργασία των αποβλήτων ΦΒ πανέλων.

Διπλωματική Εργασία 49 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 15 Σύστημα ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων της FirstSolar [47]

Η τεχνολογία R&D για την ανακύκλωση των ΦΒ πανέλων έχει εφαρμοσθεί σε μερικές χώρες και εταιρίες για 20 ή και περισσότερα χρόνια. Οι στόχοι και τα κίνητρα σε R&D τεχνολογίες αλλάζουν μαζί με τις αλλαγές στην τεχνολογία ΦΒ και την κατάσταση στην αγορά.

Αρχικά η ανακύκλωση c-Si εστιάστηκε στην ανάκτηση των πυριτικών κυψελών για να μειώσει τα κόστη παραγωγής. Ακολούθως, η ανάκτηση πολύτιμων και επικίνδυνων υλικών ήρθε στο προσκήνιο. Σε ότι αφορά τα συστατικά δόθηκε προσοχή στον περιορισμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων με την ανάκτηση επικίνδυνων και πολύτιμων υλικών με φερεγγυότητα και υψηλή απόδοση.

Η διαδικασία επεξεργασίας των ΦΒ πανέλων μπορεί να περιγραφεί συνοπτικά όπως στο παρακάτω σχήμα:

Διπλωματική Εργασία 50 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 16 Γενικό διάγραμμα ροής της επεξεργασίας του Τέλους-Κύκλου-Ζωής ΦΒ πανέλων [6] Από τις διεργασίες, η πιο σημαντική και πιο δύσκολη, είναι η διεργασία απελευθέρωσης των κυψελών από τις στρωματώδεις δομές. Κατά τη διάρκεια αυτής της συγκεκριμένης επεξεργασίας οι αρχικές δομές αποσυνθέτονται και διαχωρίζονται τα συστατικά τους με τα μέταλλα να ανακτώνται στα επόμενα στάδια. Λόγω των διαφορών στις δομές και τα συστατικά των ΦΒ πανέλων, εφαρμόζονται ξεχωριστές διεργασίες για τα c-Si πανέλα και τα πανέλα thin-film.

3.1.6 Τεχνολογία R&D στην ανακύκλωση PV πανέλων κρυσταλλικού πυριτίου c-Si Η τεχνολογία R&D στην ανακύκλωση ΦΒ πανέλων κρυσταλλικού πυριτίου ξεκίνησε στις αρχές το ’90. Στις αρχές, το πιο σημαντικό ζήτημα στην γραμμή ανακύκλωσης R&D ήταν να ανακτηθούν οι κυψέλες πυριτίου χωρίς να σπάσουν ώστε να χρησιμοποιηθούν ως κυψέλες ή θύλακες μετά από επεξεργασία. Η πιο δύσκολη διεργασία ήταν να απομακρύνουν το περίβλημα από τις ενθυλακώσεις στις διαστρωμένες δομές με διαχωρισμό γυαλιού, πολυμερών, πυριτικών κυψελών και άλλων μετάλλων και να ανακτηθούν οι ΦΒ κυψέλες χωρίς να σπάσουν. Κάτι τέτοιο επιτυγχάνεται με τη χρήση θερμικών και χημικών μεθόδων όπως φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:

Διπλωματική Εργασία 51 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 17 Τυπικά στάδια επεξεργασίας με σύγχρονες μεθόδους των πανέλων c-Si [6] Η θερμικές μέθοδοι περιλαμβάνουν ουσιαστικά την καύση/πύρωση ή την ρηγμάτωση. ΦΒ πανέλα θερμαίνονται σε κλίβανο στους 500-600 oC, με θέρμανση σε δύο φάσεις. Μία τέτοια διαδικασία ακολουθήθηκε από εταιρίες όπως η Solarworld, Solar Cells, Sharp and AGC κα [6, 5, 47]. Στον κλίβανο, τα πολυμερή συστατικά καίγονται/ρηγματώνονται και τα παραμένοντα υλικά όπως κυψέλες Si, γυαλί και μέταλλα διαχωρίζονται μηχανικά. Για μεγαλύτερο βαθμό ανάκτησης των κυψελών Si η Soltech χρησιμοποίησε μία ρευστοποιημένη τράπεζα στον κλίβανο και πρόσθεσε διάφορα επίπεδα ώστε να τοποθετούνται τα πανέλα με διαφορετικό τρόπο πάνω στην τράπεζα. Το γυαλί και τα μέταλλα που απομακρύνονται από τα πανέλα στέλνονται για ανακύκλωση. Η ενανθράκωση που προκαλείται από τα πολυμερή μπορεί να αποφευχθεί με τον έλεγχο της κατάστασης του κλιβάνου. Όμως παρατηρήθηκε ότι αέρια φθορίου μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στον κλίβανο όταν καίγονται πολυμερή που περιέχουν φθοριούχα συστατικά. Οι διαχωρισμένες κυψέλες Si ανακυκλώνονται σε νηφάδες Si με ενχάραξη. Οι ανακυκλωμένες νηφάδες Si μπορούν να αναπαραχθούν για να δημιουργήσουν νέες νηφάδες στη διαδικασία προετοιμασίας ΦΒ κυψελών στην γραμμή παραγωγής ΦΒ πανέλων [6].

Η χημική επίδραση βασίζεται στην προσβολή από διαλύτες των ΦΒ πανέλων με σκοπό το διαχωρισμό των συστατικών με χημικές αντιδράσεις. Γενικά στην χημική επεξεργασία

Διπλωματική Εργασία 52 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

απαιτείται περισσότερος χρόνος απότι στη θερμική. Ωστόσο επίτευξη της ανακύκλωσης κυψελών Si είναι μεγαλύτερη στη χημική διεργασία απότι στη θερμική.

Τη δεκαετία του ’90 η εταιρία BPSolar εφάρμοσε στη διαδικασία επεξεργασίας τη χρήση νιτρικού οξέος. Τα ΦΒ πανέλα προσβάλλονταν από νιτρικό οξύ και μετά από μία μέρα η ενθυλάκωση (περίβλημα) διαλυόταν και το γυαλί, οι κυψέλες Si και τα μέταλλα μπορούσαν να διαχωριστούν και να ανακτηθούν. Σε αυτή την περίπτωση όμως οι αρνητικές επιδράσεις του νιτρικού οξέος στις χημικές αντιδράσεις που προκαλεί και η ανάγκη διαχείρισης των όξινων αποβλήτων αποτέλεσαν σημαντικά ζητήματα.

Σε μία άλλη προσέγγιση, οι AIST και TUAT εκτίμησαν την αποτελεσματικότητα των οργανικών διαλυτών για το διαχωρισμό των διαστρωματικών κατασκευών. Είχε ποαρατηρηθεί ότι πολλοί οργανικοί διαλύτες μπορούν να διαλύουν το EVA πριν από μία θερμική επεξεργασία αλλά ελάχιστοι από αυτούς μπορούν να λειτουργήσουν μετά πό τη θερμική επεξεργασία. Το τριχλωροαιθυλένιο φάνηκε να επιδρά στα επίπεδα του EVA αλλά το συμπέρασμα που κατέληξαν ήταν ότι ένας εναλλακτικός διαλύτης θα πρέπει να εφαρμοστεί με εξασφαλισμένους οικονομικούς και περιβαλλοντικούς δείκτες.

Σύγχρονες τάσεις

Ανταποκρνόμενοι σττις σύγχρονες απαιτήσεις αλλά και στις μελλοντικές, όπως αυστηρότεροι κανονισμοί για υψηλότερους δείκτες ανάκτησης/ανακύκλωσης και την εξάλειψη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που προκαλείται από τα απόβλητα ΦΒ πανέλων και την διαχείρισή τους, διάφορες τεχικές R&D για ανακύκλωση ΦΒ πανέλων κρυσταλλικού Si έχουν προταθεί και εφαρμόζονται.

Η σημασία της θερμικής επεξεργασίας είχε επιβεβαιωθεί από τη R&D από την αρχή. Ένα από τα αναμενόμενα πλεονεκτήματα είναι ότι η θερμική διεργασία μπορεί να οδηγήσει στην ανάκτηση γυαλιού και κυψελών Si χωρίς ζημιά. Μετά το διαχωρισμό των συστατικών του ΦΒ πανέλου όπως το γυαλί, τις κυψέλες Si και τα μέταλλα, εφαρμόζονται άλλες τεχνικές για την ανάκτηση μετάλλων από τα διαχωρισμένα υλικά.

Το ίδρυμα FAIS (Kitakyushu Foundation for the Advancment of Industry, Science and Technology, Japan) μαζί με άλλους, ανέπτυξαν μία τεχνολογία ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων που αποτελείται από διαδικασίες αφαίρεσης του πλαισίου αλουμινίου, της αφαίρεσης του πίσω καλύματος προστασίας, και την καύση της ρητίνης του EVA για θερμική ανακύκλωση. Οι μηχανές επεξεργασίας λειτουργούν πλήρως αυτοματοποιημένες και

Διπλωματική Εργασία 53 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

ελεγχόμενες από το στάδιο της φόρτωσης-εκφόρτωσης μέχρι την ανάκτηση των πολύτιμων μετάλλων.

Στο πρώτο βήμα αφαιρείται το πλαίσιο αλουμινίου με πίεση αέρα. Στο επόμενο βήμα αφαιρείται με τριβείο η οπισθοκάλυψη προστασίας του πανέλου έτσι ώστε να αποφευχθεί η ανάπτυξη ρωγμών στο γυαλί κατά το επόμενο στάδιο θερμικής επεξεργασίας. Το πλαίσιο αλουμινίου ανακυκλώνεται ενώ η οπισθοκάλυψη αποτίθεται ως βιομηχανικό απόβλητο. Τα πανέλα χωρίς το πλαίσιο αλουμινίου και το πίσω περίβλημα θερμαίνονται έτσι η ρητίνη EVA αποσυντίθεται θερμικά και τα αέρια που παράγονται συγκεντρώνονται και καίγονται. Ο κλίβανος προθερμαίνεται στους 350 oC, θερμαίνεται στους 500 oC (για το c-Si) και μετά ψύχεται στους 250 oC. Η θερμότητα καύσης που παράγεται από την καύση της EVA ρητίνης ανακυκλώνεται θερμικά στον κλίβανο. Όλα τα συστατικά που περιλαμβάνουν το γυαλί, τις πυριτικές κυψέλες, και τα ηλεκτρόδια,ανακτώνται από τα πρώτα τρία στάδια. η τεχνολογία αυτή μπορεί να διαχωρίσει το σκελετό των ΦΒ κρυσταλλικού SI, των thin-film και των CIS. Η τεχνολογία είναι διαθέσιμη για την επεξεργασία των εμπορικά διατιθέμενων πανέλων στην αγορά, και η δυναμικότητα του συστήματος ανακύκλωσης είναι περίπου 12MW/χρόνο για τα πανέλα κρυσταλλικού Si ανάλογα με τον τύπο και το μέγεθος. Ο βαθμός ανακύκλωσης αγγίζει το 95% συμπεριλαμβανομένης της θερμικής ανακύκλωσης της EVA που μειώνει το απαιτούμενο καύσιμο σχεδόν 90% για τη θέρμανση του κλιβάνου. Το ανακτώμενο γυαλί μπορεί να ανακυκλωθεί χωρίς να απαιτείται η θραύση του. Παρόλο που η ανάκτηση των μετάλων από τις κυψέλες Si και τα ηλεκτρόδια δεν περιλαμβάνονται σε αυτό τον τύπο της τεχνολογίας, είναι εφικτή η αποτελεσματική ανάκτηση Ag από τις κυψέλες Si και τα ηλεκτρόδια εξαιτίας του τέλειου διαχωρισμού μεταξύ του γυαλιού και των κυψελών Si. Από την άλλη, είναι αναμενόμενο ότι οι κυψέλες Si μπορούν να ανακτηθούν ως Si υλικά.

Το KIER (Korea Institute of Energy Research), μελετά διεργασίες ανάκτησης χαμηλού κόστους για αδιατάρακτες ηλιακές κυψέλες από ΦΒ πανέλα. Το ερευνητικό τους πρόγραμμα εστιάζει στην ανάκτηση πυριτικών κυψελών/νηφάδων και μετάλλων εκτός από το γυαλί, με τη διεργασία που περιλαμβάνει το διαχωρισμό των ενδιαστρωμμένων υλικών από τη διαστρωμματική δομή ώστε να ανακτηθούν οι Si-κυψέλες χωρίς ζημιά, ανακύκλωση Si-κυψελών σε πυριτικές νηφάδες, και ανάκτηση καθαρών μετάλλων όπως ο Ag και ο Cu από της πυριτικές κυψέλες. Τα ΦΒ πανέλα θερμαίνονται στους 500-550 oC κάτω από συνθήκες αερισμού, για να διαχωρισθεί το γυαλί, οι κυψέλες Si και τα μέταλλα των

Διπλωματική Εργασία 54 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

ηλεκτροδίων. Εχει διαπιστωθεί ότι επιδρώντας στην EVA και στη ρωγμάτωση του γυαλιού πριν την πύρωση, είναι μία πολύ αποτελεσματική προεργασία που οδηγεί στην ανάκτηση των άθραυστων Si-κυψελών. Επιπρόσθετα, έχει επιβεβαιωθεί ότι οι πυριτικές κυψέλες που έχουν ανακτηθεί μπορούν να ανακυκλωθούν σε Si-νηφάδες με χημική ενχάραξη (για παράδειγμα με νιτρικό οξύ) και ότι αυτές οι νηφάδες μπορούν να ανακατασκευαστούν ως νέες υψηλής απόδοσης Si-κυψέλες με την συνήθη εμπορική τεχνολογία. Όχι μόνο οι Si- κυψέλες μπορούν να ανακτηθούν μετά την πύρωση αλλά και τα μέταλλα των ηλεκτροδίων και το ρηγματωμένο γυαλί.

Το ινστιτούτο Korea Electronics Technology (KETI) εφάρμοσε R&D με σκοπό την ανακύκλωση των ΦΒ πανέλων c-Si. Αυτή η τεχνολογία περιλαμβάνει θερμική επεξεργασία για το διαχωρισμό των ελασμάτων και χημική ενχάραξη όπως και μηχανική επεξεργασία. Όταν ένα ΦΒ πανέλο που περιέχει μία κυψέλη θερμανθεί στους 480 oC με ένα ρυθμό 15oC το λεπτό, τότε η πυριτική κυψέλη ανακτάται χωρίς ζημιά. Αυτή η κυψέλη στη συνέχεια με την επίδραση ενχάραξη νιτρικού οξέος απελευθερώνει το περιεχόμενο Ag. Η επίστρωση αποτροπής της αντανάκλασης όπως και οι ακροδέκτες αφαιρούνται με μηχανική πίεση. Τα ηλεκτρόδια AI στην πίσω πλευρά αφαιρούνται με υδροξείδιο του Νατρίου. Οι ανακτημένες Si-νηφάδες ανακυκλώνονται σε Si-κυψέλες. η απόδοση αυτών των κυψελών μετρήθηκε να είναι κοντά στην ονομαστική απόδοση των αρχικών κυψελών. Αποδείχθηκε ότι αυτή η τεχνολογία είναι αποτελεσματική για τις κυψέλες πυριτίου με πάχος 0,2mm καθώς οι ανακτημένες νηφάδες έχουν πάχος 0,18mm.

Το πανεπιστήμιο Chonnam National University σχεδίασε μία τεχνολογία αποτελούμενη από θερμική επεξεργασία για το διαχωρισμό των ενδιαστρωμένων υλικών και χημική ενχάραξη για την ανάκτηση των μετάλλων. Με τη χημική προσβολή το νιτρικό οξύ και το υδροξείδιο του νατρίου είναι σε επεξεργασία με υπερήχους. Μετά την ενχάραξη το ανακτημένο Si καθαρίζεται έως 99,998% στους 550C με CaO-CaF-SiO2

Η Κινεζική ακαδημία ερευνών (CRAES) μαζί με την Κινεζική ακαδημία ερευνών (IEE CAS) εφάρμοσε μία τεχνική σε κυλινδρικό κλίβανο. Η θερμοκρασία πύρωσης περιλαμβάνει δύο στάδια. Σε αυτό που η αρχική θερμοκρασία είναι στους 250-300oC και στο τελικό στάδιο με θερμοκρασία 500-550oC . Η θερμική επεξεργασία επαναλαμβάνεται διοχετεύοντας οξυγόνο και άζωτο στον κύλινδρο. Με την διαδικασία πύρωσης το γυαλί και οι πυριτικές κυψέλες ανακτώνται. Οι Si-κυψέλες προσβάλλονται χημικά στη συνέχεια από υδροξίδιο του νατρίου, νιτρικό οξύ και υδροφθορικό οξύ. Έτσι το Si, Ag και Al ανακτώνται.

Διπλωματική Εργασία 55 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Διαπιστώθηκε ότι η κατανάλωση ενέργειας ήταν υψηλή και ότι ήταν απαραίτητα μέτρα προστασίας από εκπομπές αέριων και υγρών ρύπων.

Βασισμένοι στο πείραμα του κυλινδρικού κλιβάνου το CRAES σχεδίασε έναν κλίβανο υψηλών θερμοκρασιών. Ο κλίβανος αυτός μπορεί να χωρέσει τα ΦΒ πανέλα εμπορικών διαστάσεων και έχει επίσης σχεδιαστεί να ανακυκλώνει τα παραγόμενα αέρια με θερμική μέθοδο. Ο κλίβανος είναι σε δοκιμαστική λειτουργία και έχει διαπιστωθεί ότι θα πρέπει να βελτιωθεί.

Το Industrial Technology Research Institute of Taiwan (ITRI) ερεύνησε μία θερμική μέθοδο για πανέλα μονής κυψέλης (6 ίντσες) με πολυβινιλοφθορίδιο ως πίσω κάλυψη. Το πανέλο θερμαίνεται στους 30oC για 30 λεπτά και η πίσω κάλυψη διαχωρίζεται από την επιφάνεια του. Στο δεύτερο στάδιο αφαιρείται θερμικά το EVA και το PVA στους 400 oC για δύο, ώρες. Μετά από αυτά τα δύο στάδια το γυαλί, σπασμένες νηφάδες Si και ρινίσματα χαλκού ανακτώνται. Οι πυριτικές νηφάδες καθαρίζονται με υδροχλωρικό οξύ και περοξίδιο του υδρογόνου για να αφαιρεθεί το ηλεκτρόδιο Al.

Μηχανική επεξεργασία

Η μηχανική επεξεργασία για την ανάκτηση του γυαλιού από τα απόβλητα ΦΒ πανέλων χρησιμοποιείται από τα συστήματα ανακύκλωσης στην Ευρώπη. Παρόλο που η μέθοδος δεν είναι ειδικά μόνο για ΦΒ πανέλα, μερικές τεχνικές R&D για την ανακύκλωση των ΦΒ πανέλων μέσω της μηχανικής επεξεργασίας έχουν πρόσφατα κάνει την παρουσία τους.

Η μηχανική προσέγγιση για την επεξεργασία των ΦΒ πανέλων περιλαμβάνει θραύση, διαχωρισμό του γυαλιού ή των ελασμάτων, και κομάτιασμα του περιβλήματος.

Η εταιρία Mitsubishi materials Corporation αναπτύσει μία μέθοδο απόξυσης για την ανάκτηση του γυαλιού που στηρίζεται στη μηχανική απόξυση του γυάλινου καλύματος με τέτοιο τρόπο που δε μολύνει το γυαλί με το στρώμα ενθυλάκωσης EVA. Ο εξοπλισμός αυτός μπορεί να επεξεργαστεί ένα πανέλο το λεπτό. Το ανακτώμενο γυαλί φιλτράρεται και οι κόκκοι διάφανου γυαλιού δίνονται για δευτερεύουσα χρήση. Το εναπομείναν στρώμα με ένα μικρό ποσοστό γυαλιού μπορεί να επεξεργαστεί με την τεχνολογία του διαχωρισμού μετάλλων. Προς το παρόν ο στόχος της επεξεργασίας με διαχωρισμό των μετάλλων είναι ο Ag εξαιτίας της μεγάλης αξίας του.

Διπλωματική Εργασία 56 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Η τεχνική του Toho Kasei είναι η απόξεση μηχανικά των μη υάλινων επιπέδων. Τα πρώτα δύο στάδια είναι η απόξεση του πίσω καλύματος και του επιπέδου ενθυλάκωσης, συμπεριλαμβανομένων των κυψελών Si και των ηλεκτροδίων. Έπειτα το αποξυσμένο έλασμα ενθυλάκωσης υπόκειται σε επεξεργασία με διαλύτη που μελετήθηκε από τους ίδιους και το Si, τα άλλα μέταλλα και τα τα πολυμερή ανακτώνται. Η ανάκτηση Si υψηλής καθαρότητας είναι ένας από τους στόχους ενώ το ανακτημένο πολυμερές ανακυκλώνεται ως καύσιμη ύλη. Από την άλλη όμως το ξύσμα του οπισθόφυλλου αποτίθεται ως βιομηχανικό απόβλητο. Το γυάλινο κάλυμα που παραμένει μετά την απόξεση δεν έχει φθορά όμως ένα ποσοστό της επιφάνειας ενθυλάκωσης έχει αγγιχθεί. Η πειραγμένη αυτή επιφάνεια μπορεί να αφαιρεθεί με άλλο διαλύτη επίσης σχεδιασμένο από την ίδια ερευνητική ομάδα. Επιπρόσθετα, οι διαλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα πανέλα και και πριν την απόξεση και η δομή να χαλαρώσει. Έτσι όμως η διαδικασία απαιτεί ιδιαίτερο χρόνο σε σχέση με το χρόνο χωρίς τα βήματα απόξεσης.

Οι Hamada Corporation και NPC αναπτύσουν την κοπή του επιπέδου ενθυλάκωσης κατά μήκος του γυάλινου καλύματος, με θερμαινόμενο κοπίδι. Μετά την αφαίρεση του αλουμινένιου πλαισίου με μηχάνημα και την απόξεση του οπισθόφυλλου η ελασματική δομή σχίζεται με το θερμαινόμενο κοπίδι. Το κοπίδι εισάγεται στη διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ του γυαλιού και του επιπέδου ενθυλάκωσης ενώ αποφεύγεται φθορά στη γυάλινη επιφάνεια. Μετά την αφαίρεση του υλικού ενθυλάκωσης από τη γυάλινη επιφάνεια, το γυαλί ανακυκλώνεται ως απόβλητο. Οποιαδήποτε υπολειματική επιφάνεια μπορεί να επεξεργαστεί με χημική διεργασία η με διαδικασία μεταλλικού εμπλουτισμού για την ανάκτηση των μετάλλων που μπορεί να περιέχουν.

Η εταιρία Sasil μαζί με άλλους οργανισμούς ανέπτυξαν τεχνολογική ανακύκλωση ΦΒ πανέλων μέσα από το πρόγραμμα Πλήρους Ανάκτησης Τέλους-Κύκλου-Ζωής ΦΒ (FRELP) της Ευρώπης., αποτελούμενη από διεργασίες για την αφαίρεση των πλασίων Al και των ακροκιβωτίων στοχεύοντας στην ανάκτηση γυαλιού, εύφλεκτων πολυμερών και μετάλλων από κυψέλες Si και ηλεκτρόδια.

Κατά τη διάρκεια του πρώτου βήματος αφαιρείται το αλουμινένιο πλαίσιο και το ακροκιβώτιο με μηχάνημα. Ακολούθως η ελασματική κατασκευή θερμαίνεται στους 90- 120oC με χρήση υπερύθρων και εισάγεται σε κυλιδρόμυλο με δονούμενα μαχαίρια. Με αυτό τον εξοπλισμό το γυαλί διαχωρίζεται και ανακτάται. Κατά το επόμενο βήμα, η υπολειματική διάταξη που περιέχει τις κάψουλες , τις Si κυψέλες , τα ηλεκτρόδια, και το

Διπλωματική Εργασία 57 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

οπισθόφυλλο θερμαίνεται στους 500oC καίγεται στους 850oC και τα μέταλλα από τις κυψέλες Si και τα ηλεκτρόδια διαχωρίζονται. Τα αέρια απόβλητα από την καύση των πολυμερών, επαναχρησιμοποιούνται για καύση. Τα διαχωρισμένα μέταλλα επεξεργάζονται με χημικές μεθόδους. Οι πυριτικές κυψέλες χαράσονται με νιτρικό οξύ και το Si ανακτάται. Μετά την διάβρωση, η επεξεργασία με ηλεκτρόλυση και υδροξείδιο του ασβεστίου οδηγεί στην ανάκτηση άλλων μετάλλων (Ag, Cu) ως ενώσεις του υδροξειδίου με τα μέταλλα.

Το πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης μαζί με άλλους οργανισμούς εφαρμόζει μία μέθοδο στα πλαίσια ερευνητικού ευρωπαικού προγράμματος. Η διεργασία αυτή περιλαμβάνει την μηχανική αποσυναρμολόγηση του αλουμινένιου πλαισίου, την αυτοματοποιημένη αποκόλληση της ελασματικής κατασκευής και τον διαχωρισμό του γυαλιού και των μετάλλων. Η μεθοδολογία καλύπτει τα πανέλα κρυσταλλικού πυριτίου, άμορφου πυριτίου και τελλουριούχου καδμίου. Δύο εκδοχές δοκιμάστηκαν, η πρώτη είναι μία απλή διαδικασία θραύσης με δύο λεπίδες περιστρεφόμενες, η δεύτερη ενσωματώνει τη θραύση με δύο λεπίδες περιστρεφόμενες μαζί με κύλινδρο σφυριλάτησης. Τα θραύσματα επεξεργάζονται με τρεις τρόπους: αυτά με μέγεθος >1mm καίγονται στους 650oC με διαχωρισμό των πολυμερών, αυτά με μέγεθος 1mm>d>0,08mm ανακτώνται απευθείας ως γυαλί και αυτά με μέγεθος <0,08mm υπόκεινται σε επεξεργασία υδρομεταλουργική για την ανάκτηση των μετάλλων [6, 11, 43]. Αυτή η μέθοδος μπορεί να αποδόσει οικονομικά (χρόνος απόσβεσης λιγότερο από 6 χρόνια) όταν διαχειρίζεται από 70.000τόνους/έτος και περισσότερο [11]. Με αυτή την μεθοδολογία μπορούν ακόμη και όλοι οι τύποι πανέλων μαζί να ανακυκλωθούν επιτυγχάνοντας τη μέγιστη ανάκτηση υλικού κατά βάρος [43].

Διπλωματική Εργασία 58 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 18 Κλάσματα υλικού από πανέλο πολυκρυσταλλικού Si μετά από θρυμματισμό και θερμική επεξεργασία [43]

Η εταιρία La Mia Energis είναι μέλος της κ/ξ που αναπτύσει ένα κινητό σύστημα για ΦΒ πανέλα για το πρόγραμμα Κινητή Μονάδα Ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων στην Ευρώπη (PV- MOREDE). Η ιδέα είναι να αναπτυχθεί μία μονάδα ανακύκλωσης στο πεδίο, που διαχειρίζεται τη μείωση του όγκου, την αποκόλληση του πρόσθετου γυαλιού, την αποκόλληση των κυψελών Si και το διαχωρισμό των πολυμερών από το χαλκό. Όλος ο εξοπλισμός μπορεί να αποθηκευτεί σε container για εύκολη μεταφορά. Κατά την προεργασία το πλαίσιο Al αφαιρείται όπως και το ακροκιβώτιο. Στη συνέχεια κόβονται σε κομάτια 100x100mm με μηχάνημα. Τα τμήματα αυτά περνάνε από σπαστηροτριβείο και γίνονται κόκκοι με διάμετρο μικρότερη των 6mm και κοσκινίζονται σε σύστημα πλεγμάτων με οπές των 6mm. Οι κόκκοι αυτοί οδηγούνται σε δεύτερο σπαστηροτριβείο και βγαίνουν σε κόκκους με διάμετρο μικρότερη από 2mm. Τα σωματίδια κοσκινίζονται σε σύστημα δονούμενων πλακών με διαχωρισμό σε τρία κλάσματα 0,5-2mm, 0,315-0,5mm και <0,315mm. Στο χονδρόκοκκο κλάσμα που αποτελείται κυρίως από πολυμερή και χαλκό, αυτός έχει απελευθερωθεί, ενώ άλλα μέταλλα αφαιρούνται με χρήση περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Το δεύτερο και τρίτο κλάσμα διαχωρίζονται σε αυτό με γυαλί χαμηλού περιεχομένου σε Si και σε αυτό με υψηλό περιεχόμενο σε Si.

Διπλωματική Εργασία 59 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 19 Κλάσματα υλικού από πανέλο CdTe μετά από θρυματισμό και θερμική επεξεργασία [43]

Η εταιρία Yingly Solar και το Electrical Engineering Institute, Chine Academy of Sciences, εφάρμοσε τεχνολογία διαχωρισμού σε συνθήκες κατάψυξης. Τα ΦΒ πανέλα προετοιμάζονται με αφαίρεση του πλασίου Al και των ακροδεκτών και θραύονται και καταψύχονται με υγρό άζωτο στους -197 oC. Το κατεψυγμένο πανέλο κοματιάζεται και τα τεμάχια του στρώματος ενθυλάκωσης, του γυαλιού, και ανάμικτη σκόνη που περιέχει Si, Ag, Cu, και άλλα μέταλλα υπόκεινται σε διαχωρισμό με φυσικές μεθόδους. Ο επιδιωκόμενος βαθμός ανακύκλωσης είναι περίπου 90% αλλά το Si δεν μπορεί να ανακυκλωθεί στη βιομηχανία των ΦΒ εξαιτίας των υψηλών προσμίξεων.

Χημικές προσεγγίσεις

Οι χημικές κατεργασίες χρησιμοποιήθηκαν από την πρώτη στιγμή. Παρόλου που ήταν επιβεβαιωμένη η τεχνική ικανότητα διαχωρισμού της ενθυλάκωσης από την διαστρωματική δομή, είχε διαπιστωθεί ότι απαιτούνταν μέτρα πρόληψης περιβαλλοντικής επιβάρυνσης λόγω αέριων και υγρών ρύπων καθώς και χρόνου λόγω των αργών αντιδράσεων. Για την βελτίωση ολων αυτών των θεμάτων πολλές τεχνολογίες αναπτύχθηκαν:

Η βιομηχανία Yokohama ανέπτυξε διαλύτες και διαδικασίες για την αφαίρεση του θύλακα EVA, των Si κυψελών και την αφαίρεση των ηλεκτροδίων. Το διαχωρισμένο γυαλί τυπικά

Διπλωματική Εργασία 60 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

δεν είχε φθορές και μπορούσε να χρησιμοποιηθεί εύκολα ξανά. Το εναπομείναν στρώμα θρυματιζόταν και εμβαπτίζονταν σε ένα αλκαλικό δυαλύτη. Μετά την εμβάπτιση EVA, Si και ρινίσματα ηλεκτροδίου μπορούσαν να ανακτηθούν. Για την ανάκτηση του Ag επικολλημένου στο Si απαιτούνταν μία επιπρόσθετη διαδικασία. Ο αναμενώμενος χρόνος επεξεργασίας ήταν σχεδόν μία μέρα για τα εμπορικά πανέλα. Ενώ η διαδικασία επεξεργασίας απαιτεί αρκετό χρόνο οι διαλύτες που σχεδιάστηκαν ήταν φιλικοί στο περιβάλλον σε σχέση με τα οξέα και τους οργανικούς διαλύτες. Οι διαλύτες μπορούσαν να είναι ακόμη πιο αποτελεσματικοί εάν συνδιαζόντουσαν με μηχανικές μεθόδους διαχωρισμού του γυαλιού και των μετάλλων.

Το ερευνητικό ινστιτούτο Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) μαζί με το Πανεπιστήμιο Kangwon National University ανέπτυξαν μία τεχνολογία διάλυσης του EVA με εμβάπτιση των πανέλων σε ένα οργανικό διαλύτη σε συνδυασμό με τη χρήση υπερηχητικής ακτινοβολίας. Ο σκοπός της χρήσης υπερηχητικής ακτινοβολίας ήταν να συντομεύσει ο χημικός διαχωρισμός που κανονικά θα χρειαζόταν πολύ μεγάλο χρόνο επεξεργασίας. Το EVA διαλυόταν στους 70C και σε ισχύ ακτινοβολίας 900W, με τις κυψέλες Si να ανακτώνται χωρίς ζημιά.

Και στις δύο τεχνολογίες μία επιπρόσθετη επεξεργασία για την ανάκτηση των μετάλλων από τις κυψέλες πυριτίου θα χρειαζόταν μετά την αφαίρεση των θυλάκων από τα επίπεδα ελάσματα. Ωστόσο μερικές τεχνολογίες βασίζονται στις θερμικές και μηχανικές μεθόδους για παράδειγμα χρησιμοποιώντας ένα οξύ και ένα αλκαλικό υδροξείδιο για χημική διάνοιξη. Ακόμη η Loser Chemie ανέπτυξε μία τεχνολογία που χρησιμοποιεί χλωρίδιο του Al και νερό. Ηλεκτρόδια Al στο πίσω μέρος των κυψελών Si μπορούν να ανακτηθούν με πολύ-αργιλικό-χλωρίδιο που είναι πολύ χρήσιμο στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Ο εναπομείναν Ag στην μπροστινή επαφή μπορεί να διαλυθεί με νιτρικό οξύ.

Όσο οι R&D δραστηριότητες για μηχανική επεξεργασία αυξάνονται φαίνεται ότι οι χημικές μέθοδοι για την απελευθέρωση των θυλάκων από την ελασματική δομή περιορίζονται καθώς οι χημικές μέθοδοι πια απαιτούν χρονοβόρες διαδικασίες που δεν είναι κατάλληλες για μαζική επεξργασία ακόμη και αν έχουν διευθετηθεί τα περιβαλλοντικά τους θέρματα. Όμως αυτές οι προσεγγίσεις μπορεί να είναι κατάλληλες για μικρή κλίμακα επιτόπιας επεξεργασίας όπως αυτές που λειτουργούν σε εγκαταστάσεις παραγωγής κρυσταλλικού πυριτίου πανέλων.

Διπλωματική Εργασία 61 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Μερικοί ερευνητές εστιάζουν στον επανασχεδιασμό των ΦΒ πανέλων ώστε να είναι πιο φιλικά στην ανακύκλωση και στην επαναχρησιμοποίηση των εξαρτημάτων τους [47]. Η ανακατασκευή και χρήση των εξαρτημάτων έχει μικρότερο κύκλο στα διάφορα στάδια της ζωής τους απότι η ανακύκλωση του πρωτογενούς υλικού κατασκευής των ΦΒ πανέλων. Αυτό οδηγεί γενικά σε καλύτερα περιβαλλοντικά και οικονομικά αποτελέσματα ειδικά να αναλογιστούμε την συνθετότητα της ανακύκλωσης των υλικών των ΦΒ πανέλων. Η Ιαπωνία είναι μία από τις πρωτοπόρες χώρες στην έρευνα της ανακατασκευής και επαναχρησιμοποίησης των ΦΒ πανέλων [47]. Η εταιρία Sharp ανέπτυξε μία διαδικασία ανακατασκευής ΦΒ πανέλου που βασίζεται στην επιδιόρθωση του στρώματος EVA και του υποστρώματος. Κάποιοι ερευνητές ανέπτυξαν ένα βελτιωμένο πανέλο διπλής ενθυλάκωσης ώστε να είναι ευκολότερο στην αποσυναρμολόγηση και να πετυχαίνει βαθμό ανακύκλωσης μεγαλύτερο από 97% [47].

3.1.7 Τεχνολογία R&D στην ανακύκλωση PV σύνθετων πανέλων (compound panel). Τα σύνθετα πανέλα περιέχουν επίπεδα από CdTE και CIGS. Το σύνθετο στρώμα αποτίθεται πάνω σε ένα υπόστρωμα όπως γυαλί. Γιαυτό το λόγο στην τεχνολογία ανακύκλωσης αυτών των ΦΒ πανέλων απαιτείται η εξουδετέρωση του περιβλήματος ενθυλάκωσης από τα ελάσματα πχ ο διαχωρισμός των υποστρωμάτων που περιέχουν τα συστατικά και τα υλικά ενθυλάκωσης καθώς και την ανάκτηση των μετάλλων από τα υποστρώματα.

Από την αρχή των ερευνών οι χημικές διεργασίες ήταν αυτές που μελετήθηκαν. Η εταιρία Solar Cells ανέπτυξε μία μέθοδο χάραξης για την ανακύκλωση των πανέλων CdTe. Μετά τη θραύση των ΦΒ πανέλων σε κυλινδρόμυλο τα σπασμένα πανέλα προσβάλονται με θειικό οξύ και υπεροξείδιο του υδρογόνου. Το EVA διαχωρίστηκε από το γυαλί και Cd και Te διαλύονται στα συστατικά. Το Cd, Te ως συστατικά υπόκεινται σε επεξεργασία με ανθρακικό νάτριο και ανακτώνται ως ανθρακικό κάδμιο και οξείδιο του τελλουρίου. Το Cd, Te μπορούν να ανακτηθούν πλέον με θερμική ή χημική επεξεργασία και καθαρισμό μέσω μεταλλουργικής διεργασίας.

Στις μέρες μας η πιο κοινή μέθοδος είναι ένας συνδυασμός μηχανικών και χημικών διεργασιών. Αυτή αναπτύχθηκε και κυκλοφόρισε στο εμπόριο από τη First Solar και συνδυάζει την εξουδετέρωση του περιβλήματος ενθυλάκωσης από την ελασματική δομή

Διπλωματική Εργασία 62 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

και την ανάκτηση των μετάλλων [47]. Οστόσο, αρκετές τεχνολογίες είναι είναι σε πειραματικό στάδιο από διάφορους οργανισμούς [6].

Θερμική προσέγγιση

Η διαδικασία ανακύκλωσης αποτελείται από τα τέσσερα βασικά στάδια: αφαίρεση του πλαισίου αλουμινίου, αφαίρεση του οπισθόφυλλου προστασίας, καύση της ρητίνης EVA για θερμική ανακύκλωση και διαχωρισμό των ελασμάτων για τις κυψέλες CIS. Κατά το πρώτο στάδιο, το αλουμινένιο πλαίσιο αφαιρείται από τα πανέλα σε αεροθάλαμο. Στο επόμενο στάδιο η πίσω μεβράνη κάλυψης αφαιρείται με τριβείο για να αποφευχθεί η ρωγμάτωση του γυαλιού στο επόμενο στάδιο. Τα πανέλα στη συνέχεια θερμαίνονται η ρητίνη EVA αποσυντίθεται θερμικά σε κλίβανο και τα παραγώμενα αέρια συγκεντρώνονται και καίγονται. Μετά από αυτά τα τρία στάδια τα υποστρώματα γυαλιού που εμπεριέχουν τα ελάσματα CIGS και το προστατευτικό κάλυμα γυαλιού ανακτάται. Ως μέλος του προγράμματος, η εταιρία Solar Frontier ανέπτυξε μία τεχνολογία για την ενχάραξη του στρώματος CIGS πάνω στο γυάλινο υπόστρωμα με συρμάτινες βούρτσες. Τα μέταλλα από CIGS ανακτώνται μέσω ενός κυκλωνικού συλλέκτη και στη συνέχεια μπορούν να ανακτηθούν μέσω μεταλλουργικών διεργασιών. Για τα πανέλα CIGS η αναμενώμενη δυναμική επεξεργασίας του συστήματος είναι περίπου 8MW ανά έτος.

Η εταιρία Accurec Recycling εφάρμοσε μία μέθοδο με τη χρήση τεχνολογίας πυρολιτικής απόσταξης εν κενώ. Στα πλαίσια του προγράμματος Photorec. Χωρίς να είναι γνωστές πολλές λεπτομέρειες, μετά την αφαίρεση του πλαισίου και του ακροκιβώτιου οι ΦΒ νηφάδες, υπόκεινται σε προετοιμασία. Μέσω εξάχνωσης με μικροκύμματα σε κενό και μηχανικές διεργασίες διαχωρισμού μέταλλα όπως In, Ga, Te καθώς και το γυαλί μπορούν να ανακτηθούν από τις νηφάδες.

Το αναμενώμενο πλεονέκτημα της θερμικής επεξεργασίας ήταν η ανάκτηση του γυαλιού χωρίς φθορές ή μόλυνση επειδή δεν χρησιμοποιήθηκαν καθόλου μηχανική προεργασία. Από την άλλη, ένα προστεθούν διαδικασίες ανάκτησης μετάλλων από το γυαλί καθώς και χημικές επεξεργασίες, η χρήση του θρυματισμένου γυαλιού θα είναι καλύτερη βελτιώνοντας την απόδοση και την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων.

Μηχανικές προσεγγίσεις

Ως μηχανικές διεργασίες στα σύνθετα ΦΒ πανέλα, μπορούν να εφαρμοστούν η θραύση και το κόψιμο περιβλήματος ενθυλάκωσης. Όπως και με τα πανέλα κρυσταλλικού Si μια τέτοια

Διπλωματική Εργασία 63 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

διαδικασία είναι η αποσύνθεση των ελασματικών δομών σε συνδυασμό με μία επιπρόσθετη διαδικασία ανάκτησης μετάλλων από το γυάλινο υπόστρωμα. Μια σημαντική διαφορά μεταξύ c-Si και σύνθετου πανέλου είναι ότι το στρώμα σύνθετων ημιαγωγών αποτίθεται πάνω στο γυάλινο υπόστρωμα ενώ οι κυψέλες c-Si είναι διαχωρισμένες από το γυάλινο κάλυμα και το οπισθόφυλλο γυάλινο κάλυμα.

Η First Solar διαθέτει προς εμπορική χρήση τεχνολογία ανακύκλωσης ΦΒ CdTe, που είναι συνδυασμός μηχανικής και χημικής επεξεργασίας [6, 48, 47]. Η τεχνολογία αυτή περιλαμβάνει τεμαχισμό και θραύση σε σπαστηροτριβείο, σε κόκκους περίπου 5mm για να σπάσουν οι δεσμοί μεταξύ των ελασμάτων. Η παραγώμενη σκόνη συλλέγεται με απορροφητικό σύστημα εξοπλισμένο με υψηλής απόδοσης σωματιδιακό φίλτρο αέρα. Στη συνέχεια το στρώμα ημιαγωγών χαράσεται με ένα μίγμα θειικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου. Το γυαλί και τα μεγάλα κομάτια από το EVA (ethylene-vinyl-acetate) διαχωρίζονται σε δονητικό τραπέζι και το γυαλί πλένεται και στεγνώνεται σε ταινιόφιλτρα. Τα μέταλλα στα υγρά των φίλτρων εξάγονται με κατακρήμνιση ή με ιοντική ανταλλαγή. Το κάδμιο και τελλούριο μπορεί να καθαρισθεί ακόμη περισσότερο από άλλους στην περίπτωση που θα επαναχρησιμοποιηθούν από τη βιομηχανία ΦΒ. Η First Solar ξεκίνησε την λειτουργία αυτής της τεχνολογίας σε πρώτη έκδοση στη Γερμανία το 2006 με δυναμικό 10τόνους/μέρα και ακολούθησε μία βελτιωμένη έκδοση που λειτούργησε στις ΗΠΑ και στην Μαλαισία το 2011 με 30τόνους/μέρα ενώ μία τρίτη έκδοση παρουσιάστηκε στις ΗΠΑ το 2015 με 50τόνους/μέρα. Η τρίτη έκδοση αυτής της τεχνολογίας είναι μία συνεχής επεξεργασία όπου οι προηγούμενες εκδόσεις αποτελούν τμήμα του συγκροτήματος επεξεργασίας. Η τέταρτη έκδοση αναμένεται να έχει δυναμικό επεξεργασίας 350τόνων/μέρα. Αναμένεται ακόμη μία κινητή μονάδα επεξεργασίας μικρότερης κλίμακας ώστε να μειωθεί το μεταφορικό κόστος.

Το πανεπιστήμιο Sapienza university of Rome μαζί με άλλους χρησιμοποιούν τον αυτοματοποιημένο τεμαχισμό στα πλαίσια του προγράμματος Photolife στην Ευρώπη, που έχει ήδη περιγραφεί ως ένα είδος τεχνολογίας για την επεξεργασία των πανέλων κρυσταλλικού Si [11, 43]. Το πρόγραμμα καλύπτει τα πανέλα ΦΒ CdTe σε προσθήκη σε κρυσταλλικό πυρίτιο και άμορφο πυρίτιο.

Το πρόγραμμα αξιοποίησης Γάλλιου, Ιδμιου, και σπάνιων γαιών από τα ΦΒ και τις ηλεκτρονικές συσκευές που ελέγχεται από τον Ολλανδικό οργανισμό Nederlande Organisatie voor TOEgepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek, βοηθάει στην ανάπτυξη

Διπλωματική Εργασία 64 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

τεχνολογιών για την ανακύκλωση γάλλιου, ίνδμιου, και σπάνιων γαιών από τα ΦΒ και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και συσκευές. Τα πανέλα CIGS θρυματίζονται και διαβαθμίζονται κοκκομετρικά, ενώ το γυάλινο κάλυμα μαζί με το υπόστρωμα που περιέχει το στρώμα CIGS διαχωρίζεται και ανακτάται. Το γυάλινο υπόστρωμα που έχει ανακτηθεί υπόκειται σε χημική επεξεργασία με θειικό οξύ και υπεροξείδιο του υδρογόνου που οδηγεί στην ανάκτηση σπάνιων μετάλλων όπως το ίνδμιο και το γάλλιο. Τα ανακτημένα μέταλλα εξευγενίζονται ακόμη περισσότερο με επιπρόσθετη χημική επεξεργασία.

Ακόμη μία μηχανική προσέγγιση είναι αυτή της Solar Frontier με τον τεμαχισμό του περιβλήματος με θερμαινόμενο κοπίδι. Μετά την αφαίρεση του αλουμινένιου πλασίου και του ακροκιβώτιου, το κοπίδι εισάγεται ανάμεσα στο γυάλινο κάλυμα και στο υπόστρωμα. Η ταχύτητα επεξεργασίας είναι 400 δευτερόλεπτα ανά πανέλο εμπορικών διαστάσεων. Το γυάλινο κάλυμα με μερικό EVA ακόμη κολλημένο, συλλέγεται. Το υπόστρωμα με CIGS, Mo και μερικά πολυμερή συγκεντρώνεται ως σπασμένο πια γυαλί. Και οι δύο τύποι γυαλιού υπόκεινται σε χημική επεξεργασία και το γυαλί και τα μέταλλα ανακτώνται. Σε αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται οργανικός διαλύτης για το διαχωρισμό του EVA. Παρόλο που ο διαλύτης για το διαχωρισμό των μετάλλων είναι υπό δοκιμή, ένας διαλύτης βασισμένος στο υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ήδη πιστοποιημένος.

Οπτική προσέγγιση

Η οπτική προσέγγιση αποτελεί μία μοναδική εναλλακτική στις υφιστάμενες μεθόδους.

Η Loser Chemie αναπτύσει μία τεχνολογία που ενσωματώνει οπτική μέθοδο για το διαχωρισμό γυαλιού και γυάλινων δομικών στοιχείων. Μετά την αφαίρεση του πλαισίου και των ακροδεκτών τα πανέλα προωθούνται αυτόματα στον εξοπλισμό οπτικής επεξεργασίας. Υπάρχουν δύο εκδοχές στην οπτική επεξεργασία: η πρώτη ενσωματώνει τη χρήση ακτίνων laser και η δεύτερη λαμπτήρες πυρακτώσεως. Ο αναμενώμενος χρόνος επεξεργασίας είναι ένα λεπτό ανά πανέλο. Σύνθετα στρώματα όπως αυτά CdTe και CIGS υπόκεινται σε χημική επεξεργασία με μεθανο-θειϊκό οξύ. Τα μέταλλα στα ελάσματα μπορούν να διαχωρισθούν και να ανακτηθούν ως ξεχωριστές μεταλλικές ενώσεις και τότε ανακυκλώνεται και καθαρίζεται με μεταλλουργικές μεθόδους.

Αυτή η τεχνολογία οδηγεί στην ανάκτηση του γυαλιού χωρίς ζημιά ή μόλυνση και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή γυαλιού με επίπλευση.

Διπλωματική Εργασία 65 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

3.1.8 Ανάλυση των τεχνολογικών τάσεων στην πρότυπη ανακύκλωση ΦΒ πανέλων. Προκειμένου να κατανοηθούν καλύτερα οι τεχνολογικές τάσεις που σχετίζονται με την ανακύκλωση των ΦΒ μία πρότυπη βάση σε παγκόσμοιο επίπεδο λειτούργησε με τα δεδομένα ανακύκλωσης των πανέλων c-Si και σύνθετων ΦΒ από τις 6 Ιανουαρίου 1976 έως 9 Δεκεμβρίου 2016. Τα αρχικά αποτελέσματα της έρευνας προβλήθηκαν για να επιβεβαιώσουν την αναλογία και να συμπληρωθούν με επιπρόσθετες πατέντες γνωστές στους ερευνητές. Ο αριθμός των ενεργών πατεντών που σχετίζονται απευθείας με την ανακύκλωση των ΦΒ είναι 128 για τα c-Si και 44 για τα σύνθετα πανέλα. Ο αριθμός των πιο ειδικών πατεντών στα c-Si μπορεί να σχετίζεται με την τάση της αγοράς στην εγκατάσταση ΦΒ που αντανακλά και τις αντίστοιχες ανάγκες τεχνολογίας ανακύκλωσης. Επί του παρόντος τα c-Si πανέλα συνιστούν το μεγαλύτερο μέρος στην αγορά εγκατάστασης. (Ο συνολικός αριθμός των αντίστοιχων πατεντών για τα άλλου τύπου πανέλα είναι μόνο 6). Στην ανάλυση αυτών των πατεντών, οι τεχνολογίες ανακύκλωσης ταξινομήθηκαν με βάση την κύρια ταξινόμηση των ΦΒ πανέλων όπως αυτά του c-Si και τα σύνθετα και την αντίστοιχη τεχνολογία σε σχέση με τον κάθε τύπο πανέλου, τα επιδιωκόμενα συστατικά, την μέθοδο επεξεργασίας και τα ανακτώμενα υλικά.

Αν εξαιρέσουμε την πρώτη πατέντα τεχνολογίας ανακύκλωσης που καταγράφηκε στη Γερμανία το 1995 και στις άλλες χώρες μέχρι το 2010 για τα πανέλα c-Si, υπήρχαν σχετικά λίγες καταχωρήσεις. Ωστόσο ο αριθμός αυξήθηκε μετά το 2011. Η απότομη αύξηση καταγράφεται κυρίως στην Κίνα, όπου περίπου οι μισές από τις πατέντες c-Si είχαν καταγραφεί , ακολουθούμενη από την Κορέα και την Ιαπωνία. Αυτό δείχνει ότι R&D σε σχέση με την ανακύκλωση των ΦΒ c-Si είναι περισσότερο ενεργή στην Ασία απότι στην Ευρώπη και στις ΗΠΑ. Σε σχέση με τα στοχευόμενα συστατικά, οι τεχνολογίες που στοχεύουν στα περιβλήματα (κυρίως EVA) αναλογούν στο 45% που αποδεικνείει ότι πολλές πατέντες εστιάζουν στην αφαίρεση του κελύφους από τα συστατικά των πανέλων για το διαχωρισμό των κυψελών. Αυτές οι πατέντες ακολουθούνται από αυτές για τα πλαίσια (30%), για τις ηλιακές κυψέλες (24%) και για ρινίσματα Cu (1%). Μία ανάλυση που έγινε με βάση την μέθοδο επεξεργασίας που χρησιμοποιήθηκε δείχνει ότι οι μηχανικές μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν στην Κίνα συνιστούν το 40% του συνόλου ακολουθούμενες από συνδυαστικές μεθόδους σε ποσοστό 25%. Χημικές και θερμικές μέθοδοι αντιπροσωπεύουν το 19% και 15% αντίστοιχα. Σε σχέση με το ανακτώμενο υλικό οι περισσότερες πατέντες αφορούν τεχνολογίες ανάκτησης του Al πλαισίου 25%, ηλιακών

Διπλωματική Εργασία 66 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

κυψελών 24% και γυαλιού 23%. Αυτό δείχνει ότι οι περισσότερες πατέντες που καταγράφηκαν αφορούσαν την ανάκτηση συστατικών από τον κύριο διαχωρισμό των πανέλων και όχι την ανάκτηση άλλων υλικών όπως Si, Ag, Cu. Υπήρξαν μόνο λίγες πατέντες για ανάκτηση Si 12%, Ag 10% και Cu6%.

Σε σχέση με τις διάφορες τάσεις για την τεχνολογία ανκυκλωσης ων σύνθετων πανέλων, η πρώτη πατέντα που καταγράφηκε ήταν στις ΗΠΑ το 1997 χωρίς ιδιαιτερη αύξηση από τότε. Ο μεγαλύτερος αριθμός έχει καταγραφεί στις ΗΠΑ με ποσοστό 27% επί συνόλου. Ακολουθεί η Ιαπωνία με ποσοστό 21% η Κίνα με 16% και διάφορες ευρωπαϊκές χώρες με ποσοστό 11%.

Σε σχέση με τα συστατικά-στόχο και τα δύο: EVA (βοηθάει στο διαχωρισμό του πανέλου) και οι ημιαγωγοί (κατάλοιπα είναι τοξικά) είναι ισότιμα στη ζήτηση. Αυτό οδηγεί την τάση προς μια αξιόλογη ανακύκλωση των ΦΒ σύνθετων κυψελών απότι έναν απλά υποτυπώδη διαχωρισμό. Με αυτό τον τρόπο γίνεται κατανοητό ότι απαιτείται μία συνολική διαδικασία ανακύκλωσης με όλα τα ενδιαμεσα στάδια από το διαχωρισμό μέχρι την ανάκτηση σε αντίθεση με την περίπτωση των c-Si που εστιάζουν σε ένα συγκεκριμένο επιμέρους στάδιο ανακύκλωσης. Μέθοδοι για άλλα συστατικά των σύνθετων πανέλων δεν έχουν καταγραφεί. Σε σχέση με την τάση των μεθόδων επεξεργασίας, αυτές που συνδυάζουν δύο ή και περισσότερες μεθόδους αποτελούν το 64% του συνόλου σε αντίθεση με του c-Si όπου μόνο το 25% συνδυάζει μεθόδους λόγω της διαφορετικής κατασκευαστικής δομής [6].

4. Συμπεράσματα

Όλες οι διαθέσιμες τεχνολογίες τελικά υποβαθμίζονται μέχρι το στάδιο του τέλος-κύκλου- ζωής και τελικά αντικαθίστανται. Αυτό ισχύει και για τα ΦΒ πανέλα που σε γενικές γραμμές έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής περίπου 30 χρόνια και παραπάνω.

Σε σχέση με την πρόβλεψη μεγάλου όγκου αποβλήτων ΦΒ πανέλων και με σκοπό να συνεχίσει να θεωρείται μία καθαρή ενεργειακή τεχνική, πολλές δραστηριότητες σχετιζόμενες με την κατάλληλη διαχείριση των αποβλήτων ΦΒ πανέλων έχουν αναπτυχθεί. Γενικά βιώσιμη διαχείριση αποβλήτων θα προσφέρει τις δυνατότητες γνωστές ως Rs (3Rs) reduce, reuse, recycle. Ως προς αυτό το στόχο, συστήματα ανακύκλωσης και τα συνακόλουθα κανονιστικά πλαίσια που αφορούν τα θέματα διαχείρισης του τέλους-

Διπλωματική Εργασία 67 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

κύκλου-ζωής των ΦΒ έχουν μόνο πρόσφατα εμφανισθεί, όπως οι τεχνολογίες ανακύκλωσης ΦΒ πανέλων που έχουν μελετηθεί και αναπτυχθεί σε υπολογίσιμο βαθμό την τελευταία δεκαετία.

Επί του παρόντος οι τεχνολογίες ανακύκλωσης τόσο των c-Si όσο και των σύνθετων πανέλων έχουν γίνει εμπορικά διαθέσιμες. Ωστόσο πολλές τεχνικές έχουν αναπτυχθεί με σκοπό την βελτίωση της αποτελεσματικότητας, του βαθμού ανάκτησης και ανακύκλωσης, του κόστους και της περιβαλλοντικής απόδοσης αυτών των μεθόδων.

Οι τεχνολογίες ανακύκλωσης των πανέλων κρυσταλλικού Si και των σύνθετων πανέλων έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά λόγω των διαφορών στη δομή των κυψελών και στα μέταλλα που αυτές περιέχουν. Μία σημαντική διαφορά είναι ότι ο στόχος από την εξουδετέρωση του καλύματος από τις ελασματικές δομές στα σύνθετα ΦΒ πανελα είναι η ανάκτηση του γυάλινου καλύματος μαζί με το υπόστρωμα με τους ημιαγωγούς ενώ στα κρυσταλλικού Si πανέλα είναι ο διαχωρισμός και η ανάκτηση γυαλιού, κυψελών Si και άλλων μετάλλων.

Εικόνα 20 Σύσταση, απαιτούμενη ενέργεια, χρόνος απόσβεσης ενέργειας και επίπεδα εκπομπών αερίων θερμοκηπίου των διαφορετικών τύπων ΦΒ πανέλων [34]

Οι διεργασίες ανακύκλωσης πανέλων c-Si μπορεί περιγραμματικά να χωρισθεί σε αυτές που απευλευθερώνουν την ενθυλάκωση από την ελασματική δομή και σε αυτές που ανακτούν τα μέταλλα από τις κυψέλες Si μετά την αποσυναρμολόγηση όπως την αφαίρεση του μεταλλικού πλαισίου και του ακροκιβωτίου από τα πανέλα.

Η απελευθέρωση των θυλάκων από την ελασματική δομή είναι ένας από τους πιο δύσκολους και σημαντικού στόχους την τεχνολογίας ανακύκλωσης R&D. Τεχνικές που σχετίζονται με το γυαλί και την ενθυλάκωση χρησιμοποιούνται σε αυτές τις διεργασίες. Για

Διπλωματική Εργασία 68 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

παράδειγμα θερμική, μηχανική και χημική επίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση των στρωμάτων. Ανάκτηση των μετάλλων μπορεί να επιτευχθεί από τις κυψέλες Si με χημικές διεργασίες όπως ενχάραξη και μια άλλη μέθοδος είναι η απευθείας επεξεργασία από μεταλλουργική βιομηχανία.

Σχετικά με την ανακύκλωση των σύνθετων πανέλων, οι διεργασίες χωρίζονται χονδρικά σε αυτές που εξαλείφουν την ενθυλάκωση από την διαστρωματική δομή και σε αυτές που ανακτούν τα μέταλλα, το υποστρωματικό γυαλί μετα την αποσυναρμολόγηση. Για την εξάλειψη του θήλακα από την διαστρωματική δομή η μηχανική θράυση έχει ήδη επιβεβαιωθεί και θερμικές, χημικές και οτικές μέθοδοι έχουν ήδη αναπτυχθεί. Χημικές διεργασίες όπως ενχάραξη είναι αποτελεσματικές στην ανάκτηση μετάλλων ημιαγωγών από το υπόστρωμα και το υαλώδες υπόστρωμα μπορεί να ανακτηθεί και ανακυκλωθεί. Εάν το υπόστρωμα ανατηθεί χωρίς σπάσιμο μπορεί να διατεθεί μέσω μηχανικών εναλλακτικών διαδικασίων.

Οι ποσότητες των ΦΒ πανέλων που φθάνουν στο στάδιο της ανακύκλωσης δεν εξαρτώνται από το τέλος-κύκλου-ζωής τους μόνο αλλά και από τις καθημερινές πιθανά ακραίες συνθήκες που μπορεί αυτά να βρεθούν στο στάδιο της τοποθέτησης και στο στάδιο της λειτουργίας. Γενικά αυτό λόγω των περιορισμένων δημοσιοποιημένων δεδομένων δεν είναι εύκολο να γίνει γνωστό και να ποσοτικοποιηθεί όπως άλλωστε φαίνεται και στις διάφορες μελέτες εκτίμησης-τέλους-κύκλου-ζωής. Όμως αυτό δεν σημαίνει ότι είναι κάτι αμελητέο και ότι δε θα μπορούσε να πρωταγωνιστεί στην ανακύκλωση των ΦΒ πανέλων.

Διπλωματική Εργασία 69 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

5 Βιβλιογραφία

[1] V. Matulaitis, G. Straukaite και B. Azzopardi, «Multi-criteria decision making for PV deployment on a multinational level,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 122-127, 2016. [2] B. Corona, C. De la Rua και G. San Miguel, «Socio-economic and environmental effects of concentrated solar power in Spain: A multiregional input output analysis,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 112-121, 2016. [3] IRENA και IEA-PVPS, «End-of-Life-Management: Solar Photovoltaic Panels. International Renewable Energy Agency and International Energy Agency Photovoltaiv Power Systems.,» 2016. [4] A. Kumar, M. Holuszko και D. C. R. Espinosa, «E-waste: An overview on generation, collection, legislation and recycling practices,» Resources, Conservation and Recycling, αρ. 122, pp. 32-42, 2017. [5] V. Fiandra, L. Sannino, C. Andreozzi και G. Graditi, «End-of-life of silicon PV panels: A sustainable materials recovery process,» Waste Management, αρ. 84, pp. 91-101, 2019. [6] IEA-PVPS-Task12, «End-of-Life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies,» IEA PVPS Task12, 2018. [7] IEA-PVPS-Task12, «Methodology Guidlines on Life-Cycle Assessment of Photovoltaic Electricity,» IEA PVPS TASK12, 2011. [8] Y. Xu, J. Li, Q. Tan, A. L. Peters και C. Yang, «Global status of recycling waste solar panels: A review,» Waste Management, αρ. 75, pp. 450-458, 2018. [9] N. McDonald και J. Pearce, «Producer responsibility and recycling solar photovoltaic modules,» Energy Policy, αρ. 38, pp. 7041-7047, 2010. [10] E. Prehoda και J. Pearce, «Potential lives saved by replacing coal with solar photovoltaic electricity production in the U.S.,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, αρ. 80, pp. 710-715, 2017. [11] F. Pagnanelli, E. Moscardini, G. Granata, T. A. Atia, P. Altimari, T. Havlik και L. Toro, «Physical and chemical treatment of end of life panels: An integrated automatic approach viable for different photovoltaic technologies,» Waste Management, αρ. 59, pp. 422-431, 2017. [12] V. Fthenakis, «Sustainability of photovoltaics: The case for thin-film solar cells,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, τόμ. 13, pp. 2746-2750, 2009. [13] M. Vellini, M. Gambini και V. Prattella, «Environmental impacts of PV technology throughout the life cycle: Importance of the end-of-life management for Si-panels and CdTe-panels,» Energy, τόμ. 138, pp. 1099-1111, 2017. [14] S. Gerbinet, S. Belboom και A. Leonard, «Life Cycle Analysis (LCA) of photovoltaic panels: A review,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, τόμ. 38, pp. 747- 753, 2014. [15] M. Bogacka, K. Pikon και M. Landrat, «Environmental impact of PV cell waste scenario,» Waste Management, αρ. 70, pp. 198-203, 2017.

Διπλωματική Εργασία 70 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

[16] B. Huang, J. Zhao, J. Chai, B. Xue, F. Zhao και X. Wang, «Environmental influence assessment of China's multi-crystalline silicon(multi-Si) photovoltaic modules considering recycling process,» Solar Energy, τόμ. 143, pp. 132-141, 2017. [17] M. Bustamante, B. Hubler, G. Gaustad και C. Babbitt, «Life cycle assessment of jointly produced solar energy materials: Challenges and best practices,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 11-26, 2016. [18] P. Sandwell, N. L. A. Chan, S. Foster, D. Nagpal, C. Emmott, C. Candelise, S. Buckle, N. Ekins-Daukes, A. Gambhir και J. Nelson, «Off-grid solar photovoltaic systems for rural electrification and emissions mitigation in India,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 147-156, 2016. [19] I. Celik, Z. Song, A. Cimaroli, Y. Yan, M. Heben και D. Apul, «Life Cycle Assessment (LCA) of perovskite PV cells projected from lab to fab,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 157-169, 2016. [20] M. Tsang, G. Sonnemann και D. Bassani, «Life-cycle assessment of cradle-to-grave opportunities and environmental impacts of organic photovoltaic solar panels compared to conventional technologies,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 37-48, 2016. [21] A. Gambhir, P. Sandwell και J. Nelson, «The future costs of OPV - A bottom-up model of material and manufacturing costs with uncertainty analysis,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 49-58, 2016. [22] M. Ito, K. Komoto και K. Kurokawa, «Life-cycle analyses of very-large scale PV systems using six types of PV modules,» Current Applied Physics, τόμ. 10, pp. 5271- 5273, 2010. [23] M. Goe και G. Gaustad, «Estimating direct climate impacts of-end-of-life solar photovoltaic recovery,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 27-36, 2016. [24] A. Rubio-Aliaga, J. Sanchez-Lozano, M. Garcia-Cascales και M. Benhamou, «GIS based solar resource analysis for irrigation purposes: Rural areas comparison under groundwater scarcity conditions,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 128-139, 2016. [25] M. Beccali, M. Cellura, S. Longo και F. Guarino, «Solar heating and cooling systems versus conventional systems assisted by photovoltaic: Application of simplified LCA tool,» Solar Energy Material & Solar Cells, αρ. 156, pp. 92-100, 2016. [26] EEA, «EEA,» [Ηλεκτρονικό]. Available: www.eea.com. [Πρόσβαση 16 4 2019]. [27] D. Altuncu και M. Kasapseckin, «Management and recycling of constructional waste in Turkey,» Procedia Engineering, αρ. 21, pp. 1072-1077, 2011. [28] A. Boretti, «Cost and production of solar thermal and solar photovoltaics power plants in the United States,» Renewable Energy Focus, τόμ. 26, pp. 93-99, 2018. [29] A. Borthakur και M. Govind, «Emerging trends in consumers' E-waste disposal behaviour and awareness: A worldwide overview with special focus on India,» Resources, Conservation and Recycling, αρ. 117, pp. 102-113, 2017. [30] M. Ikhlayel, «An integrated approach to establise e-waste management system for developing countries,» Journal of Cleaner Production, αρ. 170, pp. 119-130, 2018.

Διπλωματική Εργασία 71 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

[31] F. Ongondo, I. Williams και T. Cherrett, «How are WEEE doing? A global review of the management of electrical and electronic wastes,» Waste Management, αρ. 31, pp. 714-730, 2011. [32] EUROSTAT. [Ηλεκτρονικό]. Available: www.ec.europa.eu/eurostat/statistics. [Πρόσβαση 16 4 2019]. [33] R. Hernandez, S. Easter, M. Murphy-Mariscal, F. Maestre, M. Tavassoli, E. Allen, S. Barrows, J. Belnap, Ochoa-Hueso, S. Ravi και M. Allen, «Environmental impacts of utility-scale solar energy,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, αρ. 29, pp. 766-799, 2014. [34] D. Sica, O. Malandrino, S. Supino, M. Testa και M. C. Lucchetti, «Management of end-of-life photovoltaic panels as a step towards a circular economy,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, τόμ. 82, pp. 2934-2945, 2018. [35] S. Roy και B. Ghosh, «Land utilization performance of ground mounted photovoltaic power plants: A case study,» Renewable Energy, αρ. 114, pp. 1238-1246, 2017. [36] J. Duflou, J. Peters, D. Altamirano, E. Bracquene και W. Dewulf, «Demanufacturing photovoltaic panels: Comparizon of end-of-life treatment strategies for improved resource recovery,» CIRP Annals Manufacturing Technology, αρ. 67, pp. 29-32, 2018. [37] M. Chatzisideris, N. Espinosa, A. Laurent και F. Krebs, «Ecodesign perspectives of thin-film photovoltaic technologies: A review of life cycle assessment studies,» Solar Energy Materials & Solar Cells, τόμ. 156, pp. 2-10, 2016. [38] F. Corcelli, M. Ripa, E. Leccisi, V. Cigolotti, V. Fiandra, G. Graditi, L. Sannino, M. Tammaro και S. Ulgiati, «Sustainable urban electricity supply chain-Indicators of material recovery and energy savings from crystalline silicon photovoltaic panels end-of-life,» Ecological Indicators, αρ. 94, pp. 37-51, 2018. [39] F. Cucchiella, I. D'Adamo, S. L. Koh και P. Rosa, «Recyclingof WEEEs: An economic assessment of present and future e-waste streams,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, αρ. 51, pp. 263-272, 2015. [40] C. Latunussa, F. Ardente, G. A. Blengini και L. Mancini, «Life Cycle Assessment of an innovative recycling process for crystalline silicon photovoltaic panels,» Solar Energy Materials & Solar Cells, τόμ. 156, pp. 101-111, 2016. [41] C. Latunussa, F. Ardente, G. A. Blengini και L. Mancini, «Life Cycle Assessment of an innovative recycling process for crystalline silicon photovoltaic panels,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 101-111, 2016. [42] M. Marwede και A. Reller, «Future recycling flows of tellurium from cadmium telluride photovoltaic waste,» Resources, Conservation and Recycling, αρ. 2012, pp. 35-49, 2012. [43] G. Granata, F. Pagnanelli, E. Moscardini, T. Havlik και L. Toro, «Recycling of photovoltaic panels by physical operations,» Solar Energy Materials & Solar Cells, τόμ. 123, pp. 239-248, 2014. [44] P. Jayathissa, M. Jansen, N. Heeren, Z. Nagy και Schlueter, «Life cycle assessment of dynamic building integrated photovoltaics,» Solar Energy Materials & Solar Cells, τόμ. 156, pp. 75-82, 2016.

Διπλωματική Εργασία 72 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

[45] J. Peng, L. Lu και H. Yang, «Review on life cycle assessement of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, τόμ. 19, pp. 255-274, 2013. [46] V. Savvilotidou, A. Antoniou και E. Gidarakos, «Toxicity assessment and feasible recycling process for amorphous silicon and CIS waste photovoltaic panels,» Waste Management, τόμ. 59, pp. 394-402, 2017. [47] J. Tao και S. Yu, «Review on feasible recycling pathways and technologies of solar photovoltaic modules,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 141, pp. 108-124, 2015. [48] M. Marwede, W. Berger, M. Schlummer, A. Maurer και A. Reller, «Recycling paths for thin-film chalcogenide photovoltaic waste- Current feasible processes,» Renewable Energy, αρ. 55, pp. 220-229, 2013. [49] P. Dias, S. Javimczik, M. Benevit, H. Veit και A. M. Bernardes, «Recycling WEEE: Extraction and concentration of silver from waste clystalline silicon photovoltaic modules,» Waste Management, αρ. 57, pp. 220-225, 2016. [50] H. Yuan, «Key indicators for assessing the effectiveness of waste management in construction projects,» Ecological Indicators, αρ. 24, pp. 476-484, 2013. [51] Z. Wu, A. Yu, L. Shen και G. Liu, «Quantifying construction and demolition waste: An analytical review,» Waste Management, αρ. 34, pp. 1683-1692, 2014. [52] S. Luckichev και M. Romanovich, «The quality management system as a key factor for sustainable develpment of the construction companies,» Procedia Engineering, αρ. 165, pp. 1717-1721, 2016. [53] D. Salem, A. Bakr και Z. El Sayad, «Post-construction stages cost management: Sustainable design approach,» Alexandria Engineering Journal, 2018. [54] A. Dominguez και R. Geyer, «Photovoltaic waste assessment of major photovoltaic installations in the United States of America,» Renewable Energy, pp. 1-13, 2018. [55] A. Dominguez και R. Geyer, «Photovoltaic waste assessment in Mexico,» αρ. 127, pp. 29-41, 2017. [56] O. Horodytska, F. J. Valdes και A. Fullana, «Plastic flexible films waste management- A state of art review,» Waste Management, αρ. 77, pp. 413-425, 2018. [57] A. Sahu, N. Yadav και K. Sudhakar, «Floating photovoltaic power plant: A review,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, αρ. 66, pp. 815-824, 2016. [58] T. Guerin, «A case study identifying and mitigating the environmental and community impacts from construction of a utility-scale solar photovoltaic power plant in eastern Austalia,» Solar Energy, αρ. 146, pp. 94-104, 2017. [59] H. Kim και H. Park, «PV Waste Management at the Crossroads of Circular Economy and Energy Transition: The case of South Korea,» Sustainability, αρ. 3565, 2018. [60] A. Paiano, «Photovoltaic waste assessment in Italy,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, αρ. 41, pp. 99-112, 2015. [61] S. Lizin, S. Van Passel και L. Vranken, «Heterogeneity in the solar-powered cosumer electronics market: A discrete choice experiments study,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 140-146, 2016.

Διπλωματική Εργασία 73 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

[62] C. Baldassarri, A. Shehabi, F. Asdrubali και E. Masanet, «Energy and emissions analysis of next generation electrochromic devices,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 170-181, 2016. [63] S. M. Silva, R. Mateus, L. Marques και M. Ramos, «Contribution of the solar systems to the nZEB and ZEB design concept in Portugal - Energy, economics and environmental life cycle analysis,» Solar Energy Materials & Solar Cells, αρ. 156, pp. 59-74, 2016. [64] Μ. Καράγιωργας, Δ. Χαζαρίας και Α. Κύρκου, «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας,» WWF Ελλάς, Αθήνα, 2010. [65] EPA, «Best Practises for Sitting Solar Photovoltaicson MSW Landfills,» EPA-NREL, 2013. [66] EUROSTAT, «Energy, Transport and Environment Indicators,» EUROSTAT, 2018.

Διπλωματική Εργασία 74 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Παράρτημα Α: «Φωτογραφίες ΦΒ πανέλων»

Ακολουθούν μερικές φωτογραφίες χαρακτηριστικών περιπτώσεων αστοχιών στα ΦΒ πανέλα:

Εικόνα 21 Κατεστραμένες κυψέλες σε p-Si πανέλο από βραχυκύκλωμα Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Διπλωματική Εργασία 75 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 22 θερμογράφημα σε πανέλο που φαίνεται κατεστραμένη κυψέλη Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Εικόνα 23 θερμογράφημα σε πανέλο με κυψέλες μειωμένης απόδοσης Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Διπλωματική Εργασία 76 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Εικόνα 24 πανέλο c-Si όπου διακρίνεται κατεστραμμένη κυψέλη και θραυσμένο τζάμι. Τα στίγματα είναι υπολείματα από παράγωγα μελισσών. Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Διπλωματική Εργασία 77 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Παράρτημα Β: «Φωτογραφίες κατασκευής ΦΒ πάρκου»

Ακολουθούν μερικές χαρακτηριστικές φωτογραφίες κατασκευής μεγάλων ΦΒ πάρκων.Πηγή: Αρχείο συγγραφέα.

Διπλωματική Εργασία 78 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Διπλωματική Εργασία 79 «Γεώργιος Αδαλής», «Διαχείριση και αξιοποίηση αποβλήτων έργων κατασκευής και συντήρησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας φωτοβολταϊκών πάρκων»

Υπεύθυνη Δήλωση Συγγραφέα: Δηλώνω ρητά ότι, σύμφωνα με το άρθρο 8 του Ν.1599/1986, η παρούσα εργασία αποτελεί αποκλειστικά προϊόν προσωπικής μου εργασίας, δεν προσβάλλει κάθε μορφής δικαιώματα διανοητικής ιδιοκτησίας, προσωπικότητας και προσωπικών δεδομένων τρίτων, δεν περιέχει έργα/εισφορές τρίτων για τα οποία απαιτείται άδεια των δημιουργών/δικαιούχων και δεν είναι προϊόν μερικής ή ολικής αντιγραφής, οι πηγές δε που χρησιμοποιήθηκαν περιορίζονται στις βιβλιογραφικές αναφορές και μόνον και πληρούν τους κανόνες της επιστημονικής παράθεσης.

Διπλωματική Εργασία 80