«ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΠΡΟΤΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ»

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΠΡΟΤΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ» STUDY OF INNOVATIVE PROPOSALS FOR THE RECYCLING OF PHOTOVOLTAICS ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ Δασκάλογλου Γρηγόριος Κίναλης Αναστάσιος Α.Ε.Μ.: 3840 Α.Ε.Μ.: 3808 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Δεκέμβριος 2012

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η Εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μας Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μας στο Τμήμα Ηλεκτρολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε το Μάιο του 2012 και ολοκληρώθηκε το Δεκέμβριο του 2012, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα εργασία, είχε ως σκοπό τη μελέτη καινοτόμων προτάσεων για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανόν να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική ευρεία αξιοποίηση της ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών. Αισθανόμαστε την υποχρέωση να ευχαριστήσουμε θερμά την Καθηγήτρια κα. Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μας παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μας για την εμπιστοσύνη τους στις δυνάμεις μας και για τη συνεχή συμπαράσταση και υποστήριξη που είχαμε από μέρους τους. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μας να μην αναφερθούμε στους καθηγητές και στους συμφοιτητές μας, για την προθυμία με την οποία μας παρείχαν τη βοήθειά τους, όποτε τη χρειαστήκαμε, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μας περιβάλλον, οι οποίοι μας συμπαραστάθηκαν και μας ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μας. Καβάλα, Δεκέμβριος 2012 ii

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΞΩΦΥΛΛΟ..i ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΕΞΩΦΥΛΛΟ... ii ΠΡΟΛΟΓΟΣ... iii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... iv ΠΕΡΙΛΗΨΗ....vii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ.1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 2.1 Φωτοβολταϊκό φαινόμενο ορισμός Μια μικρή αναδρομή στην ιστορία των φωτοβολταϊκών στοιχείων Αυτόνομα και διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα Περισσότερο αποδοτικός ο νότος Ορισμός ανακύκλωσης και ανακυκλώσιμα προϊόντα Ωφέλειες από την ανακύκλωση Σχετικά με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Ανακύκλωσης PV Cycle Κύκλος ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών...14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 3.1 Το θεσμικό πλαίσιο των ΑΠΕ στον ευρωπαϊκό χώρο Προδιαγραφές των φωτοβολταϊκών πλαισίων στην ευρωπαϊκή αγορά Κριτήρια και απαιτήσεις για τη διαδικασία ανακύκλωσης Νομοθεσία για πάνελ άνω των 60 τεμ. προς ανακύκλωση Μη αποδεκτά πάνελ με βάση τη νομοθεσία...22 iii

4 3.6 Νομοθετικά κριτήρια αλουμινίου Υποχρεωτική η ανακύκλωση φωτοβολταϊκών από το ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 4.1 Διάφορες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών στοιχείων Φωτοβολταϊκά Κρυσταλλικού πυριτίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια πολυκρυσταλλικού πυριτίου Φωτοβολταϊκά λεπτών ταινιών Φωτοβολταϊκά πλαίσια άμορφου Πυριτίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια δισεληνοϊνδούχου χαλκού Φωτοβολταϊκά πλαίσια Τελουριούχου Καδμίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια Αρσενιούχου Γαλλίου Φωτοβολταϊκά στοιχεία ετεροεπαφής HIT Φωτοβολταϊκά πλαίσια εύκαμπτης βάσης Σύγκριση φωτοβολταϊκών κρυσταλλικού Πυριτίου λεπτών ταινιών Ποιος είναι ο καλύτερος τύπος φωτοβολταϊκών πάνελ Σύγκριση απόδοσης κόστους Συμπεράσματα 36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ 5.1 Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών Τεχνικές ανακύκλωσης Διαδικασία ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών...41 iv Διαδικασία ανακύκλωσης για τα φωτοβολταϊκά τύπου λεπτών ταινιών Διαδικασία ανακύκλωσης για τα φωτοβολταϊκά τύπου κρυσταλλικού πυριτίου Σύγκριση των δύο διαδικασιών και των αποτελεσμάτων τους 53

5 5.5 Παραδείγματα ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών Ανακύκλωση αλουμινίου Διαδικασία ανακύκλωσης αλουμινίου..58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΡΕΥΝΑ 6.1 Μεθοδολογία έρευνας Γραφήματα..64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συμπεράσματα από την έρευνα Γενικά συμπεράσματα Προτάσεις...92 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...95 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ..97 v

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη καινοτόμων προτάσεων για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών και πιο συγκεκριμένα οι τρόποι ανακύκλωσής τους καθώς και το νομοθετικό πλαίσιο που ισχύει. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία παρουσιάζεται αναλυτικά η ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών συστημάτων καθώς και η διαδικασία ανακύκλωσης τους. Αρχικά γίνετε αναφορά στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο και στα τμήματα από τα οποία αποτελείται ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Στην συνέχεια αναφέρουμε το νομοθετικό πλαίσιο της ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών, επίσης αναφέρουμε τις κατηγορίες των φωτοβολταϊκών πλαισίων και την διαδικασία της ανακύκλωσης τους. Τέλος με τη μέθοδο του ερωτηματολογίου πραγματοποιούμε έρευνα στο θέμα της ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών. vi

7 ABSTRACT The aim of this thesis is the study of innovative proposals concerning the recycling of photovoltaics and precisely the ways that photovoltaics can be recycled and finally the legislative framework they are included to. In this thesis it is analysed the development of photovoltaics systems and the overall procedure of how they can be recycled. To begin with, there is a reference to the phenomenon of photovoltaics and also to the parts of which a photovoltaic system consists of. Furthermore, we present the whole legislation regarding to the photovoltaics and of course the separate categories in which they can be found and how they can be recycled. Finally, using the method of questionnaire we do a research with regard to the recycling of photovoltaics. vii

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα είναι το ενεργειακό. Η αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού προϋποθέτει την εξοικονόμηση ενέργειας με τη βοήθεια των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να μειώσουμε το μέγεθος των αρνητικών επιπτώσεων στο περιβάλλον αλλά και στον ίδιο τον άνθρωπο. Η ηλιακή ενέργεια είναι μια καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή. Η αξιοποίηση της μπορεί να πραγματοποιηθεί με την χρήση των φωτοβολταϊκών. Το όφελος για το περιβάλλον είναι σημαντικό αφού για την κατανάλωση κάθε κιλοβατώρας από το δίκτυο της ΔΕΗ απαιτείται η χρήση ορυκτών καυσίμων, επιβαρύνοντας με αυτόν τον τρόπο την ατμόσφαιρα με ένα τουλάχιστον kg διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό με τη σειρά του αποτελεί το σημαντικό θερμοκηπιακό αέριο και συμβάλει στις επικίνδυνες κλιματικές αλλαγές. Δυστυχώς όμως παρά την επιτακτική αυτή ανάγκη για αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και παρά το γεγονός ότι η Ελλάδα είναι η πιο πλούσια χώρα της Ευρώπης σε ηλιοφάνεια, κατατάσσεται μεταξύ των τελευταίων στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων. Επίσης, αν θέλουμε πραγματικά να μειώσουμε το μέγεθος των αρνητικών επιπτώσεων στο περιβάλλον και να αποκαλούμαι την χρήση των φωτοβολταϊκών πράσινη ενέργεια, τότε θα πρέπει να γίνεται πράξη και η ανακύκλωση τους στο μεγαλύτερο δυνατό ποσοστό. Γι' αυτό και έχουν γίνει μεγάλα βήματα ως προς τη Μελέτη καινοτόμων προτάσεων για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών από μεγάλες εταιρίες και διεθνής οργανισμούς (π.χ. PV Cycle) Από το 2014 τα κράτη-μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης υποχρεούνται να ενσωματώσουν στην εθνική τους νομοθεσία την ευρωπαϊκή οδηγία για τα Απόβλητα των Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Συσκευών (WEEE- Waste Electronic and Electric Equipment Directive), η οποία προβλέπει τη λήψη και ανακύκλωση φωτοβολταϊκών από τους παραγωγούς. 1

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 2.1 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΟΡΙΣΜΟΣ Το φώς του ήλιου απαρτίζεται από μικρά πακέτα ενέργειας, τα οποία ονομάζονται φωτόνια. Το μήκος κύματός τους καθορίζει το ποσό της ενέργειας που διαθέτουν. Όταν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο είτε ανακλώνται είτε το διαπερνούν είτε απορροφώνται από αυτό, τα φωτόνια που απορροφώνται από το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι εκείνα που παράγουν την ηλεκτρική ενέργεια. Η έκθεση τους στην ηλιακή ακτινοβολία, οδηγεί στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική κατά ένα ποσοστό ίσο με 5-17%. Η τεχνολογία είναι αυτή που θα καθορίσει το τελικό ποσοστό της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Με γνώμονα τα παρακάνω δεδομένα ορίζουμε ως φωτοβολταϊκό φαινόμενο την άμεση μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική τάση. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι μια τεχνολογία που δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια που μετριέται σε βατ η κιλοβάτ και δημιουργείται από τα φωτόνια. Όσο το φώς πέφτει στον ηλιακό συλλέκτη παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα, όταν το φώς σταματήσει η παραγωγή σταματάει επίσης. Φυσικά οι ηλιακοί συλλέκτες δεν χρειάζονται επαναφόρτιση όπως οι μπαταρίες. Κάποιοι απ' αυτούς βρίσκονται σε συνεχή λειτουργία στη γη ή στο διάστημα για πάνω από 30 χρόνια. Σχήμα 2.1: Φωτοβολταϊκό φαινόμενο 2

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 2.2 ΜΙΑ ΜΙΚΡΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο Φυσικό Αlexandre Edmond Becquerel το 1839, ο οποίος ανακάλυψε ότι μπορεί να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα όταν συγκεκριμένες κατασκευές εκτεθούν στο φως. Οι Αμερικάνοι Adams και Day το 1876 χρησιμοποιώντας έναν κρύσταλλο σεληνίου είχαν κάνει επίδειξη αυτού του φαινομένου. Η απόδοση σε αυτή την περίπτωση ήταν μόνο 1%. Το 1905 ο Albert Einstein διατύπωσε την εξήγηση του φωτοβολταϊκού φαινομένου (υπόθεση του φωτονίου). Το 1949 οι Αμερικάνοι Shockley, Bardeen και Brattain ανακάλυψαν το τρανζίστορ διευκρινίζοντας τη φυσική των p και n ενώσεων των ημιαγωγικών υλικών. Το πρώτο φωτοβολταϊκό κύτταρο με απόδοση κοντά στο 6% κατασκευάστηκε το 1956, ενώ αργότερα κατασκευάστηκε το φωτοβολταϊκό κύτταρο από πυρίτιο, το οποίο λειτούργησε με απόδοση του 10%. Η γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας στην εξερεύνηση του διαστήματος διάνοιξε εξαιρετικές προοπτικές για την χρήση φωτοβολταϊκών κυττάρων. Το 1958, 108 ηλιακά κύτταρα είχαν σταλεί στο διάστημα για δοκιμή. Η σύνδεση σε σειρά άρχισε αργότερα σε μικρότερο αριθμό. Το 1970 η ετήσια παραγωγή φωτοβολταϊκών πλαισίων για διαστημικές εφαρμογές ήταν 500m2. Η επίγεια χρήση ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 70, παίρνοντας δυναμική από την πετρελαϊκή κρίση του και δίνοντας ερεθίσματα για την εκπόνηση πληθώρας ερευνητικών μελετών. Η προσπάθεια της επιστημονικής κοινότητας ήταν να μειωθεί το κόστος των φωτοβολταϊκών πλαισίων, με την εύρεση νέων φθηνότερων υλικών. Σήμερα τα φωτοβολταϊκά έχουν γίνει κομμάτι της καθημερινής μας ζωής. Η απόδοση τους κυμαίνεται από 12% ως 18% σε συγκεκριμένες συνθήκες αναφοράς. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία (solar cells) είναι συσκευές παραγωγής ηλεκτρισμού κατασκευασμένες από ημιαγωγούς. Ως κύριος ημιαγωγός χρησιμοποιείται το πυρίτιο και προσμίξεις του με φώσφορο (Ntype) και βόριο (P-type). Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο συνιστάται από 3

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ένα πολύ λεπτό στρώμα πυριτίου N-type που έχει πληθώρα ηλεκτρονίων, επάνω από ένα παχύτερο στρώμα πυριτίου P-type που παρουσιάζει έλλειψη ηλεκτρονίων. Στην επιφάνεια επαφής των δύο υλικών, που αναφέρεται και ως junction, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο. Mε την επίδραση ηλιακού φωτός στο φωτοβολταϊκό στοιχείο η ενέργεια του συστήματος αυξάνει, κάποια ηλεκτρόνια ελευθερώνονται και μεταπηδούν από το Ν στο P στρώμα για να καλύψουν τις κενές θέσεις (holes). Αποτέλεσμα της παραπάνω κίνησης είναι η εμφάνιση συνεχούς ρεύματος. Σχήμα 2.2: Λειτουργία φωτοβολταϊκού φαινομένου Το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι το 25% της ενέργειας που δέχεται, όμως συνήθως το ποσοστό είναι λιγότερο από 15%. Το παραπάνω συμβαίνει διότι το ηλιακό φως που πέφτει στο στοιχείο μεταφέρει διαφορετικά επίπεδα ενέργειας και κάποια από αυτά δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να μπορέσουν να ελευθερώσουν ηλεκτρόνια. Η συνήθης ηλεκτρική τάση που εμφανίζουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι 0,5 με 0,6 V συνεχούς ρεύματος σε ανοικτό κύκλωμα. Η ισχύς που παράγεται εξαρτάται από τον βαθμό απόδοσης, το μέγεθος της επιφάνειας του στοιχείου και την ένταση του ηλιακού φωτός που προσπίπτει στην 4

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ παραπάνω επιφάνεια. Για ένα τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο διαστάσεων 160 cm2, υπό συνθήκες πλήρους και μέγιστης έντασης ηλιοφάνειας, η αναμενόμενη ισχύς αγγίζει τα 2 Wp. Για να αυξηθεί η συνολική παραγόμενη ισχύς τα φωτοβολταϊκά στοιχεία ενώνονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν φωτοβολταϊκά πλαίσια (modules) και τα πλαίσια με τη σειρά τους ενώνονται για τη δημιουργία φωτοβολταϊκών συστοιχιών (arrays). Σχήμα 2.3: Κελί, πλαίσιο, συστοιχία φωτοβολταϊκών 2.3 ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΚΑΙ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα κύρια μέρη από τα οποία αποτελείται ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα είναι το φωτοβολταϊκό πλαίσιο, η μπαταρία, ο ρυθμιστής τάσης, ο μετατροπέας (inverter) και ο καταναλωτής Στην εικόνα που ακολουθεί περιγράφονται τα βασικά μέρη ενός τέτοιου συστήματος. 5

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Σχήμα 2.4: Αυτόνομο σύστημα Τα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα συνδέονται και λειτουργούν παράλληλα με το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο. Δεν διαθέτουν σύστημα αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρίες), οπότε δεν έχουν και αναλώσιμα υλικά. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγουν, καταναλώνεται από τον ιδιοκτήτη και η πλεονάζουσα ή και όλη η παραγόμενη ενέργεια πωλείται στο δίκτυο. Χρησιμοποιούνται για εξοικονόμηση ενέργειας ή παραγωγή και πώληση της ενέργειας στο δίκτυο. Για τα διασυνδεδεμένα συστήματα (on grid), δεν απαιτείται η χρήση μπαταριών, ενώ για τον έλεγχο της προσφερόμενης ενέργειας στο σύστημα τοποθετείται ένας μετρητής που καταγράφει τις παραγόμενες kwh. Στην εικόνα που ακολουθεί περιγράφονται τα βασικά μέρη ενός τέτοιου συστήματος. 6

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Σχήμα 2.5: Διασυνδεδεμένο σύστημα. 1. Φωτοβολταϊκό πλαίσιο 2. Μετατροπέας (Inverter) 3. Δίκτυο Δ.Ε.Η. 4. Οικιακές ηλεκτρονικές συσκευές Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο είναι βασική μονάδα παραγωγής ρεύματος που αποτελείται από ορισμένο αριθμό φωτοβολταϊκών στοιχείων, 10 έως 50 συνήθως, ενωμένων με κατάλληλες μεταλλικές επαφές και προστατευμένων εξωτερικά μέσω αντανακλαστικής μεμβράνης και επικάλυψης γυαλιού. Εικόνα 2.1: Φωτοβολταϊκό πλαίσιο Ο αντιστροφέας μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια σε εναλλασσόμενο προκειμένου να γίνει συμβατό με τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών. Η μετατροπή του ρεύματος από συνεχές σε εναλλασσόμενο όμως, αποφέρει αρκετές απώλειες. Αυτό θα 7

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ μπορούσε να αποφευχθεί εάν οι ηλεκτρικές συσκευές είχαν τη δυνατότητα να λειτουργήσουν με συνεχές ρεύμα. Εικόνα 2.2: Μετατροπέας (inverter) Για τα αυτόνομα Φωτοβολταϊκά συστήματα απαιτούνται ακόμη ρυθμιστής τάσης και μπαταρία. Ο ρυθμιστής τάσης ρυθμίζει και διατηρεί τη κανονική φόρτιση των μπαταριών από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Όταν η μπαταρία φτάνει στο στάδιο της υπερφόρτισης τότε ελαττώνεται ο χρόνος ζωής της. Για το λόγο αυτό ο ρυθμιστής τάσης ελαττώνει το ρεύμα που προσφέρουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια προς τη μπαταρία 8

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Εικόνα 2.3: Ρυθμιστής τάσης Στα αυτόνομα συστήματα απαιτείται η χρήση μπαταριών για την αποθήκευση του παραγόμενου ρεύματος που δεν καταναλώνεται άμεσα. Η μπαταρία προσφέρει με τη σειρά της την αποθηκευμένη ενέργεια, όταν δεν υπάρχει ηλιακό φως, κυρίως δηλαδή τις βραδινές ώρες. Εικόνα 2.4: Μπαταρία 9

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 2.4 ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΣ Ο ΝΟΤΟΣ Σε γενικές γραμμές, ένα φωτοβολταϊκό σύστημα στην Ελλάδα παράγει κατά μέσο όρο ετησίως περί τις kwh ανά εγκατεστημένο kw (kwh/y/kw). Προφανώς στις νότιες και πιο ηλιόλουστες περιοχές της χώρας ένα φωτοβολταϊκό παράγει περισσότερο ηλιακό ηλεκτρισμό απ ότι στις βόρειες. Ενδεικτικά αναφέρουμε πως ένα φωτοβολταϊκό σύστημα στην Αθήνα αποδίδει kwh /y/kw, στη Θεσσαλονίκη kwh/y/kw και στην Κρήτη ή στη Ρόδο kwh/y/ kw. Σχήμα 2.6: Χάρτης απόδοσης φωτοβολταϊκών στην Ελλάδα 10

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Όπως γίνεται αντιληπτό από το σχήμα 2.6, η περιοχή της Κρήτης είναι μια από τις πιο ευνοημένες περιοχές της Ελλάδας, αφού λόγω τις αυξημένης ηλιοφάνειας το φωτοβολταϊκό σύστημα είναι πιο αποδοτικό. Συγκεκριμένα για την περιοχή των Χανίων διασυνδεδεμένου συστήματος εγκατεστημένης ισχύος 100 kw με συντελεστή απόδοσης μετατροπής 82% η μηνιαία απόδοση του συστήματος φαίνεται στον πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1 Μηνιαία απόδοση φωτοβολταϊκών ΜΗΝΑΣ Εγκατεστημένη ισχύς (kw) Ιανουάριος 8,9999 Φεβρουάριος 9,5799 Μάρτιος 13,7400 Απρίλιος 15,2888 Μάιος 17,2233 Ιούνιος 19,5466 Ιούλιος 20,7077 Αύγουστος 19,1588 Σεπτέμβριος 17,2233 Οκτώβριος 12,4822 Νοέμβριος 7,7411 Δεκέμβριος 7,7411 Σύνολο 1 ου έτους 169,427kWh 2.5 ΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΙΜΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Ανακύκλωση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα απορρίμματα επαναχρησιμοποιούνται ή μετατρέπονται σε πηγές ενέργειας ή σε πρώτες ύλες. Μέρος της διαδικασίας της ανακύκλωσης είναι και η μετατροπή βλαβερών, για το περιβάλλον, υλικών σε λιγότερο ή και καθόλου βλαβερά. Με τον τρόπο αυτό γίνεται ομαλότερα η επανένταξή τους στο φυσικό περιβάλλον. 11

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Άρα, ανακύκλωση είναι η διαδικασία της συστηματικής συλλογής, διαλογής και επαναφοράς των χρήσιμων υλικών από τα απορρίμματα στον κοινωνικό και οικονομικό κύκλο ζωής. Παραδείγματα ανακυκλώσιμων προϊόντων στην σημερινή εποχή είναι: Μεγάλες οικιακές συσκευές (ψυγεία, πλυντήρια κ.λπ.) Μικροσυσκευές που διευκολύνουν τη ζωή (κλιματιστικά, φωτιστικά είδη, συσκευές τηλεπικοινωνίας κ.λπ.) Προϊόντα εικόνας και ήχου Εξοπλισμός πληροφορικής Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εργαλεία και παιχνίδια Ιατροτεχνολογικά προϊόντα Όργανα παρακολούθησης και ελέγχου Συσκευές αυτόματης διανομής Ηλεκτρονικοί υπολογιστές Καταλύτες εξάτμισης οχημάτων Φαγητά (λίπασμα) Χαρτί Πλαστικό Αλουμίνιο Γυαλί Ελαστικά Αυτοκινήτων 2.6 ΩΦΕΛΕΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ 12 Η μείωση της ποσότητας των απορριμμάτων που οδηγούνται προς διάθεση, είτε για ταφή πρόκειται, είτε για καύση, συνεπάγεται και ταυτόχρονη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος, ενώ παράλληλα αυξάνει η διάρκεια ζωής των χωματερών, γεγονός ιδιαίτερα σημαντικό τα τελευταία χρόνια δεδομένης της δυσκολίας ανεύρεσης χώρων για τέτοια χρήση. Ακόμη η εφαρμογή προγραμμάτων ανακύκλωσης δίνει τη δυνατότητα να απομακρύνονται σε μεγαλύτερο ποσοστό επικίνδυνα και τοξικά υλικά από τα απορρίμματα πριν την τελική διάθεσή τους.

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Η χρήση ανακυκλωμένων (δευτερογενών) υλικών σε αντικατάσταση πρωτογενών έχει σαν αποτέλεσμα την εξοικονόμηση πρώτων υλών και ενέργειας, αλλά και μείωση της ρύπανσης κατά την παραγωγική διαδικασία των νέων προϊόντων. Στον πίνακα 2.2 δίνονται οι ωφέλειες που προκύπτουν αν αντικατασταθούν οι πρώτες ύλες με δευτερογενή υλικά που προέρχονται από ανακύκλωση. Πίνακας 2.2 Ωφέλειες [%] από την ανακύκλωση Χαρτί Γυαλί Χαλκός Αλουμίνιο Ενέργεια (%) Αέρια ρύπανση (%) Ρύπανση νερών (%) Χρήση νερού (%) ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ PV Cycle Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός PV Cycle ιδρύθηκε τον Ιούλιο του 2007 με σκοπό την δημιουργία ενός εθελοντικού προγράμματος συλλογής και ανακύκλωσης μεταχειρισμένων φωτοβολταϊκών πάνελ. Σήμερα τα μέλη του PV Cycle απαρτίζονται από κατασκευαστές και διανομείς φωτοβολταϊκών πάνελ, ενώ παράλληλα αντιπροσωπεύουν το 90% της ευρωπαϊκής αγοράς φωτοβολταϊκών. Μέσω της δραστηριότητας του οργανισμού PV Cycle προσδοκάται η δημιουργία βιώσιμων ενεργειακών λύσεων, οι οποίες λαμβάνουν υπόψη τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής ενός φωτοβολταϊκού πάνελ, από την προμήθεια των πρώτων υλών μέχρι και την ανακύκλωση αυτού. 13

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 2.8 ΚΥΚΛΟΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σχήμα 2.6: Κύκλος ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών Στο σχήμα 2.6 φαίνεται ο κύκλος ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών. Πιο συγκεκριμένα ο κύκλος ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών ξεκινάει από τις πρώτες ύλες των υλικών, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των μονάδων. Στην συνέχεια την διαδικασία κατασκευής των μονάδων και την εγκατάστασή τους, με σκοπό την εκμετάλλευση των μονάδων και την παραγωγή ενέργειας από αυτές. Στο τέλος ζωής των φωτοβολταϊκών γίνεται η απεγκατάσταση τους, καθώς και η συλλογή τους, έπειτα γίνεται η ανακύκλωσή τους όπου καταλήγουμε και πάλι στις πρώτες ύλες. 14

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 3.1 ΤΟ ΘΕΣΜΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΩΝ Α.Π.Ε. ΣΤΟΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΧΩΡΟ Για την προώθηση των ΑΠΕ αναπτύχθηκαν πρωτοβουλίες και καταρτίστηκαν προγράμματα σε εθνικό, ευρωπαϊκό και παγκόσμιο επίπεδο. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή άρχισε να ενισχύει τις ΑΠΕ από τα μέσα της δεκαετίας του 1970 μέσω των προγραμμάτων έρευνας, ανάπτυξης και επίδειξης. Η Ευρωπαϊκή Κοινότητα έκανε μια πρώτη προσπάθεια για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής το 1981 με την απόφαση 81/462/ΕΟΚ, η οποία έγινε συμβαλλόμενο μέρος στη Σύμβαση της Γενεύης «για την αντιμετώπιση της διαμεθοριακής ρύπανσης της ατμόσφαιρας σε μεγάλη απόσταση» (Φιλιππάκη, 2008). Η αρχή της προφύλαξης διασφαλίζει ότι η πολιτική προστασίας του περιβάλλοντος δεν πρέπει να επιδιώκεται μόνο με την μέσω αμυντικών μέτρων αποτροπή επικείμενων αλλά και με την μέσω θετικών μέτρων πρόληψη απώτερων κινδύνων. Η αρχή της προφύλαξης έχει αναπτυχθεί κυρίως από το γερμανικό δίκαιο και διατυπώθηκε για πρώτη φορά στη διάσκεψη της Στοκχόλμης το Επίσης, η αρχή της προφύλαξης κατοχυρώθηκε στο κοινοτικό δίκαιο περιβάλλοντος με τη Συνθήκη του Μάαστριχτ στο άρθρο 130 και στο νέο άρθρο 174 ΣυνθΕΚ. Η αρχή κατοχυρώθηκε σε διεθνή κείμενα όπως για παράδειγμα η διακήρυξη του Ρίο και η σύμβαση για τις κλιματικές αλλαγές του 1992 (Φιλιππάκη, 2008). Η Ευρωπαϊκή κοινότητα χάραξε μια συνολική πολιτική για τις ανανεώσιμες μορφές ενέργειας το 1997 με την ψήφιση της Λευκής Βίβλου, ενός κειμένου που προβλέπει μια σειρά από δράσεις με σκοπό τον διπλασιασμό των ΑΠΕ στη συνολική ενεργειακή κατανάλωση της Ευρωπαϊκής Ένωσης από 6% που ήταν το 1995 σε 12% το 2010 (Ελληνικός Σύνδεσμος Επενδυτών ΑΠΕ, 2002). Δόθηκαν κίνητρα οικονομικού χαρακτήρα μέσω χρηματοδοτήσεων και επιχορηγήσεων για την ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Έγιναν νομοθετικές ρυθμίσεις προς την κατεύθυνση της απελευθέρωσης της 15

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ παραγωγής. ενέργειας και από ιδιώτες - ανεξάρτητους παραγωγούς. Έγιναν προγράμματα έρευνας για τη δυνατότητα αξιοποίησης των εναλλακτικών μορφών ενέργειας (Οξυγόνο, 2001). Δημιουργήθηκαν λοιπόν μεσοπρόθεσμοι και μακροπρόθεσμοι στόχοι και στρατηγικές για τη μείωση της ρύπανσης και της κατανάλωσης ενέργειας (στόχος της Ε.Ε για σταθεροποίηση των εκπομπών CO2 στα επίπεδα του 1990 μέχρι το έτος Πρωτόκολλο Κιότο). Το πρωτόκολλο του Κιότο υπογράφηκε το 1997 και τέθηκε σε ισχύ στις 16 Φεβρουαρίου του 2005, αποτελώντας το σημαντικότερο νομικό εργαλείο που αναγνωρίζει την ανάγκη δράσης για την αποτροπή των κλιματικών αλλαγών και προβλέπει τον έλεγχο των εκπομπών των αερίων που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου (Helm, 2007). Το πρωτόκολλο του Κιότο προέκυψε από τη Σύμβαση - Πλαίσιο για τις κλιματικές αλλαγές που είχε υπογραφεί στη διάσκεψη του Ρίο τον Ιούνιο του 1992 από το σύνολο σχεδόν των κρατών. Στόχος της σύμβασης αποτελούσε «η σταθεροποίηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα σε τέτοια επίπεδα ώστε να προληφθούν επικίνδυνες επιπτώσεις στο κλίμα από τις ανθρώπινες δραστηριότητες». Στόχος είναι η μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου κατά 8% το διάστημα σε σχέση με αυτά του 1990 και μέχρι το 2020 να υπάρξει μείωση της τάξης του 20-40%. Με την απόφαση 2004/280 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του συμβουλίου καθορίστηκε ο μηχανισμός παρακολούθησης των εκπομπών των αερίων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου για την εφαρμογή του Πρωτοκόλλου του Κιότο. Η Απόφαση 2005/166 θέσπισε τους κανόνες εφαρμογής της απόφασης 2004/280. Το Πρωτόκολλο του Κιότο αποτελεί το πρώτο βήμα για τη μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου προκειμένου να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα των κλιματικών αλλαγών. 9στόσο ακόμη κι αν εφαρμοστεί το Πρωτόκολλο στο ακέραιο θα περιοριστεί η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 0,06 βαθμούς έως το 2050, ενώ το ίδιο διάστημα αναμένεται να αυξηθεί η θερμοκρασία κατά 1-2 C. Τα Ηνωμένα Έθνη προειδοποιούν ότι για να εξαλειφθούν οι κλιματικές αλλαγές απαιτείται μείωση των αερίων του 16

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ θερμοκηπίου κατά 50-70% περίπου τις επόμενες δεκαετίες. Επομένως γίνεται αντιληπτό ότι απαιτούνται πρόσθετες ενέργειες για την αντιμετώπιση του προβλήματος ( και Φιλιππάκη, 2008). Η Ευρωπαϊκή Ένωση στην προσπάθεια της να ενσωματώσει τους στόχους του Πρωτοκόλλου του Κιότο στην πολιτική της για την κλιματική αλλαγή έχει θέσει ως στόχους: α) τη λήψη μέτρων ενίσχυσης της εξοικονόμησης ενέργειας και της ανάπτυξης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ο στόχος είναι το 2010 η κατανάλωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας να φτάσει το 12% της συνολικής κατανάλωσης της Ευρωπαϊκής Ένωσης. β) η χάραξη βιώσιμης πολιτικής, φιλικής προς περιβάλλον στις μεταφορές. γ) θέσπιση συστήματος εμπορίας δικαιωμάτων εκπομπών αερίων θερμοκηπίου (Φιλιππάκη, 2008). Για την εφαρμογή του Πρωτοκόλλου του Κιότο για τη βιώσιμη ανάπτυξη θεσπίστηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση το 2003 η οδηγία 2003/87/ΕΚ του Συμβουλίου και του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου με σκοπό τη δημιουργία ενός συστήματος εμπορίας δικαιωμάτων εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου στην Κοινότητα. Αργότερα η οδηγία αυτή αντικαταστάθηκε από την οδηγία 2004/101 και τροποποιώντας την οδηγία 96/61. Η οδηγία αυτή ενσωματώθηκε στο ελληνικό δίκαιο τον Μάρτιο του 2007 (ΦΕΚ 286/Β/ ). Με την απόφαση 2004/156 θεσπίστηκαν οι κατευθυντήριες γραμμές για την παρακολούθηση και υποβολή εκθέσεων σχετικά με τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά εφαρμογή της οδηγίας 2003/87/ΕΚ. Η απόφαση 2005/381 τροποποιήθηκε από την απόφαση 2006/803 και καθιέρωσε το ερωτηματολόγιο για την εφαρμογή της ανωτέρω οδηγίας και ο Κανονισμός 2216/2004 καθόρισε το τυποποιημένο και ασφαλές σύστημα μητρώων δυνάμει της οδηγίας 2003/87 (Φιλιππάκη, 2008). Κάθε κράτος-μέλος πρέπει να καθορίσει οριακές τιμές εθνικές τιμές εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, τις οποίες πρέπει να επιμερίσει σε κατηγορίες επιχειρήσεων που καταναλώνουν πολλή ενέργεια. Επιπροσθέτως καταρτίζεται το Εθνικό Σχέδιο Κατανομής (ΕΣΚ), το οποίο αναφέρει τα 17

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ δικαιώματα που σκοπεύει να κατανείμει για την καθορισμένη περίοδο και τον τρόπο κατανομής του στις εγκαταστάσεις. Η οδηγία παρέχει την ευχέρεια στα κράτη-μέλη να καταρτίσουν τα ΕΣΚ με βάση τις προτεραιότητες τους αφού όμως εγκριθούν από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. Παρόλο το γεγονός της μείωσης των εκπομπών καπνού και τον περιορισμό της όξινης βροχής μέσω των νομοθετικών ρυθμίσεων, υπάρχουν κίνδυνοι για τη δημόσια υγεία. Αυτό οφείλεται στον μη περιορισμό αρκετών ρύπων που είναι επικίνδυνοι για την υγεία και δεν έχει περιοριστεί ο βαθμός έκθεσης τους χωρίς κίνδυνο για τον άνθρωπο. Το 2001 θεσπίστηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση το Πρόγραμμα Καθαρός Αέρας για την Ευρώπη (Clean Air for Europe CAFÉ), με σκοπό την δημιουργία μακροπρόθεσμης πολιτικής κατά των αρνητικών επιπτώσεων της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην ανθρώπινη υγεία. Το Σεπτέμβριο του 2005 η Ευρωπαϊκή Επιτροπή πρότεινε μια νέα στρατηγική για την ατμοσφαιρική ρύπανση με την εκπόνηση οδικού χάρτη δράσης μέχρι το 2020 και τη βελτίωση της νομοθεσίας που αφορά το θέμα. Η υλοποίηση των στόχων αυτών προϋποθέτει τη μείωση των εκπομπών των αερίων. Από τα παραπάνω διαπιστώνουμε ότι υπάρχει μια σειρά από κοινοτικές οδηγίες και αποφάσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης που σχετίζεται με την κλιματική αλλαγή, την προστασία του περιβάλλοντος και την προώθηση ανάπτυξης των Α.Π.Ε. από τα κράτη-μέλη. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα προβλήματα από την κλιματική αλλαγή αυξάνονται και πρέπει να γίνουν περισσότερο κατανοητοί οι παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα. Στο σημείο αυτό να σημειωθεί ότι η μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ΕΕ προκύπτει από το κλείσιμο παρωχημένων και μη αποδοτικών εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρισμού από άνθρακα κυρίως σε Γερμανία και Ηνωμένο Βασίλειο. Στο πλαίσιο λήψης αυστηρότερων μέτρων το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο κάλεσε τις βιομηχανικές χώρες το Μάρτιο του 2005 να μειώσουν τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά 15-30% έως το Το Νοέμβριο του 2005 προτάθηκε η μείωση των εκπομπών κατά 60-80% έως το Στο 6ο Πρόγραμμα δράσης της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για την περίοδο

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ πρωταρχικό ρόλο έχει η κλιματική αλλαγή και έχει ως πρωταρχικό στόχο την επικύρωση και ισχύ του Πρωτοκόλλου του Κιότο. Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθούνε στις οδηγίες 2001/77/ΕΚ και 2004/8/ΕΚ. Η οδηγία 2001/77 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ έχει ως στόχο την καθαρή ενέργεια και τη μείωση της ενεργειακής ζήτησης. Η Ευρωπαϊκή Ένωση στοχεύει το ποσοστό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να αυξηθεί σε 21% το Η οδηγία 2004/8/ΕΚ έχει σαν κύριο αντικείμενο την υψηλή αποδοτικότητα συμπαραγωγής ενέργειας από την εξοικονόμηση ενέργειας, που επιτυγχάνεται με τη συνδυασμένη παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Η εξοικονόμηση ενέργειας που υπερβαίνει το 10% πληροί τους όρους της συμπαραγωγής υψηλής απόδοσης. Στην Ελλάδα έχει επιτραπεί να αυξήσει τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου κατά 25% μέχρι το 2010 σε σχέση με τα επίπεδα του Σύμφωνα με στοιχεία του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών μέχρι το 2000 οι εκπομπές είχαν ήδη αυξηθεί κατά 23,4% και σύμφωνα με τις προβλέψεις το 2010 θα ξεπεράσει το 35%. Η μη τήρηση των στόχων θα έχει ως αποτέλεσμα την επιβολή αυστηρών προστίμων. Είναι πλέον επιτακτική ανάγκη η λήψη μέτρων που θα συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας, στην ταχεία ανάπτυξη των καθαρών πηγών ενέργειας και στη μείωση των επικίνδυνων αερίων. 3.2 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΠΛΑΙΣΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΑΓΟΡΑ Για να κυκλοφορήσει ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο στην ευρωπαϊκή αγορά πρέπει να πληροί κάποιες προδιαγραφές ανάλογα με την τεχνολογία του. Συγκεκριμένα, τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές CEC 503 ή ΕΝ ή IEC ή ισοδύναμες, ενώ τα thinfilm την προδιαγραφή IEC ή ισοδύναμες. Αντιστοίχως, οι αντιστροφείς πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές του προτύπου DIN EN

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Εικόνα 3.1 Qualifications and Certificates Μεταξύ των άλλων, οι προδιαγραφές αυτές προβλέπουν μια σειρά από τεστ που εγγυώνται την αντοχή και καλή λειτουργία των πλαισίων. Τα τεστ αυτά περιλαμβάνουν δοκιμές σε εξειδικευμένα εργαστήρια για αντοχή των πλαισίων σε ακραίες συνθήκες, υψηλές ή πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, υψηλή υγρασία, χαλαζόπτωση, πιέσεις, ελκυσμούς και ταλαντώσεις. Για παράδειγμα, το τεστ αντοχής σε χαλαζόπτωση περιλαμβάνει «βομβαρδισμό» του πλαισίου με κομμάτια πάγου διαμέτρου 2,5 cm και με ταχύτητα 23 m/s υπό 11 διαφορετικές γωνίες πρόσκρουσης. Αν το πλαίσιο δεν περάσει τα τεστ, πολύ απλά το προϊόν αυτό δεν παίρνει πιστοποίηση και δεν πρόκειται να έχει εμπορικό μέλλον. 3.3 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ Τα φωτοβολταϊκά πάνελ προς ανακύκλωση θα πρέπει να είναι κατάλληλα συσκευασμένα σε κιβώτια, τηρώντας συγκεκριμένες προϋποθέσεις. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ που έχουν σαν βάση το κρυσταλλικό πυρίτιο δεν θα πρέπει να είναι συσκευασμένα μαζί με φωτοβολταϊκά πάνελ λεπτών ταινιών (CIS, CIGS, CIGSSe, CdTe). Αντιθέτως, στο ίδιο κιβώτιο μπορούν να τοποθετούνται φωτοβολταϊκά πάνελ ιδίας τεχνολογίας από διαφορετικούς κατασκευαστές. Για την αποδοχή των φωτοβολταϊκών πάνελ 20

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ προς ανακύκλωση είναι απαραίτητη η συμπλήρωση και επικόλληση της φόρμας παράδοσης σε κάθε κιβώτιο. 3.4 ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΓΙΑ ΠΑΝΕΛ ΑΝΩ ΤΩΝ 60 ΤΕΜΑΧΙΩΝ ΓΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ Σε περίπτωση όπου ο αριθμός των φωτοβολταϊκών πάνελ προς ανακύκλωση υπερβαίνει τα 60 τεμάχια, δεν απαιτείται η μεταφορά αυτών στο σημείο συλλογής της Krannich Solar, διότι o οργανισμός PV Cycle αναλαμβάνει την συλλογή αυτών απευθείας από τον ενδιαφερόμενο. Σημειώνεται ότι για κάθε κιβώτιο φωτοβολταϊκών πάνελ ο ενδιαφερόμενος οφείλει να συμπληρώσει μία φόρμα παράδοσης και να την αποσταλεί στον οργανισμό PV Cycle. Στη συνέχεια κάποιο στέλεχος του οργανισμού επικοινωνεί με τον ενδιαφερόμενο και ορίζεται από κοινού η ημέρα παραλαβής των κιβωτίων με τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Εικόνα 3.2: Φωτοβολταϊκά πάνελ. 21

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 3.5 ΜΗ ΑΠΟΔΕΚΤΑ ΠΑΝΕΛ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Όπως είναι λογικό υπάρχουν κριτήρια για να θεωρηθούν ανακυκλώσιμα ή όχι τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Με βάση τη νομοθεσία θεωρούνται ως μη αποδεκτά φωτοβολταϊκά πάνελ όσα ανήκουν στις παρακάτω κατηγορίες: Ελλιπή φωτοβολταϊκά πάνελ (π.χ. χωρίς πλαίσια ή κουτί σύνδεσης) Υπερβολικά λερωμένα φωτοβολταϊκά πάνελ Φωτοβολταϊκά πάνελ της εταιρείας First Solar Καμένα φωτοβολταϊκά πάνελ (εξαίρεση αποτελούν τα πάνελ με Hotspot βλάβες) Θερμικά φωτοβολταϊκά πάνελ Λοιπός εξοπλισμός φωτοβολταϊκού συστήματος ( π.χ. μετατροπείς ρεύματος) Βάσεις στήριξης φωτοβολταϊκού συστήματος 3.6 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ 22 Τα θραύσματα αλουμινίου πρέπει να συμμορφώνονται με τα βιομηχανικά πρότυπα ή προδιαγραφές για τα οποία υπάρχει μια αγορά και ζήτηση από την βιομηχανία παραγωγής μετάλλου(έτοιμο για χρήση) και τα θραύσματα δεν έχουν οποιεσδήποτε επικίνδυνες ιδιότητες (όπως Ραδιενέργεια) και είναι ελεύθερα από πετρέλαιο και παρόμοιους ρυπαντές. Επιπλέον, τα τελικά κριτήρια αποβλήτων δεν θα πρέπει να διαταράξουν το υπάρχον σύστημα ανακύκλωσης. Θα πρέπει να προσδιορίσουν αν τα θραύσματα έχουν μια ποιότητα που είναι επαρκής για να εξασφαλίσουν ότι δεν υπάρχουν κίνδυνοι για το περιβάλλον και την υγεία όταν τα απορρίμματα μεταφέρονται ή χρησιμοποιούνται. Πρέπει να υπάρχει ένα σύστημα διασφάλισης ποιότητας από τους παρακάτω ελέγχους: Τα απορρίμματα δεν πρέπει να περιέχουν PVC σε μορφή επιχρισμάτων, χρωμάτων, πλαστικά.

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Τα απορρίμματα είναι απαλλαγμένα από εμφανή έλαια, ελαιώδη γαλακτώματα, λιπαντικά ή λίπη, εκτός από αμελητέες ποσότητες που δεν θα οδηγήσει σε οποιοδήποτε αλλοίωση. Τα υλικά που παρουσιάζουν ραδιενέργεια πρέπει να αποκλείονται. Τα θραύσματα δεν θα έχουν καμία από τις επικίνδυνες ιδιότητες που περιλαμβάνονται στο παράρτημα III της οδηγίας 2008/98/ΕΚ σχετικά με τα απόβλητα. Τα θραύσματα δεν είναι υπό πίεση κλειστά ή σε ανεπαρκώς ανοικτά δοχεία κάθε προέλευσης που θα μπορούσαν να προκαλέσουν εκρήξεις σε μεταλλουργική κάμινο. 3.7 ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΗ Η ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΑΠΟ ΤΟ 2014 Περιθώριο μέχρι το πρώτο τρίμηνο του 2014 έχουν οι ευρωπαϊκές χώρες, μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα, προκειμένου να θεσπίσουν ειδική νομοθεσία για την ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Αυτό προβλέπει η τροποποιημένη κοινοτική οδηγία για τα Απόβλητα των Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Συσκευών - W.E.E.E. Directive (Waste Electronic and Electric Equipment Directive) η οποία τέθηκε σε ισχύ στις 13 Αυγούστου Σημειώνεται ότι έως τώρα, η συλλογή και ανακύκλωση παλαιών ή σπασμένων φωτοβολταϊκών πλαισίων δεν ήταν υποχρεωτική καθώς η αρχική οδηγία στα απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού περιελάμβανε μόνο συσκευές όπως τηλεοράσεις, ραδιόφωνα και φορητούς υπολογιστές. Αυτό όμως αλλάζει στο εξής και, σύμφωνα με την Οδηγία, υπεύθυνοι για τη διαδικασία αυτή είναι οι «παραγωγοί», οι οποίοι, ανάλογα με το τι θα αποφασίσει κάθε ένα από τα 27 κράτη - μέλη μπορεί να είναι οι κατασκευαστές, οι εισαγωγές, οι πωλητές ή εγκαταστάτες των φωτοβολταϊκά. Τέλος, ανοιχτό παραμένει το ερώτημα εάν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια θα συλλέγονται χωριστά ή εάν θα συγκεντρώνονται σε κοινόχρηστα κέντρα 23

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ανακύκλωσης μαζί με τα άλλα ηλεκτρονικά απόβλητα όπως οι υπολογιστές και οι τηλεοράσεις. Σχήμα 3.1 Πράσινο σπίτι 24

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 4.1. ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Τα ηλιακά στοιχεία, διαθέτουν υψηλή αξιοπιστία λειτουργίας και μεγάλη διάρκεια ζωής και ως κύριοι στόχοι βελτίωσης παραμένουν συνήθως η απόδοση και το κόστος τους. Σκοπός λοιπόν της εξέλιξης της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας είναι η δημιουργία πλαισίων με υψηλότερο κατά το δυνατό βαθμό απόδοσης και χαμηλό κόστος. Οι τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών που συναντώνται σήμερα ποικίλουν ως προς το βασικό υλικό κατασκευής, την ικανότητα μετατροπής και το κόστος τους. Μία συνοπτική αναφορά των κυριότερων χαρακτηριστικών τους ακολουθεί στη συνέχεια. Το υλικό που χρησιμοποιείται περισσότερο για να κατασκευαστούν φωτοβολταϊκά στοιχεία στη βιομηχανία είναι το πυρίτιο. Είναι ίσως και το μοναδικό υλικό που παράγεται με τόσο μαζικό τρόπο. Το πυρίτιο σήμερα αποτελεί την πρώτη ύλη για το 90% της αγοράς των φωτοβολταϊκών. Τα διάφορα είδη φωτοβολταϊκών χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες: Φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου Φωτοβολταϊκά λεπτών ταινιών. 4.2 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Φωτοβολταϊκά πλαίσια Μονοκρυσταλλικού πυριτίου 25 Το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο είναι ένα υλικό με εύρος ζώνης 1,12 ev. Τα κύτταρα μονοκρυσταλλικού πυριτίου, έχουν πάχος γύρω στα 0,3 mm και η απόδοση τους στη βιομηχανία κυμαίνεται από 15-18% για το πλαίσιο. Σε Εργαστηριακές δοκιμές έχουν επιτευχθεί ακόμα μεγαλύτερες αποδόσεις έως και 24,7%. Τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία χαρακτηρίζονται από το πλεονέκτημα της καλύτερης σχέσης απόδοσης-επιφάνειας ή «ενεργειακής πυκνότητας». Ένα άλλο χαρακτηριστικό, είναι το υψηλό κόστος κατασκευής

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ σε σχέση με τα πολυκρυσταλλικά. Βασικές τεχνολογίες παραγωγής μονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών είναι η μέθοδος Czochralski (CZ) και η μέθοδος float zone (FZ). Αμφότερες, βασίζονται στην ανάπτυξη ράβδου πυριτίου. Το μονοκρυσταλλικό φωτοβολταϊκό με την υψηλότερη απόδοση σήμερα, είναι της SunPower με απόδοση πλαισίου 18.5%. Είναι μάλιστα το μοναδικό που έχει μεταλλικές επαφές στο πίσω μέρος του πάνελ εξασφαλίζοντας έτσι μεγαλύτερη επιφάνεια αλληλεπίδρασης με την ηλιακή ακτινοβολία. Εικόνα 4.1: Κύτταρο μονοκρυσταλλικού πυριτίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια Πολυκρυσταλλικού πυριτίου Το πάχος τους είναι επίσης περίπου 0,3 mm. Η μέθοδος παραγωγής τους είναι φθηνότερη από αυτήν των μονοκρυσταλλικών γι' αυτό η τιμή τους είναι συνήθως λίγο χαμηλότερη. Οπτικά, μπορεί κανείς να παρατηρήσει τις επιμέρους μονοκρυσταλλικές περιοχές, δηλαδή το μέγεθος των κρυσταλλικών κόκκων. Όσο μεγαλύτερες είναι σε έκταση οι μονοκρυσταλλικές περιοχές, τόσο μεγαλύτερη είναι και η απόδοση για τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κύτταρα. Σε εργαστηριακές εφαρμογές, έχουν επιτευχθεί αποδόσεις έως και 20%, ενώ στο εμπόριο τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία διατίθενται με αποδόσεις από 13 έως 15% για τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Βασικότερες τεχνολογίες παραγωγής είναι η μέθοδος απευθείας στερεοποίησης, directional 26

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ solidification (DS), η ανάπτυξη λιωμένου πυριτίου ( χύτευση ) και η ηλεκτρομαγνητική χύτευση EMC. Εικόνα 4.2: Κύτταρο πολυκρυσταλλικού πυριτίου 4.3 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΛΕΠΤΏΝ ΤΑΙΝΙΩΝ Φωτοβολταϊκά πλαίσια Άμορφου πυριτίου Το άμορφο πυρίτιο, έχει εύρος ζώνης που κυμαίνεται μεταξύ 1,7-1,8 ev. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου πυριτίου, έχουν αισθητά χαμηλότερες αποδόσεις σε σχέση με τις δύο προηγούμενες κατηγορίες. Πρόκειται για ταινίες λεπτών επιστρώσεων οι οποίες παράγονται με την εναποθέτηση ημιαγωγού υλικού (πυρίτιο), πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης χαμηλού κόστους όπως γυαλί ή αλουμίνιο. Έτσι και λόγω της μικρότερης ποσότητας πυριτίου που χρησιμοποιείται, η τιμή τους είναι γενικότερα αρκετά χαμηλότερη. Ο χαρακτηρισμός άμορφο φωτοβολταϊκό, προέρχεται από τον τυχαίο τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμένα τα άτομα του πυριτίου. Οι επιδόσεις που επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά αυτού του τύπου, κυμαίνονται για το πλαίσιο από 6% έως 8%, ενώ στο εργαστήριο έχουν επιτευχθεί αποδόσεις ακόμα και 14%. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα για το άμορφο πυρίτιο είναι το γεγονός ότι δεν επηρεάζεται πολύ από τις υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης, πλεονεκτεί στην αξιοποίηση της απόδοσης 27

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ του σε σχέση με τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, όταν υπάρχει διάχυτη ακτινοβολία (συννεφιά). Το μειονέκτημα των πλαισίων άμορφου πυριτίου, είναι η χαμηλή τους ενεργειακή πυκνότητα, κάτι που σημαίνει ότι για να παράγουμε την ίδια ενέργεια χρειαζόμαστε σχεδόν διπλάσια επιφάνεια σε σχέση με τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία. Επίσης, υπάρχουν αμφιβολίες όσον αφορά τη διάρκεια ζωής των πλαισίων άμορφου πυριτίου αφού δεν υπάρχουν στοιχεία από παλιές εγκαταστάσεις. Παρ' όλα αυτά, οι κατασκευαστές πλέον δίνουν εγγυήσεις απόδοσης 20 ετών. Το πάχος του πυριτίου είναι 0,0001 mm, ενώ το υπόστρωμα μπορεί να είναι από 1 έως 3 mm. Εικόνα 4.3: Κύτταρο άμορφου Πυριτίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια Δισεληνοϊνδούχου χαλκού (CuInSe2 ή CIS και με προσθήκη γαλλίου CIGS) 28 Ο δισεληνοϊνδούχος χαλκός έχει κατά προσέγγιση ενεργειακό διάκενο 1 ev. Έχει εξαιρετική απορροφητικότητα στο προσπίπτον φως αλλά παρ' όλα αυτά, η απόδοση του με τις σύγχρονες τεχνικές κυμαίνεται στο 11% για το πλαίσιο. Εργαστηριακά έγινε εφικτή απόδοση στο επίπεδο του 18,8%, η οποία είναι η μεγαλύτερη που έχει επιτευχθεί μεταξύ των τεχνολογιών λεπτής

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ επίστρωσης. Με την πρόσμιξη γαλλίου (CIGS), η απόδοση του μπορεί να αυξηθεί ακόμα περισσότερο. Το πρόβλημα που υπάρχει, είναι ότι το ίνδιο υπάρχει σε περιορισμένες ποσότητες στη φύση. Στα επόμενα χρόνια πάντως αναμένεται το κόστος του να είναι αρκετά χαμηλότερο. Εικόνα 4.4 Κύτταρο Δισεληνοϊδούχου χαλκού Φωτοβολταϊκά πλαίσια Τελουριούχου Καδμίου (CdTe) Το τελουριούχο κάδμιο, έχει ενεργειακό διάκενο στο 1,44 ev, και έχει τη δυνατότητα να απορροφά το 99% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Οι σύγχρονες τεχνικές όμως, μας προσφέρουν αποδόσεις πλαισίου τελουριούχου καδμίου γύρω στο 6-8%. Στο εργαστήριο, η απόδοση στα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχει φτάσει το 16%. Μελλοντικά, αναμένεται το κόστος του να πέσει αρκετά. Σημαντικότερος κατασκευαστής για φωτοβολταϊκά στοιχεία CdTe είναι η First Solar. Τροχοπέδη για τη χρήση του, αποτελεί το γεγονός ότι το κάδμιο σύμφωνα με κάποιες έρευνες είναι καρκινογόνο με αποτέλεσμα να προβληματίζει το ενδεχόμενο της εκτεταμένης χρήσης του. Ήδη η Greenpeace, έχει εναντιωθεί στη χρήση του. Επίσης πρόβλημα είναι και η έλλειψη του τελλουρίου. Σημαντικότερη χρήση του είναι η ενθυλάκωση του στο γυαλί ως δομικό υλικό με την εφαρμογή του σε κτήρια (Building Integrated Photovoltaic, BIPV). 29

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 4.5: Κύτταρο Τελουριούχου Καδμίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια Αρσενιούχου Γαλλίου (GaAs) Το αρσενιούχο γάλλιο, είναι ένα κράμα μετάλλων που περιέχει εκτός από γάλλιο, μέταλλα όπως το αλουμίνιο και ο ψευδάργυρος. Είναι πιο σπάνιο ακόμα και από το χρυσό. Το αρσενικό δεν είναι σπάνιο άλλα έχει το μειονέκτημα ότι είναι δηλητηριώδες. Το αρσενικούχο γάλλιο έχει ενεργειακό διάκενο 1,42 ev και είναι ιδανικό για την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η απόδοσή του στη μορφή πολλαπλών συνενώσεων (multijunction) είναι η υψηλότερη που έχει επιτευχθεί και αγγίζει το 29%. Επίσης τα φωτοβολταϊκά στοιχεία GaAs είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες γεγονός που επιβάλλει σχεδόν τη χρήση τους σε εφαρμογές συγκεντρωτικών συστημάτων (solar concentrators). Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία GaAs έχουν το πλεονέκτημα ότι αντέχουν τις υψηλές ποσότητες ηλιακής ακτινοβολίας και γι' αυτό αλλά και λόγω της πολύ υψηλής απόδοσης του ενδείκνυται για διαστημικές εφαρμογές. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι το υπερβολικό κόστος του μονοκρυσταλλικού GaAs υποστρώματος. 30

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 4.6: Κύτταρο Αρσενιούχου Γαλλίου Φωτοβολταϊκά στοιχεία ετεροεπαφής HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) Τα πιο γνωστά εμπορικά φωτοβολταϊκά στοιχεία ετεροεπαφής, αποτελούνται από δύο στρώσεις άμορφου πυριτίου (πάνω και κάτω), ενώ ενδιάμεσα υπάρχει μία στρώση μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Κατασκευάζεται από την Sanyo Solar. Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ο υψηλός βαθμός απόδοσης του πλαισίου που φτάνει σε εμπορικές εφαρμογές στο 17,2% και το οποίο σημαίνει ότι χρειαζόμαστε μικρότερη επιφάνεια για να έχουμε την ίδια εγκατεστημένη ισχύ. Άλλα πλεονεκτήματα για τα φωτοβολταϊκά στοιχεία ετεροεπαφής είναι η υψηλή τους απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες αλλά και η μεγάλη τους απόδοση στη διάχυτη ακτινοβολία. Φυσικά, αφού προσφέρει τόσα πολλά, το φωτοβολταϊκό στοιχείο ετεροεπαφής είναι και κάπως ακριβότερο σε σχέση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά πλαίσια Φωτοβολταϊκά πλαίσια εύκαμπτης βάσης 31 Μία τελείως νέα τεχνολογία, αποτελεί το πρωτοποριακό προϊόν spheral solar, που βασίζεται σε υλικό που αντίθετα με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά κύτταρα, δεν επικάθεται σε άκαμπτη βάση πυριτίου αλλά είναι φτιαγμένο από χιλιάδες πάμφθηνα σφαιρίδια πυριτίου, εγκλωβισμένα ανάμεσα σε δύο φύλλα αλουμινίου. Τα σφαιρίδια αυτά, κατασκευάζονται από υπολείμματα πυριτίου

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ που προκύπτουν από τη βιομηχανία των chips των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Κάθε σφαιρίδιο, λειτουργεί ως ανεξάρτητο μικροσκοπικό φωτοβολταϊκό κύτταρο, απορροφώντας την ηλιακή ακτινοβολία και μετατρέποντάς την σε ηλεκτρισμό. Τα φύλλα αλουμινίου εξασφαλίζουν στο υλικό τη φυσική αντοχή που χρειάζεται, του επιτρέπουν να είναι εύκαμπτο αλλά και ελαφρύ, ενώ ταυτόχρονα παίζουν το ρόλο ηλεκτρικής επαφής. Η γεμάτη φυσαλίδες επιφάνεια που δημιουργούν τα σφαιρίδια επιτρέπει πολύ μεγαλύτερη απορρόφηση ηλιακού φωτός, χαρίζοντας στο υλικό αποδοτικότητα της τάξης του 11%. Οι εφευρέτες του υποστηρίζουν ότι μπορεί να καλύψει οποιουδήποτε σχήματος επιφάνειες, αυξάνοντας κατά πολύ τους χώρους όπου μπορεί να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια και δίνοντας στους αρχιτέκτονες τη δυνατότητα να σχεδιάσουν κτήρια με καμπύλες που θα μπορούν να είναι εξοπλισμένα με φωτοβολταϊκά, χωρίς μάλιστα να απαιτούνται ενισχυμένες κατασκευές για τη στήριξή τους όπως αυτό στο σχήμα 4.1. Σχήμα 4.1 Εικονική εφαρμογή εύκαμπτων φωτοβολταϊκών 32

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 4.4 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΏΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΛΕΠΤΩΝ ΤΑΙΝΙΩΝ Στον πίνακα 4.1 παρουσιάζονται οι πιο διαδεδομένες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών στοιχείων που αναφέρθηκαν μέχρι τώρα. Γίνεται μία σύγκριση μεταξύ τους, όσον αφορά την απόδοση, την απαιτούμενη επιφάνεια ανά kwp, τη μέση ετήσια παραγωγή ενέργειας σε kwh ανά kwp και σε kwh ανά m 2, καθώς και τη μέση ετήσια μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Πίνακας 4.1: Συγκριτικός πίνακας φωτοβολταϊκών τεχνολογιών ΤΥΠΟΣ THIN FILM Πολυκρυσταλλικά Μονοκρυσταλλικά Εμφάνιση Απόδοση Άμορφα: 5-7% CIS: 7-10% 11-14% 13-16% CdTe: 8-9% Απαιτούμενη επιφάνεια ανά m m m 2 kwp Μέση ετήσια παραγωγή ενέργειας (kwh ανά kwp) Μέση ετήσια παραγωγή ενέργειας (kwh ανά m 2 ) Ετήσια μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (kg CO 2 ανά kwp)

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σχήμα 4.2: Φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου λεπτών ταινιών Ποιος είναι ο καλύτερος τύπος φωτοβολταϊκών πάνελ Ποιος είναι ο καλύτερος τύπος φωτοβολταϊκών πάνελ; Αυτό είναι το ερώτημα που κυριαρχεί σε όσους έχουν ασχοληθεί έστω και ελάχιστα με το θέμα των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων. Είναι σαφές ότι κανείς δεν μπορεί να δώσει μια εύκολη ή μονολεκτική απάντηση σε αυτό το ερώτημα, γιατί υπάρχουν αρκετοί και διαφορετικοί παράγοντες που επηρεάζουν την κάθε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση, άλλοι λιγότερο και άλλοι περισσότερο (π.χ. ύψος ηλιοφάνειας, χωροταξικές ιδιαιτερότητες, μετεωρολογικές συνθήκες, κόστος, προσανατολισμός, σκιάσεις 34

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ κ.λπ). Στη συνέχεια, θα κάνουμε μια προσπάθεια να περιγράψουμε συνοπτικά τα βασικά χαρακτηριστικά του κάθε τύπου ούτως ώστε να γίνουν όσο το δυνατόν πιο σαφείς οι διαφορές τους Σύγκριση απόδοσης κόστους Τα αποτελέσματα, από τρεις εγκαταστάσεις, με πανομοιότυπες προδιαγραφές (τόπος εγκατάστασης, προσανατολισμός, απόδοση ισχύος), αλλά με τρεις διαφορετικούς τύπους πάνελ (μονοκρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά και thin film) αναδεικνύουν, στην πράξη τις ονομαστικές διαφορές των χαρακτηριστικών τους, όπως τα περιγράψαμε παραπάνω. Για παράδειγμα, η ετήσια απόδοση σε kwh και για τους τρεις τύπους δεν παρουσιάζει καθοριστικές διαφορές. Η ουσιαστική διαφοροποίηση βρίσκεται μόνο στα απαιτούμενα τετραγωνικά μέτρα για την τοποθέτηση των πάνελ, και μόνο για μία από τις τρεις κατηγορίες. Οι δε διαφορές στο κόστος μιας τέτοιας εγκατάστασης, είναι επίσης πολύ μικρές, όπως φαίνεται στον πίνακα 4.2. Πίνακας 4.2: Κόστος εγκατάστασης για σύστημα ισχύος 9,90 kwp Τύπος φωτοβολταϊκών Κόστος ( ) Πολυκρυσταλλικά Μονοκρυσταλλικά Λεπτών ταινιών Στον πίνακα 4.3 αναλύονται όλα τα χαρακτηριστικά της εγκατάστασης 9,90 kwp σε ταράτσα στην Γλυφάδα με νότιο προσανατολισμό 30 C. 35

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Πίνακας 4.3: Συγκριτικός πίνακας απόδοσης Απαιτούμενη κάλυψη σε m Ετήσιες αποδόσεις σε Πολυκρυσταλλικά Μονοκρυσταλλικά Λεπτών ταινιών kwh Ιανουάριος Φεβρουάριος Μάρτιος Απρίλιος Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Οκτώβριος Νοέμβριος Δεκέμβριος Σύνολο Συμπεράσματα Διαβάζοντας συνεχώς τα ονομαστικά τεχνικά χαρακτηριστικά της κάθε κατηγορίας, σε συνδυασμό και με τα κοστολογικά χαρακτηριστικά τους, δεν προκύπτει ένα μοναδικό στοιχείο που να στρέφει την επιλογή μας σε κάποια συγκεκριμένη κατηγορία. Οι αποδόσεις είναι λίγο ως πολύ ίδιες και τα κόστη επίσης. Άρα, η επιλογή φωτοβολταϊκών πάνελ έχει να κάνει κατά κύριο λόγο με τις ιδιαιτερότητες της κάθε μιας εγκατάστασης ξεχωριστά και, όταν λέμε ιδιαιτερότητες, εννοούμε τον τόπο εγκατάστασης, το διαθέσιμο χώρο, τον προσανατολισμό και την κλίση της και ίσως και με την προσωπική χρωματική επιλογή (μαύρου ή μπλε χρώματος). Στην απόφαση επιλογής φωτοβολταϊκού συστήματος θα βοηθήσει καθοριστικά η εταιρεία εγκατάστασης που επιλέξαμε, γιατί θα πρέπει να αναλύσει και να συμπεριλάβει στην μελέτη της, όλα τα χαρακτηριστικά και τις ιδιαιτερότητες της εγκατάστασης, έτσι ώστε να πετύχει το βέλτιστο αποτέλεσμα για την επένδυσή σας. 36

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Μια σύγκριση παραγωγικής ικανότητας, μεταξύ φωτοβολταϊκών λεπτών ταινιών και φωτοβολταϊκών κρυσταλλικού πυριτίου, ακολουθεί στο διάγραμμα 4.1. Διάγραμμα 4.1 Σύγκριση παραγωγικής ικανότητας φωτοβολταϊκών Στο διάγραμμα 4.1 φαίνεται η παγκόσμια παραγωγική ικανότητα των φωτοβολταϊκών από το 2006 μέχρι το Μπορούμε να διακρίνουμε ότι η παραγωγή φωτοβολταϊκών κρυσταλλικού πυριτίου (Crystalline Silicon) είναι μεγαλύτερη από την παραγωγή φωτοβολταϊκών λεπτών ταινιών (Thin films). Παρόλα αυτά όμως η ποσοστιαία διαφορά μεταξύ των δυο κατηγοριών μειώνεται αισθητά με το πέρασμα του χρόνου. 37

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 5.1 Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών H ισχύουσα σήμερα νομοθεσία δεν προβλέπει την υποχρεωτική συλλογή και ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών (κάτι που σχεδιάζει και υλοποιεί εθελοντικά η βιομηχανία φωτοβολταϊκών μέχρι να γίνει υποχρεωτικό κάτι τέτοιο από τη νομοθεσία). Συγκεκριμένα, η 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). Στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών τεχνολογίας CdTe η υποχρέωση ανακύκλωσης αποτελεί ήδη πάγια πρακτική. Με την προμήθεια των πλαισίων αυτών, ο τελικός χρήστης δεσμεύεται με συμβόλαιο να παραδώσει τα φωτοβολταϊκά 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 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. Πάντως μέχρι το 2030, το νωρίτερο, δεν αναμένεται να υπάρχει ουσιαστικός όγκος τέτοιων απορριμμάτων. Εκτιμάται ότι η συνολική μάζα απορριμμάτων διαθέσιμων για ανακύκλωση θα είναι τόνοι το 2030 και τόνοι το 2040 (Schlenker and Wambach, 2005). Για λόγους ενεργειακής εξοικονόμησης έχει νόημα να ανακυκλώνονται τόσο τα ελαττωματικά πλαίσια όσο και αυτά που έχουν εξαντλήσει τα έτη λειτουργίας τους. Τέλος τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου καθώς και τα συστατικά αλουμινίου και τζαμιού μπορούν επίσης να επαναχρησιμοποιηθούν. Στην εικόνα φαίνονται ελαττωματικά πλαίσια πριν οδηγηθούν στην ανακύκλωση. 38

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 5.1: Φωτοβολταϊκά συσκευασμένα για ανακύκλωση Ένα παράδειγμα για το πώς λειτουργεί η διαδικασία της ανακύκλωσης, είναι η λειτουργία του ομίλου Krannich Solar που αποτελεί έναν από τους επίσημους σταθμούς ανακύκλωσης του Ευρωπαϊκού οργανισμού PV Cycle. Οι ενδιαφερόμενοι έχουν τη δυνατότητα να παραδίδουν τα μεταχειρισμένα φωτοβολταϊκά πάνελ προς ανακύκλωση στα υποκαταστήματα της Krannich Solar στην Ευρώπη, τα οποία ορίζονται ως σημεία συλλογής. Η διαδικασία αυτή γίνεται χωρίς καμία επιβάρυνση κόστους, καθώς το σύστημα ανακύκλωσης χρηματοδοτείται πλήρως από τις εταιρείες-μέλη του Οργανισμού. Στη συνέχεια ο οργανισμός PV Cycle είναι υπεύθυνος για την παραλαβή των μεταχειρισμένων φωτοβολταϊκών πάνελ από τα σημεία συλλογής και την συγκέντρωση αυτών στα κέντρα ανακύκλωσης του οργανισμού, όπου λαμβάνει χώρα η αποσυναρμολόγηση και η ανακύκλωση των πάνελ. Ως σημείο παράδοσης και συλλογής των μεταχειρισμένων φωτοβολταϊκών πάνελ για την Ελληνική αγορά ορίζεται το Κεντρικό Κατάστημα της Krannich Solar, στο Καλοχώρι Θεσσαλονίκης. 39

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 5.2 Τεχνικές ανακύκλωσης Για να ανακυκλώσουμε ένα φωτοβολταϊκό χρειάζεται μια διαδικασία ανακύκλωσης η οποία είναι σύνθετη ως προς τις τεχνικές που εφαρμόζονται για την επίτευξή της. Οι βασικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες ανακύκλωσης των φωτοβολταϊκών είναι τέσσερις: Μηχανική διεργασία: ειδικά μηχανήματα χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις όπως μείωση μεγέθους ή θραύση διαφόρων υλικών όπως επίσης και στην διαλογή υλικών σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες ανακύκλωσης κ.α. Χημική διεργασία: χρησιμοποιείται κυρίως για των διαχωρισμό υλικών ή περιτυλιγμάτων (πολλές φορές σε συνδυασμό με την μηχανική διεργασία) το κόστος τις χημικής διεργασίας είναι υψηλό αλλά πολλές φορές είναι και η μόνη λύση. Μια χαρακτηριστική μέθοδος χημικής διεργασίας είναι η λιθογραφία (etching) που είναι πολύ σημαντική για την απομάκρυνση περιτυλιγμάτων. Θερμική διεργασία: βασικός ρόλος της θερμικής διαδικασίας είναι η ρευστοποίηση και σε κάποιες περιπτώσεις εφαρμόζεται σαν μια προεργασία για τον διαχωρισμό υλικών ή και απομάκρυνση περιτυλιγμάτων, χαρακτηριστική μέθοδος είναι η πυρόλυση. Διεργασία μετατροπής αποβλήτων σε ενέργεια: με την τεχνική αυτή χρησιμοποιούμε τα απόβλητα για ενέργεια με την βοήθεια τις καύσης. Κάτι τέτοιο μπορεί για παράδειγμα νε εφαρμοστεί σε ένα θερμικό αντιδραστήρα. Οι παραπάνω τέσσερις βασικές τεχνικές χρησιμοποιούνται μόνες τους ή και συνδυαστικά προκειμένου να πάρουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθούν παραπάνω από μια φόρα και σε διάφορα χρονικά διαστήματα. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται είναι πάρα πολύ αποδοτικές και τα ανακυκλώσιμα προϊόντα έχουν πολύ μικρές απώλειες και μάλιστα πολλές από τις απώλειες αυτές μετατρέπονται σε ενέργεια όπως αναφέρθηκε παραπάνω. 40

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 5.3 Διαδικασία ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών Ως προς την ανακύκλωση, τα φωτοβολταϊκά χωρίζονται σε 2 κατηγορίες: Φωτοβολταϊκά Λεπτών ταινιών (Thin films) Φωτοβολταϊκά Κρυσταλλικού Πυριτίου (Crystalline Silicon) Σχήμα 5.1: Κύκλος ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΛΕΠΤΩΝ ΤΑΙΝΙΩΝ Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια λεπτών ταινιών έχουν πολλές υποκατηγορίες, παρόλα αυτά λόγο της παρόμοιας αρχιτεκτονικής τους η διαδικασία ανακύκλωσης είναι ίδια. H διαδικασία ανακύκλωσης που αναλύεται παρακάτω είναι για φωτοβολταϊκά λεπτών ταινιών τύπου Τελουριούχου Καδμίου (CdTe). Τα φωτοβολταϊκά έχουν διάρκεια ζωής περίπου 25 χρόνια, όταν έρθει η ώρα για την ανακύκλωσή τους, αφαιρούνται οι βάσεις τους και τοποθετούνται σε συσκευασίες προκειμένου να μεταφερθούν με ένα φορτηγό στο εργοστάσιο που θα αναλάβει την ανακύκλωσή τους. Πριν αρχίσει η διαδικασία της ανακύκλωσης γίνεται η αφαίρεση του αλουμινένιου πλαισίου του φωτοβολταϊκού, το οποίο τοποθετείται σε αποθηκευτικό χώρο μέχρι την μεταφορά του σε εργοστάσιο ανακύκλωσης αλουμινίου. Αφού αφαιρεθούν τα 41

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ πλαίσια αλουμινίου γίνεται συλλογή των φωτοβολταϊκών πάνελ, αυτά με την σειρά τους μεταφέρονται με εκφορτωτικά οχήματα στον καταστροφέα (shredder). Εικόνα 5.2: Μεταφορά φωτοβολταϊκών με το εκφορτωτικό όχημα Καταστροφέας (shredder) Για να μειώσουμε το μέγεθος των φωτοβολταϊκών πάνελ, χρησιμοποιούμε μια διαδικασία η οποία αποτελείται από δύο βήματα. Το πρώτο βήμα είναι να εισαχθούν τα φωτοβολταϊκά πάνελ στον καταστροφέα, ο καταστροφέας εκτελεί μια διαδικασία στην οποία σπάει τα φωτοβολταϊκά πάνελ σε μεγάλα κομμάτια. Εικόνα 5.3: Shredder 42

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σφυρόμυλος (Hammer mill) Στο δεύτερο βήμα συλλέγουμε τα κομμάτια των φωτοβολταϊκών πάνελ από τον καταστροφέα και με την βοήθεια πάλι ενός εκφορτωτικού οχήματος, τα τοποθετούμε στον σφυρόμυλο. Ο σφυρόμυλος εκτελεί μια διαδικασία στην οποία συνθλίβει τα φωτοβολταϊκά πάνελ, τα θραύσματα έχουν μέγεθος 4-5mm, πράγμα που σημαίνει ότι το μέγεθός τους είναι αρκετά μικρό για να εξασφαλιστεί η αποκόλληση των πλαστικών. Εικόνα 5.3: Hammer mill Απομάκρυνση μεμβρανών (film) Για την απομάκρυνση των μεμβρανών χρησιμοποιείται μια χημική διεργασία. Συγκεκριμένα γίνεται η μεταφορά των θραυσμάτων σε ένα βραδέος περιστρεφόμενο τύμπανο ανοξείδωτου χάλυβα και στην συνέχεια γίνεται προσθήκη οξέος και υπεροξειδίου. Στο τέλος τις διαδικασίας επιτυγχάνεται η ρευστοποίηση του CdTe. 43 Εικόνα 5.4: Χημική διεργασία

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Διαχωρισμός στερεού υγρού Στη συνέχεια το βραδέος περιστρεφόμενο τύμπανο, θα αδειάσει αργά το περιεχόμενο του σε έναν ταξινομητή. Συγκεκριμένα ο ταξινομητής έχει την δυνατότητα να ξεχωρίζει τα στερεά από τα υγρά, δηλαδή στην περίπτωσή μας μπορεί να ξεχωρίσει το γυαλί και το πλαστικό από τα υπόλοιπα υλικά, καθώς είναι τα μόνα υλικό που παραμένουν στερεά μετά την χημική διεργασία. Η διαδικασία που εκτελεί ο ταξινομητής είναι η εξής: ένας μεγάλος κοχλίας μεταφέρει το γυαλί και τα πλαστικό (στερεά) πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο αφήνοντας πίσω τα υγρά. Εικόνα 5.5: Ο κοχλίας του ταξινομητή Διαδικασία ανακύκλωσης υγρών Μονάδα καθίζησης Τα πλούσια σε μέταλλα υγρά αντλούνται από μια μονάδα καθίζησης, αυτή η μονάδα αντλεί τα μέταλλα σε τρία στάδια με την αύξηση του PH. Στην συνέχεια τα υλικά που έχουν αντληθεί συγκεντρώνονται σε μια δεξαμενή πάχυνσης. Τα πλούσια σε μέταλλα υλικά που προκύπτουν από την διαδικασία, είναι έτοιμα για επεξεργασία από τρίτους. 44

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 5.6 Μονάδα καθίζησης Το αποτέλεσμα είναι 95% ανακύκλωση των ημιαγωγών υλικών για να χρησιμοποιηθούν σε νέες λειτουργικές μονάδες. Εικόνα 5.7: Πλούσια σε μέταλλα υλικά Διαδικασία ανακύκλωσης στερεών Γυαλί πλαστικό Τα στερεά μετά τον διαχωριστή τοποθετούνται σε ένα δονούμενο «κόσκινο» που χωρίζει το γυαλί από τα μεγάλα κομμάτια του πλαστικού. Εικόνα 5.8: Δονούμενο «κόσκινο» 45

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Πλύσιμο Γυαλιού Το γυαλί ξεπλένεται για να απομακρυνθούν τυχόν υπολείμματα ημιαγωγών ή ταινιών, που είναι πολύ φυσικό να έχουν παραμείνει πάνω του. Το γυαλί μετά το ξέπλυμα είναι καθαρό και είναι έτοιμο για ανακύκλωση Το αποτέλεσμα είναι 94% ανακύκλωση γυαλιού το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε νέα γυάλινα προϊόντα. Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα της διαδικασίας έχουμε: 95% ανάκτηση Καδμίου και τελλουρίου τα οποία θα πρέπει να καθαριστούν από τρίτους για την επαναχρησιμοποίηση τους. Όπως επίσης και 94% περίπου ανάκτηση γυαλιού το οποίο είναι έτοιμο για την επαναχρησιμοποίηση του. Εικόνα 5.9: Καθαρό γυαλί Μια πιο γενική εικόνα για τα αποτελέσματα της ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών τύπου λεπτών ταινιών δίνεται από τον πίνακα 5.1. Πίνακας 5.1: Απόδοση ανακύκλωσης των υλικών Ποσότητα Απόδοση [%] [ %] Γυαλί 83,5% 94% Πλαστικό 3,67% Ενέργεια Τελλούριο 0,13% 95% Κάδμιο 0,1336% 95% Χαλκός 0,2% 78% Αλουμίνιο 12,29% 100% 46

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Σχήμα 5.2: Κύκλος ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών Όσον αφορά τη διάρκεια ζωής τους δεν έχουν διαφορές από τα φωτοβολταϊκά λεπτών ταινιών δηλαδή διαρκούν περίπου 25 χρόνια. Όταν έρθει η στιγμή της ανακύκλωσης, αφαιρούνται οι βάσεις τους και μεταφέρονται με φορτηγά στο εργοστάσιο ανακύκλωσης. Πριν αρχίσει η διαδικασία της ανακύκλωσης αφαιρούνται από τα φωτοβολταϊκά το πλαίσιο αλουμινίου αλλά και το γυαλί. Αυτά τα υλικά φυσικά και είναι ανακυκλώσιμα οπότε μεταφέρονται αντίστοιχα σε εργοστάσια ανακύκλωσης αλουμινίου και γυαλιού. Θερμική διαδικασία Το πρώτο στάδιο της ανακύκλωσης αρχίζει με την συλλογή των ηλιακών κυττάρων, μετά από την αποσυναρμολόγηση δηλαδή των φωτοβολταϊκών πάνελ και την απομάκρυνση αλουμινίου και γυαλιού συλλέγουμε όλα τα ηλιακά κελιά και τα περνάμε από μια θερμική διαδικασία. 47

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Για τη θερμική διαδικασία μεταφέρουμε με την βοήθεια εκφορτωτικών μηχανημάτων τα ηλιακά κύτταρα σε έναν αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης του οποίου η θερμοκρασία φτάνει τους 600 C. Το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την θερμική διαδικασία είναι 45 min. Τα 45 min είναι αρκετά για να καθαρίσουν τα ηλιακά κύτταρα από τα υπόλοιπα υλικά τα οποία τα περικλείουν. Εικόνα 5.10: Θερμική διαδικασία Συγκεκριμένα στον αντιδραστήρα, με τη μέθοδο της πυρόλυσης πολύ ψιλή άμμο επιτυγχάνει φυσικές ιδιότητες ενός υγρού, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και του χαμηλού μεγέθους σωματιδίων. Μετά την εισαγωγή λοιπόν των ηλιακών κυττάρων στον αντιδραστήρα, το EVA (πολύ λεπτό κομμάτι πλαστικού) και η ρητίνη που περικλείουν τα ηλιακά κελιά εξατμίζονται. Ο ατμός μένει στον αέρα του αντιδραστήρα, που ενεργεί ως μία πηγή θερμότητας. Το 80% των ηλιακών κυττάρων βγαίνουν μηχανικά άθικτα από αυτήν την διαδικασία και αφού έχει καεί το EVA και η ρητίνη τα κελιά μπορούν να διαχωριστούν φυσικά. Στο σχήμα 5.3 φαίνεται η διαδικασία της πυρόλυσης στον αντιδραστήρα. 48

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σχήμα 5.3: Διαδικασία πυρόλυσης 49

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Διαλογή Εικόνα 5.11: Διαδικασία διαλογής Μετά τη θερμική διαδικασία γίνεται μια μηχανική διαδικασία για τον αυτόματο διαχωρισμό των ηλιακών κυττάρων (solar cells) από το περιεχόμενο τους που είναι πολύ λεπτά κομμάτια ημιαγωγών πυριτίου(wafers). Τα σπασμένα κομμάτια ημιαγωγών(wafers) είναι έτοιμα για την διεργασία κρυσταλλοποίησης. Όσο αφορά όμως τα ηλιακά κελιά χρειάζονται ακόμη ένα στάδιο επεξεργασίας. Εικόνα 5.12: Σπασμένα Wafers Εικόνα 5.13: Σπασμένα «Wafers» με περιτύλιγμα Χημική επεξεργασία Τα ηλιακά κύτταρα πρέπει να περάσουν από μια χημική διεργασία για να αφαιρεθεί το περιτύλιγμα τους, η χημική αυτή διεργασία ονομάζεται λιθογραφία «etching». Το «etching» είναι μια διαδικασία που 50

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ επαναλαμβάνεται παραπάνω από μια φορές, μέχρι να απομακρυνθούν τα περιτυλίγματα. Αφού απομακρυνθεί το περιτύλιγμά τους, το αποτέλεσμα των ηλιακών κυττάρων είναι πυρίτιο και είναι έτοιμο για την κρυσταλλοποίηση του. Εικόνα 5.14: Χημική επεξεργασία Κρυσταλλοποίηση υλικά: Από τις διαδικασίες που έχουν γίνει μέχρι στιγμής, προκύπτουν δύο Α. Τα σπασμένα wafers που αποτελούνται από πυρίτιο. Β. Το καθαρό πυρίτιο που προέκυψε από το «etching» των κυψελών. Και τα δύο αυτά υλικά αν και έχουν ανακυκλωθεί, χρειάζονται μια ακόμη επεξεργασία για την επαναχρησιμοποίηση τους, η επεξεργασία αυτή ονομάζεται κρυσταλλοποίηση. Εικόνα 5.15: Κρυσταλλοποίηση 51

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σε ένα ειδικό δοχείο που αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες τοποθετούνται και τα δύο υλικά. Σε πρώτο στάδιο γίνεται η τήξη των υλικών ανεβάζοντας την θερμοκρασία. Μετά την ρευστοποίηση του πυριτίου τοποθετούμε στο κέντρο της επιφάνειας του, ένα κρύσταλλο πυριτίου ο οποίος είναι στην μύτη μιας πολύ λεπτής βέργας προκειμένου να τον κρατήσει στο ίδιο σημείο. Πάνω στην δομή του κρυστάλλου που τοποθετήσαμε αρχίζει να κολλάει το τετηγμένο πυρίτιο και αρχίζει να δημιουργείται μια ράβδος (ingot) πυριτίου. Όσο περνάει η ώρα και σχηματίζεται περισσότερο η ράβδος πυριτίου την ανεβάζουμε όλο και ψηλότερα, το αποτέλεσμα που θα έχουμε στο τέλος θα είναι μια ράβδος καθαρού πυριτίου και μια μικρή ποσότητα τετηγμένου πυριτίου στον πάτο του δοχείου. Η διαδικασία εξηγείται και με το σχήμα 5.4. Σχήμα 5.4: Δημιουργία κρυστάλλου βήμα - βήμα Μετά την δόμηση των ράβδων πυριτίου, η διαδικασία ανακύκλωσης έχει τελειώσει με ποσοστό ανάκτησης πυριτίου περίπου 85%. Οι ράβδοι μεταφέρονται σε άλλο εργοστάσιο για περεταίρω επεξεργασία και για την επαναχρησιμοποίηση τους. Μια πιο γενική εικόνα για τα αποτελέσματα της ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών τύπου κρυσταλλικού πυριτίου δίνεται από τον πίνακα

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Πίνακας 5.2: Απόδοση ανακύκλωσης των υλικών Ποσότητα [%] Απόδοση [ %] Γυαλί 65,82% 96,96% Πλαστικό 10,43% Ενέργεια Πυρίτιο 2,89% 84,62% Κουτιά σύνδεσης 2,33% Ενέργεια Χαλκός 1,00% 77,78% Αλουμίνιο 17,54% 100,00% Στη διαδικασία ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών τύπου λεπτών ταινιών δεν ανακυκλώνεται το αλουμίνιο. Στην διαδικασία ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών τύπου ηλιακών κυψελών δεν ανακυκλώνεται το γυαλί και το αλουμίνιο. Δηλαδή σε καμία από τις δύο διαδικασίες δεν παρουσιάζεται η ανακύκλωση του αλουμινίου. Παρόλα αυτά είναι απαραίτητο να γίνει μια αναφορά για την ανακύκλωσή του, καθώς υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες στα φωτοβολταϊκά. Η αναφορά αυτή θα γίνει παρακάτω, μετά τις συγκρίσεις που ακολουθούν για τις δυο αυτές κατηγορίες των φωτοβολταϊκών. 5.4 Σύγκριση των δύο διαδικασιών ανακύκλωσης και των αποτελεσμάτων τους. 53 Συγκρίνοντας τις δύο διαδικασίες ανακύκλωσης αρχικά αντιλαμβα- νόμαστε ότι δεν είναι αυτοτελής, δηλαδή και στις δύο περιπτώσεις έχουμε υλικά τα οποία μετά την αποσυναρμολόγηση πρέπει να μεταφερθούν σε άλλο εργοστάσιο για ανακύκλωση. Η πρώτη διαφορά στις διαδικασίες είναι ότι στην περίπτωση λεπτών ταινιών μεταφέρεται μόνο το αλουμίνιο σε άλλο εργοστάσιο, ενώ στην περίπτωση των ηλιακών κυψελών μεταφέρεται εκτός του αλουμίνιου και το γυαλί. Όσον αφορά το κυρίως κομμάτι της διαδικασίας στην περίπτωση λεπτών ταινιών χρησιμοποιούνται περισσότερα μηχανήματα και είναι γενικά

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ μεγαλύτερη σε μέγεθος από την περίπτωση των ηλιακών κυψελών. Αυτό όμως είναι λογικό καθώς ανακυκλώνεται και το γυαλί. Όσο αφορά τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται, η περίπτωση λεπτών ταινιών βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην μηχανική και την χημική διεργασία ενώ η περίπτωση των ηλιακών κυψελών βασίζεται στην θερμική και την χημική διαδικασία. Ως προς τα αποτελέσματα που παίρνουμε από τις δύο διαδικασίες, βλέπουμε ότι δεν υπάρχουν σημαντικές αποκλίσεις, η μόνη αξιοσημείωτη απόκλιση είναι ότι το CdTe έχει απόδοση ανακύκλωσης 95%, ενώ το πυρίτιο έχει απόδοση ανακύκλωσης 85%. 5.5 Παραδείγματα ανακύκλωσης φωτοβολταϊκών Ένα παράδειγμα για να δούμε πιο συγκεκριμένα τα αποτελέσματα είναι η ανακύκλωση του συστήματος PV Chevetonge. Η solarworld ανακύκλωσε το παλαιότερο σύστημα PV στο Βέλγιο ''Γεννήτρια- Chevetogne'' το Τα βασικά στοιχεία του συστήματος PV Chevetonge είναι: Εγκατεστημένο το 1983 στη Chevetogne Εγκατεστημένη ισχύς: 63 kw Έτος Ανακύκλωσης : 2009 Ανακυκλωμένες μονάδες: 1876 τμχ Διπλό γυαλί μονάδων με τα πλαίσια Διαστάσεις: 460 x 800 mm Αριθμός των κυττάρων ανά μονάδα: 36 Τύπος κυττάρων: 4-ιντσών στρογγυλός sc Si Επιμετάλλωση κυψελών: Ag EVA πλαστικοποίηση Συγκολλητικού τύπου διασυνδέσεις 54

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Γυαλί Κύτταρα Κουτιά σύνδεσης Πλαστικά Χαλκός Πλαίσια αλουμινίου 18% 1% 10% 2% 3% 66% Διάγραμμα 5.1: Ποσότητα [%] υλικών, που αποτελούν ένα φωτοβολταϊκό 55

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Ανακύκλωση από 1876 μονάδες στο Freiberg, 2009 Πίνακας 5.3: Απόδοση ανακύκλωσης Είσοδος ανά μονάδα [kg] Σχετικό ποσό [%] Απόδοση ανά μονάδα [kg] Απόδοση ανακύκλωσης [%] Γυαλί 5,93 65,82 5,75 96,96 Πλαστικό 0,94 10,43 Ενέργεια Ενέργεια Κυψέλες 0,26 2,89 0,22 84,62 Χαλκός 0,09 1,00 0,07 77,78 Αλουμίνιο 1,78 17,54 1, Κουτιά 0,21 2,33 Ενέργεια Ενέργεια Σύνδεσης Σύνολο 9,01 100,00 7,62 84,57 Συνολικό ποσοστό ανάκτησης: 84,57% Επιπλέον μικτά στοιχεία (γυαλί +χαλκός+ πυρίτιο): 0,24 kg (2,66%) Εικόνα 5.16: Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση 1983 Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ 5.6 Ανακύκλωση αλουμινίου Το αλουμίνιο δικαίως χαρακτηρίζεται σαν το "πράσινο" μέταλλο, ικανοποιώντας ταυτόχρονα τις τεχνολογικές αλλά και οικολογικές απαιτήσεις. Η διεθνής παραγωγή αλουμινίου είναι από τους βασικούς πρωταγωνιστές στην προσπάθεια για μείωση ενέργειας για παραγωγική διεργασία, περιορισμό και έλεγχο εκπομπών ρύπων και διατήρηση τουλάχιστον της ποιότητας του περιβάλλοντος. Η ανακύκλωση του αλουμινίου είναι το σημαντικότερο μέσο για την οικονομία ενέργειας και τη μείωση εκπομπών ρύπων. Για να καταδειχθεί η σημαντικότητα της ανακύκλωσης, τονίζεται ότι ενώ για την πρωτογενή παραγωγή 1 kg αλουμινίου (ηλεκτρόλυση αλουμίνας από βωξίτη) απαιτείται ενέργεια 14 kwh, για την ανακύκλωση της ίδιας ποσότητας από σκραπ, απαιτείται μόνο 5% της ενέργειας της μεθόδου ηλεκτρολύσεως. Η διεθνής προσπάθεια που καταβάλλεται προς την κατεύθυνση αυτή, αποδεικνύεται και με το "κλείσιμο" ορυχείων βωξίτη, ενώ πολλές μονάδες ηλεκτρόλυσης (πάνω από 60% παγκοσμίως) τροφοδοτούνται με ενέργεια από υδροηλεκτρικά έργα (καθαρότερη ενέργεια, χωρίς εκπομπές καπναερίων). Η επαναφορά του τοπίου των σκαμμένων ορυχείων είναι καθιερωμένη και τα Ηνωμένα Έθνη έχουν βραβεύσει την αναδάσωση παλαιών ορυχείων μεγάλης εταιρίας στην Αυστραλία. Η προσπάθεια για οικονομικότερη διεργασία ηλεκτρολύσεως έχει ήδη διεθνώς αποδώσει, επιτυγχάνοντας μείωση ενέργειας 30% σε σχέση με εκείνη που χρειαζόταν προ 30ετίας. Καταβάλλεται προσπάθεια -μέσω ενημέρωσης- για να επικρατήσει ο όρος χρησιμοποίηση αλουμινίου αντί για κατανάλωση αλουμινίου, ώστε το κοινό να εξοικειωθεί με τις έννοιες περισυλλογής - διαχωρισμού και ανακύκλωσης. Η διατήρηση της αξίας του μετάλλου, παράλληλα με την επ άπειρον δυνατότητα ανακύκλωσης του αλουμινίου, αποτελούν εξαιρετικά ελκυστικά χαρακτηριστικά που ενισχύουν το προφίλ οικολογίας του αλουμινίου. Υπογραμμίζεται η δεδομένη σήμερα διατήρηση της ίδιας ποιότητας μετάλλου μετά την ανακύκλωσή του. 57

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Αλλά και η παραγωγή προϊόντων από αλουμίνιο, έχει σε πολλές περιπτώσεις σημαντική οικολογική επίπτωση, όπως στην Αυτοκινητοβιομηχανία: Έτσι, για κάθε 100 kg που μειώνεται το βάρος ενός αυτοκινήτου μεσαίου κυβισμού λόγω χρήσης αλουμινίου αντί χάλυβα, προκύπτει μείωση εκπομπής καυσαερίων ποσότητας 2 tn για όλη τη διάρκεια ζωής του αυτοκινήτου, ενώ στον ίδιο χρόνο η αναμενόμενη οικονομία καυσίμου είναι 900 λίτρα βενζίνης (ελαφρότητα κατασκευής). Η διάρκεια ζωής των κατασκευών από αλουμίνιο είναι σημαντικά μεγαλύτερη εκείνων από χάλυβα, για λόγους αντοχής στη διάβρωση, ενώ το κόστος συντήρησής τους είναι από ελάχιστο έως αμελητέο. Η τεχνολογία των κραμάτων σε συνδυασμό με την ευκολία υποβιβασμού του πάχους με την έλαση, δίνει νέα διάσταση σε δυνατότητα οικονομίας μετάλλου στις κατασκευές (σκληρότερα κράματα - χαμηλότερο πάχος). Η ανακύκλωση σαν εφαρμοσμένη βιομηχανική μέθοδος παραγωγής αλουμινίου, έχει ιστορία ζωής στην Ευρώπη από το 1920 περίπου. Το σκραπ που προκύπτει κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας στα εργοστάσια παραγωγής, ανακυκλώνεται αμέσως δίνοντας αντίστοιχες κραματικά ποσότητες πλακών από το χυτήριο. Από την άλλη, οι κάθε είδους κατασκευές και προϊόντα αλουμινίου μπορούν να ανακυκλωθούν μετά το τέλος της διάρκειας ζωής τους. Αυτό βέβαια προϋποθέτει την περισυλλογή, τον κραματικό διαχωρισμό και την ανακύκλωσή τους. Εκτεταμένα δίκτυα περισυλλογής, διαχωρισμού, προεπεξεργασίας και εμπορίας, λειτουργούν ήδη σε όλο τον κόσμο. 5.7 Διαδικασία ανακύκλωσης αλουμινίου Το αλουμίνιο ως προς την ανακύκλωση έχει 5 συγκεκριμένα βήματα. Στο σχήμα 5.4 βλέπουμε τα βήματα αυτά καθώς και τα βήματα που χρειάζονται για την παραγωγή του. 58

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Σχήμα 5.4: Διαδικασία ανακύκλωσης αλουμινίου Στο σχήμα 5.4 φαίνονται με πράσινο χρώμα τα βήματα της ανακύκλωσης και με γκρι χρώμα η διαδικασία παραγωγής αλουμινίου. Πιο συγκεκριμένα για τα 5 βήματα της ανακύκλωσης. ΒΗΜΑ 1: Η συλλογή των αλουμινένιων πλαισίων τα οποία μεταφέρονται σε μορφή δεμάτων αλουμινίου στο εργοστάσιο ανακύκλωσης αλουμινίου. ΒΗΜΑ 2: Μετά την περισυλλογή τους τα δέματα αλουμινίου πρέπει να κοπούν σε μικρότερα κομμάτια και να απομακρυνθούν χρώματα ή περιτυλίγματα που πιθανών να υπάρχουν. Για την διαδικασία αυτή υπάρχουν δύο στάδια. Σε πρώτο στάδιο τα δέματα μεταφέρονται σε έναν καταστροφέα (shredder) όπου τα κόβει σε μικρά κομμάτια μεγέθους 4-6 cm 2. Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα ο καταστροφέας χρησιμοποιεί ιπποδύναμη της τάξης των 1000 PS. Στην συνέχεια τα μικρά κομμάτια αλουμινίου μεταφέρονται σε έναν διαχωριστή τυμπάνου διπλού μαγνήτη για να απομακρυνθεί οποιοδήποτε κομμάτι χάλυβα που πιθανό να υπάρχει μέσα στο δέμα. 59

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 5.17: Καταστροφέας «Shredder» Σε δεύτερο στάδιο αφού έχουν κοπεί και έχουν καθαριστεί από άλλα μέταλλα, τα κομμάτια αλουμινίου τοποθετούνται σε έναν βραδέος κινούμενο μονωμένο ταινιόδρομο όπου χρησιμοποιείται ζεστός αέρας( περίπου 550 C) για να απομακρύνει πιθανά χρώματα ή περιτυλίγματα. Τα καυσαέρια της διαδικασίας περνάνε αρχικά από ένα μηχάνημα μετάκαυσης και στην συνέχεια χρησιμοποιούνται για να ζεστάνουν τον εισερχόμενο αέρα της διαδικασίας μέσο ενός εναλλάκτη θερμότητας, με αυτόν τον τρόπο ελαχιστοποιούνται οι απαιτήσεις ενέργειας του συστήματος. Εικόνα 5.18: Ταινιόδρομος 60

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΒΗΜΑ 3: Στη συνέχεια τα κομμάτια αλουμινίου μεταφέρονται σε φούρνους τήξης οι οποίοι έχουν αναδευτήρες που προκαλούν μια δίνη στο κέντρο της «πισίνας» του λιωμένου αλουμινίου η οποία τραβάει χαμηλά τα κομμάτια αλουμινίου. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνει ταχεία τήξη και υψηλές αποδόσεις. Οι φούρνοι λειτουργούν με καύσιμα, η καυστήρες χρησιμοποιούν την τεχνική της αναγεννητικής, καθώς επίσης υπάρχει και ένα σύστημα διαχείρισης καυστήρων για να μειώσουν τις ποσότητες ενέργειας που χρησιμοποιούνται και φυσικά τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. Τέλος οι αναδευτήρες που χρησιμοποιούνται είναι αναδευτήρες τύπου Jet και εξασφαλίζουν σταθερή θερμοκρασία και την υψηλότερη ποιότητα ανάδευσης. Εικόνα 5.19: Φούρνος τήξης ΒΗΜΑ 4: Το τηγμένο μέταλλο μεταφέρεται μέσα σε ένα φούρνο συντήρησης, όπου υποβάλλεται σε επεξεργασία για την απομάκρυνση ακαθαρσιών πριν από τη χύτευση του αλουμινίου. Στην συνέχεια ρίχνουν το λιωμένο μέταλλο σε μια μονάδα χύτευσης. Γίνεται μια κατεργασία του μετάλλου με μία χημική διεργασία για την απομάκρυνση τυχόν εναπομένοντα μικροσκοπικά μη μεταλλικά σωματίδια και μετά καθώς το μέταλλο ρέει μέσα στις φόρμες, ψύχεται από πίδακες ψυχρού νερού που αντλείται γύρω και μέσα από την βάση του καλουπιού. Οι ράβδοι αλουμινίου στερεοποιούνται σταδιακά κατά τη διαδικασία χύτευσης, η οποία διαρκεί περίπου τρεις ώρες. 61

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Εικόνα 5.20: Μονάδα χύτευσης Βήμα 5: Αφού δημιουργηθούν οι ράβδοι αλουμινίου, τοποθετούνται σε ένα μηχάνημα κοπής φύλλων αλουμινίου. Τα φύλλα αλουμινίου που προκύπτουν είναι έτοιμα για την επαναχρησιμοποίηση τους. 62