ماذا يحدث عندما تتلف الألواح الشمسية؟

بحلول نهاية عام 2024، سيكون لدى العالم ما يقرب من 2000 جيجاوات من قدرة توليد الطاقة الشمسية في الخدمة. كل لوحة مصنوعة من السيليكون والزجاج والبوليمرات المختلفة والألمنيوم والنحاس ومجموعة متنوعة من المعادن الأخرى التي تلتقط طاقة الشمس. إنها قاعدة عامة مفادها أنه باستثناء التلف، ستدوم اللوحة لمدة تصل إلى 30 عامًا قبل أن تحتاج إلى استبدالها.

ولكن ماذا يحدث لجميع هذه المواد الخام عندما يصبح المحصول الحالي من الألواح الشمسية عتيقًا؟ بالتأكيد، نحن لا نهدرها كلها، أليس كذلك؟

ما الذي يقتل اللوحة الشمسية؟
تشير الحكمة المتعارف عليها إلى أن الألواح الشمسية تدوم لمدة 30 عامًا تقريبًا، لكن هذه ليست القصة كاملة هنا. أوضح جارفين هيث من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) أن "30 عامًا هو أفضل تخمين لدينا". وجد المختبر الوطني للطاقة المتجددة أن هناك معدلًا أعلى من الأعطال في بداية عمر اللوحة، غالبًا بسبب أخطاء التصنيع أو التركيب. في منتصف العمر، لا يفشل سوى عدد قليل من الألواح. ثم تبدأ الإحصائيات في الصعود شمالًا كلما اقتربت من علامة العقد الثالث، ولكن على الرغم من ذلك، فإن عدد الألواح التي تنكسر "أقل من واحد في المائة" من إجمالي الألواح العاملة في ذلك الوقت.

مات بورنيل هو مؤسس شركة ReSolar، وهي شركة ناشئة بريطانية تبحث في إعادة استخدام الألواح الشمسية وإعادة تشغيلها وإعادة تدويرها. كجزء من عمله، زار بورنيل مزرعة شمسية مكونة من 40 ألف لوحة حيث انكسر 200 من الألواح أثناء التثبيت. قال: "أخذت حوالي 50 من هذا الموقع، واختبرتها لمعرفة قيمتها لإعادة الاستخدام [و] سعة التوليد"، وكان معظمها ضمن "نطاق تحمل الشركة المصنعة". في الأساس، بالنسبة للشقوق الغريبة في الزجاج أو النتوء على الإطار - والتي قد تسبب مشاكل في المستقبل - كانت الألواح تعمل بشكل مثالي بخلاف ذلك.

إذا نجت اللوحة من ولادتها وتركيبها، فإن أكبر شيء يقتل الألواح الشمسية هو الطقس. قال هيث إن السبب الشائع هو الأحداث الجوية المتطرفة التي تلحق الضرر باللوحة، أو حتى الطقس العادي العدواني الذي يتسبب في تدهور الأشياء. ومن المؤسف أنه بمجرد كسر اللوحة، غالبًا ما لا يستحق الأمر بذل الجهد لإصلاحها.

لذا فإن الألواح التي تعتبر "مكسورة" أثناء التصنيع أو التثبيت قد لا تزال قادرة جدًا على توليد الطاقة من الشمس. ولكن هناك أيضًا الكثير من الألواح التي يتم سحبها من الخدمة بعد 25 أو 30 عامًا، حتى لو لم تكن مكسورة بأي معنى ذي معنى. هناك سبب بسيط إلى حد ما لعدم السماح لمزارع الطاقة الشمسية لهذه الألواح بامتصاص الأشعة حتى تتوقف ببساطة عن العمل.

القضية الرئيسية هي فقدان الكفاءة، وهو عندما لا تتمكن الألواح من توليد نفس القدر من الطاقة كما فعلت عند تركيبها لأول مرة. تصنع معظم الألواح الشمسية بطبقات لاصقة مغلفة توضع بين الزجاج والخلايا الشمسية لربطها معًا والمساعدة في الصلابة. يمكن أن يتسبب التعرض لأشعة الشمس في تغير لون هذه الطبقات المغلفة، مما يقلل من كمية الضوء التي يمكن أن تصل إلى الخلايا. وهذا يقلل من قدرة توليد الطاقة، وهي مشكلة للمزارع التجارية الكبيرة.

"يضمن المصنع أداء وحداته [الشمسية] لمدة 30 عامًا"، أوضح جارفين هيث. على سبيل المثال، يتعهد المصنع بأن تكون لوحاته فعّالة بنسبة 80% على الأقل طوال الجزء الأكبر من عمرها المتوقع الذي يبلغ ثلاثة عقود. تمنح هذه الضمانات عملاء المرافق العامة الثقة فيما يشترونه، وعند انتهاء هذه المدة، غالبًا ما يكون التخلص منها واستبدالها أكثر فعالية من حيث التكلفة.

تحتوي شبكات الطاقة على عدد محدود من التوصيلات، وهي في الأساس الطريق الذي يمكنها من دفع الطاقة إلى الشبكة. كل توصيل له حد أقصى صارم من حيث الطاقة التي يمكنه إرسالها، لذلك تحتاج مزارع الطاقة الشمسية إلى توليد الحد الأقصى المسموح به من الكهرباء في جميع الأوقات. قال هيث: "[حتى عندما] تعمل ضمن أداء الضمان، فإن التكلفة البديلة لوجود وحدة تنتج [مزيدًا] من الطاقة على التوصيل الخاص بك قيمة للغاية".

استخدم مات بورنيل من شركة ريسولار مثالاً لمزرعة للطاقة الشمسية بقدرة 10 ميجاوات في المملكة المتحدة بها توصيلات بقدرة 15 ميجاوات. "قبل 10 سنوات، لم يكن بوسعهم سوى وضع 10 ميجاوات في المساحة التي كانت لديهم [...] ولكن مع وحدات أحدث وأكثر كفاءة، أصبح من المجدي مالياً بالنسبة لهم الآن تفكيك الأصول وإعادة بنائها". "لديك صناديق التقاعد الكبيرة التي تنظر إلى هذا من خلال جدول بيانات"، بحثًا عن طرق لتعظيم استثماراتها بشكل أفضل. والنتيجة النهائية هي أن كل هذه الألواح الجيدة بخلاف ذلك يتم التخلص منها. "عندما تفكر في الكربون المضمن في جلب [الألواح] [من الصين]"، قال بورنيل "ثم تذهب إلى مجرى النفايات [...] يبدو الأمر جنونيًا".

حتى لو كان من الممكن إصلاح الألواح بكفاءة كاملة، فمن غير المرجح أن تفتح محلات إصلاح الألواح الشمسية في المملكة المتحدة "هناك سؤال جدي حول تكاليف العمالة لاختبار وإصلاح لوحة جديدة مقابل مجرد شراء لوحة جديدة"، كما قال بورنيل. وأضاف في مثال آخر للألواح التي كان لا بد من إزالتها لمعالجة تشريعات السلامة من الحرائق، والتي كانت معرضة بشكل مماثل لخطر التخلص منها لأن الجهد المبذول لإعادة استخدامها كان كبيرًا جدًا. لتقليل النفايات، انتهى الأمر بشركة ReSolar إلى جمع وإرسال شحنة من تلك الألواح إلى أوكرانيا لاستخدامها في مستشفى.

قاعدة أساسية أخرى هي أن واحدًا فقط من كل 10 ألواح شمسية يتم إعادة تدويره، مع إرسال التسعة المتبقية إلى مكبات النفايات. لا توجد طريقة قياسية لتتبع الوجهة النهائية للوحة، وليس من الواضح كيف سيتم تنفيذ مثل هذا النظام. ولكن هناك خطر أن مكبات النفايات على وشك أن تغمرها كمية الألواح التي ستنزل من الأسطح. على سبيل المثال، ذكرت صحيفة لوس أنجلوس تايمز عن الوفرة القادمة من الألواح الشمسية في كاليفورنيا بعد جهود الولاية لتثبيت المزيد من الألواح الشمسية من عام 2006 فصاعدًا.
الوضع القانوني ليس متجانسًا، حيث وصف جريست الأمور في عام 2020 بأنها "الغرب المتوحش"، حيث أن واشنطن فقط لديها أي نوع من التشريعات الإلزامية. تخضع الألواح الشمسية المعطلة لقواعد النفايات الصلبة والخطرة الفيدرالية، اعتمادًا على المواد المستخدمة في بنائها. إذا كانت اللوحة تحتوي على معادن ثقيلة مثل الرصاص والكادميوم، فلا يمكن إرسالها إلى مكب نفايات عام، خشية أن تتسرب سمومها إلى التربة. ولكن هذا يعني غالبًا إعادة توجيه هذه الألواح إلى مكبات النفايات المصممة للتعامل مع النفايات المتخصصة.

تبحث وكالة حماية البيئة حاليًا في تطوير قواعد من شأنها توحيد عملية إعادة التدوير للألواح الشمسية وبطاريات الليثيوم. ولكن في حين لا توجد تفويضات فيدرالية لإعادة التدوير، أو حتى تشريعات صارمة على مستوى الولاية، فإن الوضع بعيد عن المثالية. في الواقع، يتم إرسال جزء صغير من الألواح إلى مراكز إعادة التدوير، ويترك الباقي لمصير غير مؤكد. وكما يشير هيث، فإن الخطر هو أنه في حين أن إعادة التدوير غير اقتصادية وغير متاحة، فسوف نرى أكوامًا ضخمة من الألواح الشمسية العاملة، تُترك مكدسة بينما يتغير الوضع.

في المملكة المتحدة وأوروبا، تخضع الألواح الشمسية لتوجيه النفايات من المعدات الكهربائية والإلكترونية، أو WEEE. تلزم القواعد شركات التوريد بجمع وإعادة تدوير الألواح المهملة، أو تحمل تكلفة كيان آخر للقيام بذلك. وهذا يعني، على أمل، أننا لن نرى المزيد من الألواح التي يتم إلقاؤها في مكبات النفايات، ولكنه يعني أيضًا أنه غالبًا ما يكون من الأكثر اقتصادًا إرسال الألواح العاملة إلى إعادة التدوير بدلاً من إعادة استخدامها.

إذا كنت تريد تحرير المواد الخام الكامنة داخل لوحة شمسية، فهناك طريقتان. هناك الطريقة الميكانيكية، التي يمكنك من خلالها تقطيع المكونات، وهي أبسط وأكثر إهدارًا: يمكنها استعادة الزجاج والمعادن، ولكن القليل غير ذلك. أو هناك طرق حرارية وكيميائية تسعى إلى فصل المكونات، مما يتيح استعادة المزيد من المعادن النادرة.

قال هيث: "إن شركات إعادة التدوير الحالية لديها أسواق تقليدية يتم بناء اقتصادياتها حولها، لذلك ينظر شركات إعادة تدوير الزجاج إلى وحدة ويقولون" واو، الوحدة تتكون من 80 في المائة من الزجاج من حيث الوزن، أعرف ماذا أفعل بهذا ". وقال: "مع المواد الموجودة بالداخل، يوجد المزيد من المعادن الثمينة ذات القيمة الأعلى، لكنها مختلطة بطبقات البوليمر البلاستيكية [...] والتي يصعب فصلها اقتصاديًا ". وبالتالي، غالبًا ما يتم طحن السيليكون والفضة والنحاس المضمنة في الخلايا إلى كتلة ويتم التخلي عنها.

بحث تقرير وكالة الطاقة الدولية لعام 2024 حول إعادة تدوير الألواح في كيفية عدم كون هذه الطرق الميكانيكية رائعة لجودة المواد. "إن مخرجات المعالجة الميكانيكية ليست نقية للغاية عادةً ويجب استهداف إنتاج أفضل للمواد عالية الجودة [...] وخاصة السيليكون والفضة"، كما ذكرت. وأضافت أن عمليات إعادة التدوير هذه غالبًا لا يتم تحسينها لتشغيل الألواح الشمسية، وبالتالي "هناك في كثير من الأحيان بعض التخفيض في جودة المواد المستردة"، وهي ليست خطوة كبيرة على الطريق إلى الدائرية.

من الصعب أيضًا معرفة ما يدخل في اللوحة الشمسية. قال مات بورنيل من ReSolar: "الاختلاف في المواد [الموجودة في الألواح الشمسية] هائل". لا تلتزم قائمة الشركات المصنعة بعد بمشاركة بيانات المواد الخام الخاصة بها، على الرغم من أن اللوائح الجديدة ستغير ذلك قريبًا. حتى ذلك الحين، من الصعب على شركات إعادة التدوير معرفة ما ستسحبه من الألواح التي تتطلع إلى معالجتها.

بالإضافة إلى عدم معرفة شركات إعادة التدوير بتركيبة الألواح، هناك خطر إضافة مواد كيميائية ضارة لتسريع بعض العمليات. أنطوان شالو هو المدير العام لشركة ROSI Solar، وهي شركة متخصصة في إعادة تدوير الألواح الشمسية في فرنسا. وتحدث عن إدراج مواد كيميائية مثل التيفلون والانتيمون، وكلاهما سام ولا يمكن إطلاقهما في الغلاف الجوي. "لقد قمنا باختبار هذه المواد الكيميائية بعناية شديدة، ولكننا لم نقم باختبارها بعد".

"لقد طورنا عمليات إعادة التدوير الخاصة بنا لالتقاطها،" أوضح، "لكننا ندفع [الشركات المصنعة] لاستخدامها بشكل أقل [في المستقبل]."

يعتقد بورنيل أن الصناعة في "فجر" إعادة تدوير الطاقة الشمسية ولكنه واثق من أنه مع الاستثمار اليوم، سيتم العثور على حلول بسرعة في المستقبل القريب جدًا. قال: "لدينا هذا الوقت الهائل، لذلك نحن نعرف ما سيأتي إلى السوق اليوم، ونعرف ما سيأتي إلى النظام في غضون 25 إلى 30 عامًا." الساعة الحقيقية هي لوفرة الألواح التي تم تركيبها في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين والتي ستبدأ في دخول مجرى النفايات في العقد المقبل.

في الوقت الحالي، ليست عمليات ROSI رخيصة مثل شركات إعادة التدوير الأخرى، ويعلم شالو أنه يمكن أن يكون مشكلة. قال: "في الوقت الحالي، لا يوجد سبب اقتصادي للشركات [لإعادة التدوير معنا]، ولكن هناك مسألة الصورة". "يريد جميع المصنعين وأصحاب مشاريع الطاقة الكهروضوئية قصة جيدة لنهاية عمر الألواح الشمسية الخاصة بهم." ومع ذلك، فإن الفائدة الأخرى لهذه العملية هي إنتاج مواد معاد تدويرها عالية النقاء يمكن استخدامها من قبل المصنعين المحليين.

قد تكون إحدى الخطوات نحو لوحة شمسية أكثر قابلية لإعادة التدوير هي القضاء على استخدام تلك البوليمرات اللاصقة في بنائها. إذا كان بإمكان اللوحة استخدام صفائح من الزجاج مع الخلايا الشمسية المحصورة داخلها، فسيكون من الأسهل بكثير تفكيكها. ناهيك عن أنك ستحصل على أداء أطول وأفضل منها، حيث لن تكون هناك طبقات بوليمرية تتغير ألوانها.

لحسن الحظ، أثبت فريق من مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي (NREL) أن مثل هذا المنتج يمكن أن يوجد. بدلاً من لصق الطبقات معًا، تقوم أشعة الليزر الفيمتوثانية بلحام الألواح الأمامية والخلفية من الزجاج ببعضها البعض. إن الخلايا الشمسية محصورة داخل بعضها البعض، ومثبتة بواسطة ترابط الزجاج مع شقيقه، ولا شيء غير ذلك. وعندما تصل اللوحة في النهاية إلى نهاية عمرها الافتراضي، والذي قد يكون أطول بكثير من 30 عامًا، يمكن إعادة تدويرها عن طريق تحطيم الزجاج.

يقول المشروع، الذي يقوده الدكتور ديفيد يونج، إنه إذا تم قبول المقترحات، فقد نرى نسخة تجارية من اللوحة في غضون عامين إلى ثلاثة أعوام. وأضاف أن الصلابة التي توفرها اللحام ستكون قوية ومقاومة للماء مثل الألواح التي تستخدم طبقات البوليمر. لسوء الحظ، بحلول تلك النقطة، سيكون لدينا عقود وعقود من الألواح المصنوعة باستخدام النظام القديم والتي لا يزال يتعين علينا التعامل معها. وحتى نحصل على طريقة فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير لإعادة تدويرها، فإن الإجابة على السؤال "ماذا يحدث للألواح الشمسية عندما تموت؟" ستكون "لا شيء جيد".

 

المصدر: بوابة الوفد