Environmental impact and energy payback time of recycling solar photovoltaic panels: A comparative life cycle analysis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
68
Series
Abstract
Photovoltaic (PV) technology helps to decrease the dependency on fossil fuels and ful-filling the worlds energy needs effectively. Due to the continuous rise in the production of solar panels, the volume of PV waste has grown significantly and is projected to reach millions of tons by 2050. Another issue of PV panels is the energy-intensive PV manufacturing process that emits pollution. Research has demonstrated that PV waste can be recycled, decreasing the environmental problems caused by the disposal of waste. One solution to reduce the overall emissions of the PV manufacturing process could be the manufacture of new solar PV panels from materials recovered from PV waste, in other words secondary production. Therefore, this thesis focuses on assessing the impacts on the environment and energy payback time (EPBT) associated with the secondary production of solar photovoltaic panels, concentrating on two types of PV panels, monocrystalline silicon (mono c Si) and cadmium telluride (CdTe) PV panels. The scope of the study included three stages of secondary production: recycling PV waste, pre-manufacturing and remanufacturing of new PV panels, as well as trans-portation between these stages. The total energy usage and total air emissions were also considered. The evaluation of environmental effects was conducted using Life Cycle Assessment (LCA) and openLCA software. It was observed that monocrystalline silicon PV panels have a higher impact than cadmium telluride PV panels. In addition, the energy consumption of the secondary production of the solar panels was also in-vestigated. Transportation was determined to be the most energy-intensive stage for both types of PV panels due to the long distances required for material transportation. With the knowledge of consumed energy and energy generated by PV panels, energy payback time (EPBT) was calculated. These EPBT results indicated that CdTe PV panels required less time to recover the imbodied energy investment, 2.6 years, com-pared to 3.8 years, for mono c-Si PV panels. However, the raw materials used in CdTe PV panels are rarer compared to raw materials in mono c-Si PV panels. Overall, this study emphasizes the importance of reducing energy use during mate-rials transportation. Additionally, it is suggested that future research related to the investigation of the ecological effects related to secondary production of upcoming solar technologies is necessary to secure more sustainable designs of future PV panels.Aurinkosähköteknologialla voidaan vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista ja tuottaa energiaa globaalisti useilla eri alueilla. Aurinkopaneelien tuotantomäärien takia aurinkopaneelijätteen määrä lisääntyy jatkuvasti. Jätemäärien ennustetaan kasvavan miljooniin tonneihin vuoteen 2050 mennessä. Tämän lisäksi aurinkopaneelien tuottamiseen liittyy muitakin ongelmia. Niiden valmistus kuluttaa suuria määriä energiaa sekä saastuttaa ympäristöä. Aurinkopaneelijätettä voidaan kierrättää, mikä vähentää jätteiden käsittelystä aiheutuvia ympäristövaikutuksia. Kierrätys ei kuitenkaan laske aurinkopaneelien tuottamiseen liittyviä kokonaispäästöjä. Ratkaisuna aurinkopaneelien ympäristövaikutusten vähentämiseen voi olla aurinkopaneelien valmistus materiaalista, joka saadaan kierrätetyistä aurinkopaneelijätteestä. Tätä kutsutaan sekundääriseksi tuotannoksi. Tämä diplomityö arvioi aurinkopaneelien sekundäärituotannon ympäristövaikutuksia ja energian takaisinmaksuaikaa. Työssä tarkastellaan kahta aurinkopaneelien materiaalityyppiä: monokiteistä piitä ja kadmiumtelluridia. Tutkimuksessa tarkasteltiin sekundäärituotannon kolmea vaihetta: aurinkopaneeli-jätteiden kierrätystä, aurinkopaneelien esivalmistusta ja uudelleenvalmistusta sekä vaiheiden välisen kuljetuksen vaikutusta. Tämän lisäksi tutkimuksessa otettiin huomioon kokonaisenergiakulutus sekä ilmapäästöt. Ympäristövaikutusten arviointiin käytettiin elinkaariarviointimenetelmää ja openLCA ohjelmistoa. Tutkimuksessa havaittiin, että monokiteisestä piistä valmistetuilla aurinkopaneeleilla oli suurempi ympäristövaikutus kuin kadmiumtelluridista valmistetuilla. Sekundäärituotannon energiakulutuksesta havaittiin, että kuljetus on kaikista vaiheista energiaintensiivisin molempien aurinkopaneelityyppien kohdalla. Energian takaisinmaksuaika laskettiin käyttäen kulutetun energian määrää. Tulokset osoittivat, että kadmiumtelluridi aurinkopaneelit tarvitsevat vähemmän aikaa energiainvestoinnin takaisinmaksuun (2,6 vuotta) verrattuna monokiteisestä piistä valmistettuihin aurinkopaneeleihin (3,8 vuotta). Raaka-aineet, joita käytetään kadmiumtelluridi aurinkopaneeleissa, ovat kuitenkin harvinaisempia verrattuna raaka-aineisiin, joita käytetään monokide-pii aurinkopaneeleissa. Tutkimus osoitti, että tärkeintä on keskittyä kuljetuksesta syntyvän energiakulutuksen vähentämiseen aurinkopaneelien elinkaaressa. Tutkimuksessa tunnistettiin tarve jatkotutkimukselle liittyen uusien aurinkopaneeliteknologioiden sekundäärituotannon vaikutuksista ympäristöön. Tämä jatkotutkimus mahdollistaisi tulevaisuudessa ympä-ristöystävällisempien aurinkopaneelien suunnittelun.Description
Supervisor
Lundström, MariThesis advisor
Wilson, BenjaminRahimpour, Saeed