Socio-Environmental and Economic Problems of Solar Panels Recycling

* технік 1-ї категорії науково-дослідної частини кафедри економіки, підприємництва та бізнес-адміністрування Сумського державного університету,

** магістрант факультету електроніки та інформаційних технологій Сумського державного університету,

*** студент Навчально-наукового інституту фінансів, економіки та менеджменту імені Олега Балацького Сумського державного університету

**** аспірант кафедри економіки, підприємництва та бізнес-адміністрування Сумського державного університету,

***** аспірант кафедри економіки, підприємництва та бізнес-адміністрування Сумського державного університету,

Використання альтернативних джерел енергії, зокрема сонячної енергії, зростає швидкими темпами в останні роки. Ця тенденція спонукає виробників обладнання для сонячних електростанцій збільшувати обсяги виробництва. У той же час виникає питання утилізації використаних модулів, оскільки кожен матеріал має свій термін служби. Згідно з технічними характеристиками, середній термін служби сонячних модулів і панелей становить 25-30 років. Виведення з експлуатації може відбутися раніше цього часу з наступних причин: моральний і фізичний знос, механічні пошкодження, заміна застарілого обладнання, модернізація сонячних електростанцій. Уже в 2030 році необхідно буде замінити сонячні модулі, встановлені у 2000 році. Тому виникають гострі питання не тільки щодо розробки й впровадження технологій переробки відходів обладнання з сонячних електростанцій, а й щодо використання організаційно-економічних методів в цій сфері. У даній статті розглядаються основні проблеми, що виникають при використанні й утилізації сонячних модулів, аналізується досвід інших країн у вирішенні цих проблем. При використанні відновлювальних джерел енергії потрібно мінімізувати негативний вплив на навколишнє середовище на всіх етапах - від виробництва обладнання для електростанцій до утилізації та переробки цього обладнання.

Ключові слова: сонячна панель, утилізація, економічний метод, сонячна енергія, природний ресурс, економічна проблема, навколишнє середовище, відновлювальна енергія.

Introduction

Since then, the problem of the exhaustibility of natural resources has arisen in society. The question arose from finding an alternative. However, not only the fullness of resources prompted the development of alternative energy sources. The costs of extracting nonrenewable resources are constantly growing due to their exhaustion. The development, extraction, and processing of natural resources lead to disastrous consequences for the environment and humans in particular. The use of alternative natural resources and energy sources was aimed at reducing the devastating consequences of the negative impact on the environment and contributing to new development. Therefore, a promising source of renewable energy is the energy of the sun. To obtain and use it, special equipment is used, which has its life cycle. Moreover, in the end, the next question arises - what to do with waste equipment.

Analysis of recent research and publications. Both foreign and domestic scientists, in particular M. Jacobson, M. Schellenberger, S. G. Artemyev, D. Mulvan, paid attention to the problem of disposal and recycling. Scientists have studied the environmental impact of e-waste, nuclear waste, and others. The issues of determining the economic damage from environmental pollution are the works of O.F. Balatsky, L.G. Melnyk, O.M. Matsenko and others [1; 2; 3; 4].

The purpose of the article is to study the socio-environmental and economic problems of the processing and disposal of solar panels and batteries, to analyze the experience of the leading countries in the production of solar energy, to propose economic methods for solving these issues.

Research results. Solar modules PV modules consist of the following components: glass, plastic, metals (aluminum, a small amount of copper, silver, tin, lead), and polymers.

The presence of hazardous materials in the end-of-life panels can result in significant pollution and health issues if released into the environment. To close the loop in the energy cycle, the next mission of the solar panel industry is the safe disposal or recycling of end-of-life products. In the waste management hierarchy, however, re-use or value-added recovery/repurposing is considered preferable to recycling.

Lead and tin, if leached into soil and groundwater it causes health and environmental concerns, while copper, silver, and silicon present a value opportunity if recovered efficiently. So, the landfill option should be fully replaced with recycling to prevent environmental pollution and retrieve the valuable materials present in the panel [5].

In 2016, a joint report was published by the International Renewable Energy Agency (IRENA) and the International Energy Agency (IEA) on the strategy for utilizing spent solar modules. According to the forecast presented in this report, by 2030 the global waste of PV modules (cumulative) will amount to 1.7-8 million tons, depending on whether it is a regular loss or early loss. By 2050, the waste volume of PV modules will amount to 60-78 million tons (Figure 1). In Figure 2 the accumulated waste of photovoltaic panels (million tons) in the context of the leading countries is shown.

In Ukraine, the number of private solar power plants in the IV quarter of 2019 amounted to almost 22,000 (Figure 3). Over time, the problem of recycling and disposal of solar modules will come on a large scale. In the absence of organizational and economic mechanisms for creating a recycling and recycling system, this can lead to significant environmental and economic losses.

Some countries are already actively working to solve this problem. The European Union was the first to introduce waste management rules for solar power plants - the modules must be disposed of in accordance with the Waste Electrical and Electronic Equipment Directive (WEEE) (2012/19 / EU). Since 2012, the provisions of the WEEE Directive have been incorporated into national legislation by EU member states, creating the first market in which the processing of solar modules is mandatory [6]

The Americans developed a technology for processing thin-film CdTe modules in the 2000s. It was first used by the photovoltaic company First Solar. Thanks to the developed technology, 95 % of semiconductor materials and 90 % of glass can be reused. All dismantled elements of PV modules are processed in a single cycle [7].

Figure 1. Global PV panel waste projection, 2016-2050 [8]