Dit zonnepaneel kun je uit elkaar halen en hergebruiken

Zonne-energie is de belangrijkste motor achter de energietransitie en de goedkoopste vorm van elektriciteit. Nu er miljarden zonnepanelen op het net zijn aangesloten, rijst de vraag wat ermee gebeurt als ze aan het einde van hun levensduur komen. “Het afval van afgedankte zonnepanelen zou in 2050 zo’n 200 megaton kunnen bedragen”, zegt Urvashi Bothra van de TU Delft.

Momenteel worden zonnepanelen versnipperd wanneer ze worden afgedankt. Dat komt door een laag EVA – ethyleen-vinylacetaat – een lijm die de zonnecellen aan het glas bindt. Die laag houdt alles bij elkaar en beschermt tegen vocht, maar maakt het ook moeilijk om panelen na 25 tot 30 jaar uit elkaar te halen.

Zonnepanelen bevatten veel waardevolle materialen, zoals koper en silicium. Daarnaast kunnen dezelfde siliciumcellen na opknappen opnieuw worden gebruikt. Het onderzoek van Bothra richt zich op het ontwerpen van zonnepanelen met circulariteit als uitgangspunt.

De onderzoeker maakt deel uit van de groep Photovoltaic Materials and Devices (PVMD) aan de TU Delft. Die groep werkt aan de volledige zonne-energieketen, van nieuwe materialen tot innovatieve panelen en batterijoplossingen.

Een andere ontwerpbenadering

De oplossing ligt volgens Bothra in het ontwerpen van panelen die vergelijkbare prestaties leveren als huidige modellen, maar makkelijker uit elkaar te halen zijn en beter materialen kunnen terugwinnen.

Een concept waaraan ze werkt is een met vloeistof gevulde module. In plaats van EVA wordt siliconenolie gebruikt vanwege de optische eigenschappen die goed aansluiten bij glas. “Hierdoor hebben we in het lab een zonnepaneel gerealiseerd met een rendement van 21,4 procent,” zegt Bothra. Dat is vergelijkbaar met conventionele zonnepanelen met EVA.

Het rendement is de hoeveelheid zonlicht die wordt omgezet in elektriciteit. Zonnepanelen op de markt variëren van 22 tot 26 procent. De keuze voor siliconenolie sluit daarbij aan en maakt recycling eenvoudiger.

Het concept is geïnspireerd op een eerdere benadering: de air gap-module, waarbij lucht wordt gebruikt om cellen in te kapselen. Door het verschil in brekingsindex tussen glas en lucht wordt een deel van het licht echter gereflecteerd, waardoor het rendement lager uitvalt.

Materiaal terugwinnen

Het demonteren is eenvoudig. “Je haalt de vloeistof eruit, snijdt de randafdichting door en dan heb je de zonnecel – waaruit je hoogwaardig silicium en zilver kunt terugwinnen”, legt de postdoc uit. Zo kan elke gram materiaal opnieuw worden gebruikt. Ook de siliconenolie zelf kan mogelijk worden hergebruikt. Het is een niet-giftig product, waardoor afvalverwerking geen probleem vormt.

Ter vergelijking: afgedankte zonnepanelen worden nu anders verwerkt. Het aluminiumframe en de aansluitdoos worden verwijderd. De rest – van glas tot cellen – gaat de shredder in en wordt vaak gebruikt als vulmateriaal voor wegen.

De ontwikkeling van deze modules gaat door verschillende testprocedures. In een klimaatkamer, een geïsoleerde ruimte die lijkt op een grote koelkast, worden de zonnepanelen getest op slijtage en weersbestendigheid.

Ook worden ze blootgesteld aan versnelde veroudering door zonlicht. Jaren aan zon worden zo in enkele weken nagebootst. Bij conventionele zonnepanelen treedt dan verkleuring op, waardoor de lichtopbrengst daalt en de prestaties achteruitgaan.

Bij met vloeistof gevulde modules zou dat effect mogelijk minder optreden, zegt Bothra. De tests lopen nog. “We testen temperatuur, vochtigheid en de wisselwerking daartussen”, zegt ze. Het is nu zaak om van een laboratoriummodel een betrouwbaar product voor op het dak te maken.

Een momentopname van de met vloeistof gevulde module tijdens het monteren en demonteren. - © TU Delft

Opschaling

Daarom werken de onderzoekers aan het opschalen van het ontwerp. Een probleem dat de groep heeft vastgesteld, is de hydrostatische druk: in een module op ware grootte zorgt het gewicht van de vloeistof voor druk die het glas kan doen doorbuigen. Dat is een technisch probleem waar actief aan wordt gewerkt.

Een bemoedigende bevinding aan de productiekant: de lamineerapparatuur die wordt gebruikt voor conventionele modules hoeft nauwelijks te worden aangepast. Er is slechts één extra stap nodig: het vullen met vloeistof. Zo kan het nieuwe ontwerp relatief eenvoudig worden geproduceerd.

De TU Delft werkt in het kader van het FAIR-PV-project samen met een Nederlandse fabrikant, Biosphere Solar, aan deze overgang.

Prototypes op ware grootte staan niet alleen in het lab. Met vloeistofgevulde en luchtkloofmodules zijn geïnstalleerd in het Innovation Pavilion op het Marineterrein in Amsterdam. Daar worden ze, naast commerciële panelen, buiten getest en gemonitord.

Een groot deel van het succes van de zonne-energie-industrie is gebaseerd op de kosten per watt. Circulariteit speelde daarin tot nu toe nauwelijks een rol. Het werk van Bothra gaat ervan uit dat dit gaat veranderen. Zeker nu de eerste grote golf zonnepanelen het einde van hun levensduur bereikt en de industrie de kringloop moet gaan sluiten.