Circulaire zonnepanelen: de mogelijkheden en de uitdagingen

Ilse Door Ilse Klaasse Bos,
op 01 juli 2017

Het is een logisch en aantrekkelijk idee: circulaire zonnepanelen. Maar helaas, de harde waarheid is dat ze nog niet bestaan. Daarom zijn wij drie jaar geleden Gener8 gestart: ons initiatief om circulaire zonnepanelen te ontwikkelen. In ons vorige blog hebben we onze ‘reis’ al een beetje samengevat. In dit blog nemen we je mee van onze eerste aannames tot technische uitwerking en een uitgewerkte businesscase. Lees mee om erachter te komen waarom wij denken dat het wel mogelijk is en – misschien wel belangrijker – waarom we denken dat het nu al mogelijk is.

Blog #2 – Waarom wij geloven in de mogelijkheden van circulaire zonnepanelen

Een blog is helaas te kort om een 100% volledige, grondige onderbouwing te presenteren. Het is een onderwerp waar meerdere jaren academisch onderzoek in kwijt kan. We gaan in dit blog toch proberen voldoende achtergrond te geven zodat onze volgende blogs beter begrepen worden. Daarin gaan we namelijk in op het toekomstperspectief: de mogelijkheden die worden ontsloten door circulaire zonnepanelen.

Kan het technisch al?

Het korte antwoord is een volmondig ja. Het genuanceerde antwoord vraagt echter om een definitie van wat wij als circulair beschouwen. Om een paneel volledig circulair te maken zullen 1) onderdelen hergebruikt moeten worden, 2) materiaal hergebruikt moeten worden om nieuwe panelen te maken of 3) materiaal minimaal gelijkwaardig hergebruikt worden in andere toepassingen.

Wanneer we deze definitie volgen zijn panelen nog lang niet circulair. Er zijn in andere markten al wel voorbeelden van componenten van een PV module die bijna volledig gerecycled kunnen worden. Denk hierbij aan een frame, kabels en bijvoorbeeld de omvormer. De echte uitdaging ligt echter bij het paneel zelf. Op dit moment worden alleen de ijzerelementen hergebruikt. De rest wordt verbrand of laagwaardig hergebruikt. Zo wordt het glas bijvoorbeeld toegepast als verpakkingsmateriaal.

In onderstaande figuur worden de circulaire mogelijkheden inzichtelijk gemaakt van de voornaamste componenten van een PV module. Een groot gedeelte van de pijlen is gekoppeld aan het rode vak: ‘not circular’. Het ziet er daarom misschien uit alsof we van ver komen. In praktijk zijn er echter snel grote sprongen te maken.Uit onderzoek dat wij hebben uitgevoerd blijkt dat vijf stappen nu al uitvoerbaar zijn, en dat die aanzienlijke invloed hebben op de mate van circulariteit van een PV paneel. Het opvallende voor ons was dat lang niet alle oplossingen gezocht moeten worden in aanpassingen van gebruikte materialen. Juist het ontwerp en het organiseren van de keten kunnen direct bijdragen.

1.        Vervangen van EVA (encapsulant)De encapsulant die momenteel gebruikt wordt heeft een dusdanig hoog smeltpunt dat wanneer deze wordt verwijderd/verbrand de modules kapot gaan. Door dit materiaal te vervangen door een encapsulant met een lager smeltpunt kunnen hele cellen worden teruggewonnen aan het einde van de levensduur. Dergelijke alternatieven zijn al beschikbaar maar hebben een (beperkt) hogere kostprijs dan het nu gebruikte EVA.
2.        Vervangen van polymerenVerschillende componenten waarvoor polymeren gebruikt kunnen vervangen worden door recyclebare materialen. Meest voor de hand liggende hierbij is de backsheet/achterkant die vervangen kan worden door glas. Doordat glas niet degradeert en een goede isolerende werking heeft is dit iets wat voor hoge kwaliteit panelen al gebeurt.
3.        De wafers dikker makenOm kosten te drukken worden dunnere en dunnere wafers gemaakt. Echter, aan het einde van de levensduur zouden deze opgeschuurd kunnen worden en hergebruikt kunnen worden indien deze wat dikker zijn.
4.        Ontwerp van het frameHet frame is puur in volume een groot onderdeel van een paneel. Doordat dit maar zeer beperkt degradeert gedurende gebruik zou het met een modulair ontwerp eenvoudig hergebruikt kunnen worden.
5.        Delen van informatie over samenstellingRecycleaars die aan slag gaan met oude panelen hebben vaak geen idee van de materiaalsamenstelling. Aangezien die samenstelling wel een grote invloed heeft op het recycleproces zouden zij zeer geholpen zijn met het delen van informatie.

 

Waar zit de waarde?

Meer dan geld alleen. Energie, een behoud van grondstoffen en daarmee hoog financieel rendement op de lange termijn. De grote uitdaging bij het kwantificeren van deze voordelen is dat er nog geen circulaire panelen zijn. Het is daarmee nog onmogelijk om in de praktijk vast te stellen hoe groot of klein deze voordelen zijn.

Vandaar dat wij de vraag hebben omgedraaid: hoeveel ruimte zit er eigenlijk in het systeem? Wekken panelen wel genoeg op om naast hun eigen energetische productiekosten ook te voorzien in hun eigen recycling? Zijn er genoeg factoren die er voor zorgen dat het aantrekkelijk is om materiaal te recyclen? Zijn die factoren zó bepalend dat het niet meer aantrekkelijk is om nieuw gedolven grondstoffen te gebruiken? En tenslotte: levert het voor alle partijen wel genoeg economisch voordeel op? Hieronder de drie waardefactoren op een rij.

Energie

Een PV paneel is al een hele energie-efficiënte manier om energie op te wekken. In een veelgenoemd onderzoek uit 2013 werd al aangegeven dat de energetische terugverdientijd onder de vier jaar lag, en de verwachting was dat dat op korte termijn naar de twee jaar zou gaan. Laten we uitgaan van die vier jaar, en een conservatieve levensduur van 20 jaar: dit betekent dat 80% van de opgewekte energie gebruikt kan worden voor andere doeleinden, waaronder de recycling. Dus zelfs wanneer het recyclen evenveel energielasten met zich mee zou brengen als de productie (wat onwaarschijnlijk is aangezien je de het opgraven van virgin material voorkomt) zou nog steeds 60% overblijven voor andere toepassingen.

Materiaal

De vraag naar grondstoffen – materialen – neemt sterk toe. Met name in Azië is er sprake van een sterk stijgende vraag.  Al dit materiaal kunnen we op de lange termijn niet uit de grond blijven halen en urban mining zal steeds dominanter worden. Daarnaast maken PV panelen al jaren een exponentiele groei door, en is het de verwachting dat dit zal aanhouden. Over enkele jaren zal daarom ook de reststroom van PV panelen een exponentiele groei doormaken en daarmee een belangrijke bron van materiaal worden. Hoewel er dus nog aanpassingen nodig zijn om materiaal terug te winnen, is zeer duidelijk dat de toenemende vraag naar grondstoffen de behoefte voor het ontwikkelen van deze aanpassingen stimuleert.

Financiën

Wij geloven in een systeem dat de voordelen bij alle betrokkenen in de keten legt; de producent, de recyclelaar en vooral de klant. Om dat te kunnen doen is een methodiek nodig die herverdeelt. Wij hebben een dergelijke methodiek in de afgelopen twee jaar ontwikkeld en uitgewerkt. Om de financiële baten te kunnen uitleggen, moeten we helaas ook nog even dit model toelichten. Gelukkig hadden we al gewaarschuwd dat dit het langste blog zou worden…

Ons model: wat levert het concreet op?

Wij geloven in een systeem waar de energieprijs die een consument betaalt niet afhankelijk is van de efficiency van zijn eigen panelen maar van alle geïnstalleerde panelen. Klanten kopen of leasen geen panelen maar nemen een aandeel in het complete zonnepark. Hoe meer mensen deelnemen met nieuwere, meer efficiënte panelen hoe gunstiger het is voor iedereen. Panelen gaan aan het einde van hun economische levensduur naar een zogeheten ‘buffer’. Dit is een organisatie of klant die veel oppervlak tot zijn beschikking heeft en een grote energiebehoefte. Hier blijven de zonnepanelen de rest van hun levensduur staan, tot het economisch aantrekkelijk is om gerecycled te worden. Met een dergelijke aanpak creëer je veel flexibiliteit en dus ook de mogelijkheid om PV panelen aan te bieden aan huurders. Deze groep heeft nu nog maar beperkt toegang tot PV panelen. Het risico is wel dat huurders verhuizen, en de panelen niet mee kunnen nemen en ook de volgende deelnemers hun aandeel niet willen overnemen. Dat zorgt, samen met het gebruik van de buffer, voor een toename van de installatiekosten. Deze dekken we echter af met terugwinnen van de reststromen.Omdat een dergelijk model onzekerheden bevat hebben we een scenarioanalyse gedaan. De gemiddelde uitkomst van deze analyse wordt in onderstaande grafiek samengevat.Er lijkt dus nog financiële ruimte in het systeem te zitten. Om te zien hoe robuust of kwetsbaar dit is hebben we meerdere scenario’s bekeken. Hieruit blijkt dat er drie elementen het meeste invloed hebben op succes of falen van het model:

Belangrijkste kanttekening is de potentie van recycling. Wij hebben in onze berekeningen puur gekeken naar de restwaarde van de materialen minus de kosten van de terugwinning. Als het echter mogelijk is om componenten terug te winnen (bijvoorbeeld modules of wafers) dan gaat de efficiency van recycling en de teruggewonnen restwaarde drastisch omhoog. Dat zou in theorie zelfs kunnen met reeds bestaande panelen. Dit maakt ons model nóg interessanter.

Het kan dus. Waarom gebeurt het dan nog niet?

Circulaire zonnepanelen lijken dus niet alleen mogelijk, maar ook aantrekkelijk. Uit onze modellen komt naar voren dat het technische kan en dat er ‘waarde in het systeem zit’. Met andere woorden er valt wat aan te verdienen. Toch bestaan ze nog niet. Wellicht komt dat omdat zoals wij hebben gevonden er niet echt onoverkomelijke obstakels zijn maar dat er ook geen ei van Columbus is: geen rechttoe-rechtaan oplossing die het vanzelfsprekend maakt.

De belangrijkste hindernis noemden we ook al in ons eerste blog: het is wellicht in het belang van de gehele keten op lange termijn, maar niet in het belang van individuele partijen op korte termijn. We zijn momenteel daarom hard bezig met het ophalen van financiering om een technisch prototype te ontwikkelen. We willen ons gefundeerde concept gebruiken om aan te tonen dat deze ontwikkeling relevant is, en omgekeerd willen we vervolgens het prototype gebruiken om te laten zien dat het ook technisch mogelijk is. Ons model kan niet ontstaan zonder product, en ons product zal nooit worden ontwikkeld zonder het gevoel dat ons model relevant is. Wij werken hard aan het doorbreken van deze cirkel.

Wil je meehelpen? We horen je graag! Ben je geïnteresseerd in een uitwerking van het toekomstperspectief van dit systeem? Houd dan deze blogs in de gaten!

 

Deel artikel

Abonneer u op onze nieuwsbrief