Development of an industrial production line simulation for crystalline silicon photovoltaic panel recycling

Abstract

Η παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκές (φ/β) κυψελίδες είναι μια καθιερωμένη και πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που εκμεταλλεύεται στο έπακρο την ηλιακή ενέργεια, η οποία είναι ανανεώσιμη. Παρόλο που έχουν παρουσιαστεί πολυάριθμες μέθοδοι ανά την υφήλιο σχετικά με την ανακύκλωση φ/β πινάκων, η Ελλάδα δεν έχει λάβει κάποια αξιόλογη δράση έως σήμερα. Σε παγκόσμια κλίμακα, το μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς (≈90%) βασίζεται στη χρήση κρυσταλλικού πυριτίου ως ημιαγωγό για τις φ/β κυψελίδες. Επιπλέον, σύμφωνα με εκτιμήσεις αναμένεται πως η συνολική ποσότητα φ/β αποβλήτων στην Ευρώπη θα αγγίξει τους 3.500.000 τόνους μέχρι το 2040, ενώ στην Ελλάδα αναμένονται 264.000 τόνοι μέχρι το 2038. Σαν αποτέλεσμα, κρίνεται σκόπιμη η παρουσίαση μίας ενοποιημένης μεθόδου διαχείρισης φ/β πινάκων όταν εκείνοι φτάνουν το τέλος της χρήσιμης ζωής τους με στόχο την επιτυχή ανάκτηση υλικών όπως: πυρίτιο, αλουμίνιο, άργυρο και γυαλί. Ο στόχος της παρούσης μεταπτυχιακής διατριβής είναι η προσομοίωση μιας μεθόδου ανακύκλωσης φ/β πινάκων κρυσταλλικού πυριτίου, εφαρμόσιμη σε βιομηχανικό επίπεδο, με χρήση της πλατφόρμας σχεδίασης CATIA. Ο σχεδιασμός της διαδικασίας ανακύκλωσης πραγματοποιήθηκε παραμετρικά, με στόχο τη δυνατότητα εύκολης προσαρμογής της χωροθέτησης και διαστασιολόγησης κάθε μηχανήματος και κατ’ επέκταση του πεδίου ανακύκλωσης στο σύνολό του.

Power generation from photovoltaic (PV) cells is a well-established and promising technology that takes full advantage of solar energy, which is a renewable energy source. Although numerous methods of PV recycling have been proposed worldwide, Greece has not taken any serious corresponding action until now. In global scale, the largest market share (≈90%) is based on c-Si as a semiconductor for the PV cells. Moreover, estimations expect that the overall quantity of PV waste in Europe will reach 3.500.000 tones until 2040 while in Greece, until 2038 the amount will be in the range of 264.000 tones. As a result, it is essential to propose a unified management of PV end-of-life (EOL) process, in order to achieve a successful recovery of materials such as silicon, aluminum, silver and glass. The scope of this dissertation is the simulation of an integrated c-Si PV recycling process, applicable to the industrial level, with the use of CATIA software. The design of this recycling process is parametric, in order to allow the location and sizing configuration of each machine and installation type that can be used.