Van productie tot recycling: Hoe duurzaam is een zonnepaneel?

Zonnepanelen zijn bijna niet meer weg te denken uit het straatbeeld. Steeds meer mensen maken de keuze om te investeren in zonnepanelen, en te profiteren van directe energie van de zon. Door zonlicht om te zetten in elektriciteit kunnen we onze apparaten opladen, elektrisch koken en lampen laten branden. We maken dus eigenlijk licht, met licht. Dat klinkt een stuk duurzamer dan kolen in de brand steken om er onze elektriciteit van te maken, maar is dat ook zo? Verdient een zonnepaneel zichzelf niet alleen financieel, maar ook energetisch terug? Sommige mensen beweren dat zonnepanelen ‘Chinese troep’ zijn. Is dit onzin of zit hier een kern van waarheid in? Dit gaan we uitzoeken ‘from the cradle to the grave‘, zoals ze in het Engels zo mooi zeggen, dus vanaf de winning van grondstoffen (productie) tot de recycling van een zonnepaneel (einde levensduur).

Wat bedoelen we eigenlijk met duurzaam?

Steeds vaker horen we de term duurzaamheid voorbij komen. Niet alleen in de energie-industrie gaat het over duurzaamheid, maar ook in andere sectoren is de term bijna niet meer weg te denken. Het is natuurlijk goed dat we allemaal bezig zijn met duurzaamheid, maar wat wordt er eigenlijk mee bedoeld? Het woord duurzaam betekent dat iets lang meegaat, als we het hebben over duurzaamheid dan bedoelen we dat we ‘onze huidige behoeften kunnen vervullen, zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen’[1].

Een andere manier om naar duurzaamheid te kijken is vanuit people, planet en profit: als de mens, het milieu en de economie met elkaar in evenwicht zijn, dan spreken we van duurzaamheid [2]. Op dit moment is dat trouwens niet het geval: we putten de aarde uit, onder meer door fossiele brandstoffen te gebruiken voor onze energievoorziening. Dit doen we om onze menselijke en economische behoeftes te vervullen. Op dit moment zijn people, planet en profit dus niet in balans. In de levensloop van zonnepanelen kunnen we spreken van duurzaamheid zolang de winning van grondstoffen, productie, gebruik en recycling weinig tot geen impact heeft op het milieu. Juist dat is belangrijk om te onderzoeken, aangezien we zonnepanelen installeren om mens, milieu en de economie juist weer in balans te brengen.

Our Common Future

Deze beroemde definitie van duurzame ontwikkeling staat in het Brundtland rapport ‘Our Common Future’ uit 1987. Deze definitie is ontstaan vanuit de Brundtland Commissie die in 1983 opgericht is door de Verenigde Naties, met als doel om milieu- en ontwikkelingsproblemen aan te kaarten.

Waar worden zonnepanelen van gemaakt?

Om die vraag te beantwoorden moeten we eerst een kijkje nemen achter de schermen van het productieproces. Een zonnepaneel is opgebouwd uit zonnecellen waarbinnen zonlicht wordt omgezet tot een elektrische stroom. De werkzame stof in een kristallijn-zonnepaneel is silicium, wat wordt gewonnen uit zand. Dunne plaatjes (0.18 mm) puur silicium -dit noemen we wafers- vormen de kern van de elektrische stroom in de zonnecel. Op de zonnecellen zijn aluminium of koperen stroomdraadjes gemonteerd, om de stroom die gaat lopen te verzamelen in de centrale kabels van het paneel. De zonnecellen worden beschermd met een kunststof laag of glasplaten, en om het paneel heen zit een aluminium frame. Elk paneel heeft een of twee verzamelpunten, de aansluitdoos of ‘junction box‘, waar de elektriciteitskabels worden beschermd van buitenaf. De panelen worden met kabels aan elkaar verbonden. De stroom die daaruit komt moet nog worden omgevormd door, inderdaad, een omvormer. Omvormers zorgen er voor dat er bruikbare en veilige elektrische energie in huis is of op het net wordt gezet.

Het hele productieproces en de winning van grondstoffen voor een zonnepaneel kost natuurlijk ook energie. De hoeveelheid energie die nodig is voor de productie, wordt in 6 – 24 maanden (afhankelijk van type paneel en fabrikant) weer teruggewonnen door de energie die het zonnepaneel zelf opwekt [3].

Hoe werkt een zonnepaneel? Lees het hier.

Waar worden zonnepanelen geproduceerd?

Zo’n 20 jaar geleden is China opgestaan als grootste producent van zonnepanelen, veroorzaakt door de grote vraag in met name Europa en de VS, maar later vooral ook China zelf en andere delen van Azie. In 2017 werd wereldwijd 60% van de zonnepanelen in China geproduceerd [4].

Ondanks de Europese importheffingen die in het leven werden geroepen voor Chinese panelen, was de opkomst van China als zonnepanelen-fabriek van de wereld niet te stoppen. De panelen zijn veel lager geprijsd, maar van vergelijkbare kwaliteit in vergelijking met Europese panelen.

Het laatste Europese merk voor zonnepanelen (het Duitse SolarWorld) is in 2019 failliet gegaan. Europese bedrijven kunnen op prijs niet concurreren met Chinese bedrijven. Daarnaast worden ook de meeste zonnepanelen uiteindelijk in China en Azië-Pacific geïnstalleerd. Ter vergelijking, voor het installeren van 1 zonnepaneel in Europa in 2018, werden er 1,5 in de VS en 5 in China geïnstalleerd [5]. Het transport van een zonnepaneel die vanuit een fabriek in Frankrijk per trein naar Nederland wordt vervoerd, stoot echter wel 4 keer minder CO2 uit (0.3 kg) dan het paneel dat per containerschip uit China komt (1.4 kg).

Voor een zonnepaneel uit China duurt het dus iets langer om de CO2 die tijdens het transport is uitgestoot, weer te besparen door zonne-energie te leveren. Het verschil tussen het vervoer vanuit Frankrijk of China naar Nederland maakt dus voor het milieu daadwerkelijk een verschil. Toch is het niet gek dat de meeste zonnepanelen in China worden geproduceerd, aangezien daar de vraag naar panelen ook het grootst is en bovendien hebben Chinese bedrijven enorm geinvesteerd in mega-fabrieken waar zonnepanelen bijna volautomatisch geproduceerd worden, iets waar Europa altijd in is achtergebleven.

De afgelopen jaren is de prijs van zonnepanelen enorm gedaald [6]. De reden hiervoor is dat naast de vraag naar panelen, ook het aanbod van panelen is toegenomen. De verbeterde kwaliteit en lagere prijs heeft het aantrekkelijker gemaakt voor mensen om zonnepanelen aan te schaffen. Dit is goed nieuws, want dit betekent dat zonnepanelen voor een particulier huishouden nu gemiddeld binnen 7 jaar zijn terugverdiend [7]. Waar fossiele brandstoffen duurder worden vanwege schaarste zodra ze langer gebruikt worden, is het met zonnepanelen andersom: hoe meer tijd verstrijkt, hoe beter de technologie wordt om elektriciteit op te wekken met zonne-energie en hoe goedkoper de productieprocessen.

Silicon Valley

Silicon (Engels voor silicium), doet je vast denken aan Silicon Valley. De regio is genoemd naar het silicium die nodig is om chips van te maken, de kleinste bouwstenen van de tech-bedrijven die in Silicon valley gevestigd zijn.

Thin film versus Silicium panelen

Tot +/- 2017 werden er ook nog veel giftige panelen verkocht in Nederland. Deze thin film (dunne film) panelen, zogenaamde CIGS en CIS panelen, bevatten zware metalen, zoals cadmium, indium, gallium en selenide. Deze panelen waren flink populair, vooral vanwege het uiterlijk (helemaal glad zwart). Na een forse prijsdaling van silicium panelen is de markt van dunne film panelen echter ingestort, en nu hoor je er in Europa eigenlijk niets meer over.

De International Energy Agency (IEA) heeft in 2017 het Report Renewables gepubliceerd. Het Internationaal Energie Agentschap is een internationale organisatie die onafhankelijk opereert en onderzoek doet naar de energievoorziening in 30 verschillende landen.

SunPower staat bekend als het beste zonnepanelen-merk ter wereld. Keer op keer breken ze records voor wat betreft rendementen en duurzame productiewijze. Zij zijn de enige fabrikant op de wereld die een Cradle-to-cradle productie-certificaat heeft voor het productieproces.

Solar Scorecard

De zonnepanelen die Groenpand installeert zijn grotendeels van de merken Trina Solar, SunPower, Jinko, en JA Solar. Deze merken hebben in 2018-2019 de beste score gekregen op basis van productie verantwoordelijkheid, CO2 uitstoot, en veiligheid van werknemers. Dit wordt jaarlijks bekend gemaakt door de Silicon Valley Toxics Coalition, door middel van de Solar Scorecard.

Hoe lang wekt een zonnepaneel energie op?

In theorie kan een zonnepaneel zoals hij nu wordt geproduceerd ten minste 25 jaar efficiënt energie opwekken [8], maar na 50 jaar doet een zonnepaneel het nog steeds, al zal het rendement dan wel meer zijn afgenomen. Wij zien in de praktijk dat mensen met zonnepanelen uit de jaren ’90 hun systeem graag willen vernieuwen. Over het algemeen wekt een zonnepaneel elk jaar iets minder energie op, en garandeert een fabrikant zoals Trina Solar dat na 25 jaar het zonnepaneel nog zeker 80% zou moeten kunnen opwekken. De zonnepanelen van SunPower zouden na 25 jaar zelfs nog 92% van hun originele vermogen kunnen waarmaken.

Levensduur zonnepanelen

In principe kan een paneel wel 50 jaar of meer energie opwekken, met een verminderd theoretisch rendement van +/- 0.6% per jaar afname. Er zijn zelfs nog panelen uit de jaren ‘60 die nog steeds voor 80% aan energie opwekken ten opzichte van het oorspronkelijke vermogen.

Wat gebeurt er met een zonnepaneel na +-25 jaar?

Als een zonnepaneel niet meer werkt of niet meer genoeg energie opwekt, kunnen er een aantal dingen gebeuren met het paneel. Het paneel kan gewoon weggegooid worden, maar dit is natuurlijk niet erg duurzaam. Er zitten nota bene giftige stoffen zoals silicium en cadmium in de panelen, die vrij kunnen komen als het als afval verbrand wordt. Een optie die een stuk milieuvriendelijker is, is het recyclen van zonnepanelen.

Volgens PV cycle, de grootste partij in het recyclen van zonnepanelen in Nederland, wordt 96% van de zonnepanelen gerecycled. Als we kijken naar een zonnepaneel zelf, dan kan ongeveer 85% van de materialen in een zonnepaneel gerecycled worden, zoals het glas, aluminium, koper en silicium [9]. Het glas en de metalen uit de panelen zijn gemakkelijk te recyclen voor andere doeleinden. De chemische stoffen zoals silicium kunnen door thermische en chemische scheiding weer gebruikt worden voor het maken van nieuwe panelen.

Stel dat een paneel het nog wel doet, maar deze toch wordt vervangen, dan is er ook nog de optie om het paneel te verkopen of weg te geven. Panelen al tientallen jaren oud zijn en daardoor niet zo veel energie opwekken als de huidige generatie zonnepanelen kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden op het dak van een schuurtje. Bij onze installateurs, met name de wat jongere generatie, zijn dit soort verouderde maar nog bruikbare panelen vaak erg populair :-)

Sinds 2014 is er een Europese richtlijn (AEEA: Afgedankte Elektrische en Elektronische Apparatuur) die zonnepanelen-fabrikanten verplicht om 85% van de gebruikte zonnepanelen in te nemen en te recyclen. Daarnaast zijn er verschillende stichtingen in Nederland die zonnepanelen inzamelen, zoals Stichting Zonne-Energie Recycling Nederland en PV cycle. In de toekomst zal het recycleproces van zonnepanelen efficiënter geregeld worden, aangezien er steeds meer zonnepanelen tegelijk kunnen worden gerecycled.

Dus, hoe duurzaam zijn zonnepanelen als we kijken naar de complete levensloop, van productie tot recycling?

De silicium zonnepanelen zijn duurzaam te produceren en te recyclen, als we kijken naar de grondstoffen waar de panelen van zijn gemaakt. De productie vindt hoofdzakelijk in China plaats, waar de technologie het meest ontwikkeld is en de productiekosten lager zijn. Chinese merken als Trina Solar en Jinko doen het niet alleen goed op het gebied van technologie, maar ook als het gaat om duurzaamheid, en deze panelen zijn dus zeker geen ‘chinese troep’. Als we kijken naar de levensloop en de milieuwinst die wordt behaald met zonnepanelen, kunnen we gerust stellen dat zonnepanelen zichzelf energetisch terugverdienen. De recycling van zonnepanelen staat nog in de kinderschoenen maar zal zich verder moeten ontwikkelen naarmate er meer zonnepanelen aan vervanging toe zijn.

Toekomst, uitdagingen, kansen

Zonnepanelen zijn nog lang niet uit-ontwikkeld. Als Nederland de doelen van het Parijs Akkoord van 2015 wil halen, moeten er nog ontzettend veel zonnepanelen geïnstalleerd worden, naast de andere hernieuwbare energie-opwekkers zoals windmolens. Nu de prijs van zonnepanelen de afgelopen jaren fors is gedaald, mensen meer vertrouwd raken met zonnepanelen en klimaatverandering een steeds urgenter en bekender probleem wordt, stappen meer en meer mensen over op schone zonne-energie.

De levensduur en opbrengst van zonnepanelen is de afgelopen jaren al enorm vooruit gegaan, dus dit belooft veel goeds voor de toekomst. Naast het technische aspect van zonnepanelen, zijn er ook nog uitdagingen in de recycling van zonnepanelen. Er liggen kansen om het recyclingproces verder te standaardiseren zodat zoveel mogelijk van de onderdelen kunnen worden hergebruikt. Tot slot is er op het gebied van duurzaamheid rond het productie- en transportproces nog winst te behalen.

Wil je ook weten hoe duurzaam een warmtepomp is? Lees het hier.

[1] Verenigde Naties: het Brundtland rapport ‘Our Common Future’ uit 1987.
[2] John Elkington, Cannibals with Forks: The Triple Bottom Line of 21st Century Business. Capstone.
[3] Vasilis Fthenakis, How Long Does it Take for Photovoltaics To Produce the Energy Used? The Magazine for Professional Engineers.
[4] IEA. Renewables 2017. Analyses and forecasts to 2022.
[5] IRENA Statistics (International Renewable Energy Agency).
[6] IRENA: The Power to Change: Solar and Wind Cost Reduction Potential to 2025.
[7] TNO: rapport ‘Effect afbouw salderingsregeling op de terugverdientijd van investeringen in zonnepanelen’.
[8] EnergySage: How long do solar panels last?
[9] IRENA: End-of-life management Solar Photovoltaic Panels.