Model to assess the circularity of PV panels
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Modell för att bedöma cirkulariteten hos pv-paneler (Swedish)
Abstract [en]
The transition from a linear to a circular economy (CE) is a key concern for industry, research institutions and stakeholders, representing a sustainable solution to the growth in waste generated by industrial processes. The effective management of waste produced by photovoltaic (PV) modules throughout their operational lifespan is vital to facilitate the conversion of photovoltaic energy in a more sustainable manner. The photovoltaic (PV) industry, critical to the transition to renewable energy, faces significant challenges related to end-of-life management of solar panels. This thesis investigates the application of the principles of the circular economy to the photovoltaic sector, with the aim of optimizing the use of resources and minimizing the environmental impact. By developing and evaluating a mathematical method to assess the circularity of photovoltaic panels throughout their entire life cycle, this research addresses key aspects such as recycling, reuse, energy use and CO₂ emissions. The proposed framework provides a comprehensive tool for stakeholders and PV panels suppliers to measure and improve the circularity of PV modules, promoting sustainable practices within the solar energy industry. This work contributes to the broader goal of achieving sustainable resource management by providing a solid foundation for the implementation of circular economy strategies in the renewable energy sector. The methodology employed in this thesis begins with an identification of the necessity for precise frameworks to measure circular economy aspects in PV module suppliers. A flexible framework was developed, with a particular focus on energy, recycling, reuse, and CO₂ emissions. The methodology comprises the creation of indicators for each aspect, derived from both scientific and industrial sources, and their subsequent application to a case study of a PV power plant in Spain. The indicators are constituted of sub-factors, and the scores are averaged in order to assess the circularity of each aspect. The findings of the case study demonstrated the efficacy of the assessment method. A comparative analysis of Canadian solar energy utilization, employing two distinct scenarios, the first scenario resulted in a score of 33.74% while the second scenario revealed a notable enhancement in the circularity performance of the latter. This is exemplified by the incorporation of a second-hand market strategy enhancing the circular performance of the PV panels in a 15,63%. For future work, enhancing the software tool to include pre-determined pathways could be highly beneficial. If the tool were to provide tailored guidelines for further improvement based on the company’s score, it could offer actionable recommendations for advancing circularity. These pathways would enable companies to receive specific, step-by-step guidance on how to enhance their practices, ultimately fostering more effective and strategic improvements in their circularity efforts.
Abstract [sv]
Övergången från en linjär till en cirkulär ekonomi (CE) är en nyckelfråga för industrin, forskningsinstitutioner och intressenter, och representerar en hållbar lösning på ökningen av avfall som genereras av industriella processer. Effektiv hantering av avfall som produceras av solcellsmoduler (PV) under hela deras operativa livslängd är avgörande för att underlätta omvandlingen av solcellsenergi på ett mer hållbart sätt. Solcellsindustrin (PV), som är avgörande för övergången till förnybar energi, står inför betydande utmaningar relaterade till uttjänta hantering av solpaneler. Denna avhandling undersöker tillämpningen av principerna för den cirkulära ekonomin på solcellssektorn, i syfte att optimera resursanvändningen och minimera miljöpåverkan. Genom att utveckla och utvärdera en matematisk metod för att bedöma solcellspanelernas cirkularitet under hela deras livscykel tar denna forskning upp nyckelaspekter som återvinning, återanvändning, energianvändning och CO₂-utsläpp. Det föreslagna ramverket tillhandahåller ett omfattande verktyg för intressenter och leverantörer av PV-paneler för att mäta och förbättra cirkulariteten hos PV-moduler, vilket främjar hållbara metoder inom solenergiindustrin. Detta arbete bidrar till det bredare målet att uppnå hållbar resurshushållning genom att ge en solid grund för implementering av strategier för cirkulär ekonomi inom sektorn för förnybar energi. Metodiken som används i denna avhandling börjar med en identifiering av nödvändigheten av exakta ramverk för att mäta cirkulär ekonomisaspekter hos leverantörer av solcellsmoduler. Ett flexibelt ramverk utvecklades, med särskilt fokus på energi, återvinning, återanvändning och CO₂-utsläpp. Metodiken omfattar skapandet av indikatorer för varje aspekt, härledda från både vetenskapliga och industriella källor, och deras efterföljande tillämpning på en fallstudie av ett solcellskraftverk i Spanien. Indikatorerna är uppbyggda av delfaktorer och medelvärdena beräknas för att bedöma cirkulariteten i varje aspekt. Resultaten av fallstudien visade på effektiviteten av bedömningsmetoden. En jämförande analys av kanadensisk solenergianvändning, med två distinkta scenarier, det första scenariot resulterade i en poäng på 33.74 % medan det andra scenariot avslöjade en anmärkningsvärd förbättring av cirkulariteten hos det senare. Detta exemplifieras av införandet av en strategi för andrahandsmarknaden som förbättrar solcellspanelernas cirkulära prestanda med 15.63 %. För framtida arbete kan det vara mycket fördelaktigt att förbättra mjukvaruverktyget så att det inkluderar förutbestämda vägar. Om verktyget skulle ge skräddarsydda riktlinjer för ytterligare förbättringar baserat på företagets poäng, skulle det kunna erbjuda praktiska rekommendationer för att främja cirkulariteten. Dessa vägar skulle göra det möjligt för företag att få specifik, steg-för-stegvägledning om hur de kan förbättra sin praxis, vilket i slutändan främjar mer effektiva och strategiska förbättringar i deras cirkulära ansträngningar.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 49
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024:512
Keywords [en]
Circularity; Indicators; Reuse; Second-hand Market; Scores
Keywords [sv]
Cirkuläritet; Indikatorer; Återanvändning; Andrahandsmarknad; Poäng
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-354826OAI: oai:DiVA.org:kth-354826DiVA, id: diva2:1905442
Subject / course
Thermal Engineering
Educational program
Degree of Master
Presentation
2024-08-22, 00:00
Supervisors
Examiners
2024-10-142024-10-142024-10-14Bibliographically approved