Recycling and Revaluation of End-of-life Photovoltaic Panels

Abstract

The rapid expansion of photovoltaic (PV) technology worldwide has significantly contributed to the transition toward renewable and sustainable energy systems. However, the increasing deployment of photovoltaic installations has also generated a growing concern regarding the management of end-of-life PV modules and photovoltaic waste. Photovoltaic panels contain valuable materials such as glass, aluminum, silicon, copper, and silver, which can be recovered through appropriate recycling processes. At the same time, improper disposal of damaged or obsolete PV modules may result in environmental pollution, resource depletion, and increased landfill accumulation. Consequently, the development of sustainable photovoltaic recycling systems has become an important environmental, economic, and technological challenge. This dissertation investigates photovoltaic panel recycling technologies and analyzes their technical, economic, and environmental aspects, with a particular focus on the photovoltaic center of Oued Kebrit in Souk Ahras, Algeria. The study first examines the global development of solar photovoltaic energy, the structure and composition of photovoltaic modules, and the environmental challenges associated with photovoltaic waste generation. It also reviews international regulations and policies related to photovoltaic recycling and circular economy strategies. The research then provides a detailed analysis of the main photovoltaic recycling technologies, including mechanical, thermal, chemical, and emerging recycling methods. Mechanical recycling processes were found to be effective for bulk material separation, while thermal treatment improves module delamination and material liberation. Chemical recycling techniques offer the highest recovery efficiencies for valuable materials such as silver and silicon but involve higher operational complexity and environmental considerations. In addition, advanced technologies such as laser separation, electrochemical recovery, and AI-assisted sorting systems were examined as promising future solutions for improving recycling efficiency and sustainability. A case study of the Oued Kebrit photovoltaic center was conducted to evaluate the feasibility of photovoltaic waste management under local conditions. The study revealed that the center generates a relatively small amount of photovoltaic waste, estimated at approximately 30–40 damaged panels per year, corresponding to around 700 kg of waste annually. Based on techno-economic analysis, the implementation of a complete local recycling plant was found to be economically unfeasible due to the high investment and operational costs compared to the limited quantity of recoverable materials. As a result, the study proposes a decentralized waste management strategy based on manual dismantling, temporary storage, and transportation of damaged modules to centralized regional or national recycling facilities. This approach reduces investment requirements while ensuring environmentally responsible waste management. The environmental assessment also demonstrated that photovoltaic recycling contributes positively to resource conservation, landfill reduction, and greenhouse gas emission mitigation. In conclusion, this dissertation highlights the importance of developing sustainable photovoltaic waste management strategies adapted to local operational conditions. While large-scale industrial recycling plants may not be appropriate for small photovoltaic centers such as Oued Kebrit, regionalized and integrated recycling systems represent a realistic and sustainable solution for Algeria’s future photovoltaic waste management needs. ------------------------------------------------------------------ شهدت تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية (Photovoltaic) تطورًا سريعًا خلال السنوات الأخيرة، مما جعلها من أهم مصادر الطاقة المتجددة في العالم. وقد ساهم الانتشار الواسع للأنظمة الكهروضوئية في دعم التحول نحو الطاقات النظيفة وتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة. غير أن هذا التطور أدى في المقابل إلى ظهور تحديات جديدة مرتبطة بإدارة الألواح الشمسية في نهاية عمرها الافتراضي، خاصة مع تزايد كمية النفايات الكهروضوئية الناتجة عن الألواح التالفة أو المستهلكة. تحتوي الألواح الكهروضوئية على مواد ذات قيمة اقتصادية مثل الزجاج، الألمنيوم، السيليكون، النحاس، والفضة، والتي يمكن استرجاعها وإعادة استخدامها من خلال عمليات إعادة التدوير. وفي المقابل، فإن التخلص العشوائي من هذه الألواح قد يؤدي إلى آثار بيئية سلبية تتمثل في تلوث البيئة، استنزاف الموارد الطبيعية، وزيادة حجم النفايات الصناعية. تهدف هذه الدراسة إلى تحليل تقنيات إعادة تدوير الألواح الكهروضوئية من الجوانب التقنية والاقتصادية والبيئية، مع التركيز على حالة المركز الكهروضوئي بوادي الكبريت بولاية سوق أهراس في الجزائر. وقد تناولت الدراسة التطور العالمي للطاقة الشمسية، مكونات الألواح الكهروضوئية، والتحديات البيئية المرتبطة بالنفايات الكهروضوئية، بالإضافة إلى استعراض أهم القوانين والسياسات الدولية المتعلقة بإعادة التدوير والاقتصاد الدائري. كما تم تحليل أهم تقنيات إعادة تدوير الألواح الشمسية، بما في ذلك الطرق الميكانيكية، الحرارية، الكيميائية، والتقنيات الحديثة الناشئة. وأظهرت النتائج أن الطرق الميكانيكية فعالة في فصل المواد الأساسية، بينما تساعد المعالجة الحرارية على إزالة الطبقات العازلة وتحسين عملية الفصل. أما المعالجة الكيميائية فتسمح باسترجاع المواد ذات القيمة العالية مثل الفضة والسيليكون، لكنها تتطلب تكاليف تشغيل مرتفعة واحتياطات بيئية خاصة.

اعتمدت الدراسة كذلك على دراسة حالة للمركز الكهروضوئي بوادي الكبريت، حيث تبين أن عدد الألواح التالفة سنويًا يقدر بحوالي 30 إلى 40 لوحًا فقط، أي ما يعادل حوالي 700 كغ من النفايات الكهروضوئية سنويًا. وبناءً على التحليل التقني والاقتصادي، تبيّن أن إنشاء مصنع محلي متكامل لإعادة التدوير غير مجدٍ اقتصاديًا بسبب ارتفاع تكاليف الاستثمار مقارنة بكمية النفايات المحدودة. وبناءً على ذلك، اقترحت الدراسة اعتماد استراتيجية تعتمد على التفكيك اليدوي والتخزين المؤقت ونقل الألواح التالفة إلى مراكز إقليمية أو وطنية متخصصة في إعادة التدوير. وتساهم هذه المقاربة في تقليل التكاليف وضمان إدارة مستدامة وصديقة للبيئة للنفايات الكهروضوئية. وفي الختام، تؤكد هذه الدراسة أن إعادة تدوير الألواح الكهروضوئية تمثل عنصرًا أساسيًا لضمان استدامة الطاقة الشمسية على المدى الطويل، كما تبرز أهمية تطوير سياسات وطنية وبنية تحتية متخصصة لإدارة النفايات الكهروضوئية في الجزائر. -------------------------------------------------------------------- Le développement rapide de la technologie photovoltaïque (PV) à l’échelle mondiale a fortement contribué à la transition vers des systèmes énergétiques renouvelables et durables. Cependant, l’augmentation du nombre d’installations photovoltaïques entraîne également une croissance importante des déchets issus des panneaux photovoltaïques en fin de vie. Ces panneaux contiennent des matériaux valorisables tels que le verre, l’aluminium, le silicium, le cuivre et l’argent, qui peuvent être récupérés grâce à des procédés de recyclage appropriés. À l’inverse, une mauvaise gestion de ces déchets peut provoquer des impacts environnementaux négatifs, notamment la pollution, l’épuisement des ressources naturelles et l’augmentation des déchets mis en décharge. Ce mémoire étudie les technologies de recyclage des panneaux photovoltaïques ainsi que leurs aspects techniques, économiques et environnementaux, avec une attention particulière portée au centre photovoltaïque d’Oued Kebrit situé dans la wilaya de Souk Ahras en Algérie. L’étude présente d’abord le développement mondial de l’énergie solaire photovoltaïque, la structure et la composition des modules photovoltaïques ainsi que les défis environnementaux liés aux déchets photovoltaïques. Elle analyse également les réglementations internationales et les stratégies d’économie circulaire appliquées au recyclage des panneaux solaires. Le travail examine ensuite les principales technologies de recyclage photovoltaïque, notamment les procédés mécaniques, thermiques, chimiques et les technologies émergentes. Les procédés mécaniques permettent principalement la séparation des matériaux en vrac, tandis que les traitements thermiques facilitent le délaminage des modules et la séparation des composants internes. Les procédés chimiques offrent les meilleurs taux de récupération pour les matériaux à forte valeur ajoutée, comme l’argent et le silicium, mais nécessitent des coûts et des précautions environnementales plus importants. De plus, des technologies avancées telles que la séparation laser, la récupération électrochimique et le tri assisté par intelligence artificielle ont été étudiées comme solutions prometteuses pour améliorer l’efficacité et la durabilité du recyclage photovoltaïque. Une étude de cas du centre photovoltaïque d’Oued Kebrit a été réalisée afin d’évaluer la faisabilité de la gestion des déchets photovoltaïques dans le contexte local. Les résultats montrent que le centre génère une quantité relativement faible de déchets, estimée à environ 30 à 40 panneaux endommagés par an, soit près de 700 kg de déchets photovoltaïques annuellement. L’analyse technico-économique a démontré que la création d’une usine locale complète de recyclage n’est pas économiquement rentable en raison des coûts élevés d’investissement et d’exploitation comparés à la faible quantité de déchets produits.

Par conséquent, cette étude propose une stratégie de gestion décentralisée basée sur le démontage manuel, le stockage temporaire et le transfert des panneaux endommagés vers des centres régionaux ou nationaux spécialisés dans le recyclage. Cette approche permet de réduire les coûts tout en assurant une gestion durable et respectueuse de l’environnement. L’évaluation environnementale a également montré que le recyclage photovoltaïque contribue à la conservation des ressources naturelles, à la réduction des déchets en décharge et à la diminution des émissions de gaz à effet de serre. En conclusion, ce mémoire souligne l’importance de développer des stratégies durables de gestion des déchets photovoltaïques adaptées aux conditions locales. Bien que les grandes installations industrielles de recyclage ne soient pas adaptées aux petits centres photovoltaïques comme celui d’Oued Kebrit, des systèmes régionaux intégrés de collecte et de recyclage représentent une solution réaliste et durable pour l’Algérie.