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M. Masoumian:
"End-of-Life Management of Photovoltaics";
Supervisor, Reviewer: P. Kopacek, M.N. Durakbasa; E325, 2014; oral examination: 2014-05-26.

In recent years a widespread interest has been devoted to renewable energy sources, in particular solar energies. The photovoltaic (PV) industry is going to enter an important decade, which deals with efficient and low-cost PV cells based on environmental friendly production processes and materials.

An important issue within the industry of PV cells is the decommissioning of PV cells at the end of their useful life. End-of-Life management is describing the systems and processes that take place at the end of the life cycle of a product. This dissertation focuses on the End-of-Life management of PV cells. Due to various economic and ecologic reasons PV cells at the end of their life cannot be seen as a useless amount of waste that has to be disposed. Instead, they present interesting resources of materials that may be able to be further used in various ways. Furthermore, PV cells contain hazardous materials that have to be collected and treated in a special way in order to minimize the negative effects on the environment and human beings.

The structure of the dissertation includes an introduction to PV cells in general, and then the dissertation purposes with its scope and delimitations are described. In the next chapters the theoretical part is provided; which is divided into two main parts: the first part is on the PV cells industry and the second part is on EoL in general. Thereafter, the methodology is described with the data collection that was performed on different types of PV cells and a deep research on the currently existing EoL methods. In chapter twelve a new weighting model for PV cells is developed. Finally the results of the research are presented and discussed, followed by a conclusion and suggested further improvement points.

In this dissertation, possible strategies in the field of End-of-Life management are described based on the 4-R model. The 4-R model describes the different EoL strategies, which are: reduce, reuse, recycle and recover.

Considering the points mentioned above; this dissertation proposes a model to answer the question, what kind of PV cells is optimal from the EoL point of view. For this purpose, several criteria are defined; these criteria are weighted according to their level of importance and finally each of the evaluated PV cells are reviewed due to the single criteria and respectively provided with a specific amount of points according to a predetermined schema. The total amount of points of all criteria of a PV cell indicates the optimal strategy at the End-of-Life and respectively the optimal PV cells to be produced, seen from a view regarding the minimization of ecological impacts as well as a cost-efficient handling of the available resources. Additionally, some case studies have been presented, which aim at considering the PV cells from different points of view.

The presented model has a general scope, as it is not restricted to a specific group of PV cells or to a specific company or to any specific situation in a specific country. Furthermore, the model is constructed to be simple, user-friendly and easy to understand and use. The model does not have too many variables, but covers the most important influence factors. Due to the criteria-based design, the model is adaptable and flexible, so that everybody can introduce his own parameter values, based on his specific situation. Furthermore, the model uses mathematic methods rather than verbal descriptions and is accurate. That ensures that the model can provide exact information rather than unclear and vague texts.

As a result of the dissertation, some potential elements of improvements are provided, which are as follows: One of the areas of potential research is the material improvement, which has an effect on the design and construction of the PV cells. Another potential field of research is the improvement of the low-cost disassembly processes for PV cells. The third potential point is related to the market share. In order to decide on the optimal EoL management strategy, a comprehensive knowledge on the market situation of the PV cells itself and also on the market situation of the raw/rare materials should be considered. Finally the last potential point is the development of standard recycling processes, which would be fulfilled through specific companies or utilities. 

In den letzten Jahren hat sich das Interesse an alternativen Energiequellen, insbesondere Solarenergie, massiv erhöht. Die Photovoltaikindustrie befindet sich in einer wichtigen und interessanten Phase, wobei effiziente und günstige PV-Zellen, die mithilfe umweltfreundlicher Prozesse und Materialien hergestellt werden sollen, eine bedeutende Rolle spielen.

Ein herausragendes Thema in diesem Zusammenhang ist die Verwertung bzw. Nutzung von PV-Zellen am Ende ihres Lebenszyklus, dem sogenannten "End-of-Life Management". Diese Dissertation befasst sich mit dem End-of-Life Management von PV-Zellen. End-of-Life Management beschreibt die Systeme und Prozesse, die am Ende des Lebenszyklus eines Produkts stattfinden. Aufgrund ökologischer und ökonomischer Überlegungen können PV-Zellen am Ende ihres Lebenszyklus nicht als nutzloser Abfall, der konventionell entsorgt werden kann, angesehen werden. Stattdessen stellen sie eine interessante Quelle an Materialien dar, die auf verschiedene Arten wiederverwendet werden können. Zusätzlich beinhalten PV-Zellen gefährliche Materialien, die gesammelt und einer speziellen Weiterverarbeitung zugeführt werden müssen, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und auf Menschen zu minimieren.

Diese Dissertation beinhaltet eine allgemeine Einführung in PV-Zellen und anschließend werden die Zielsetzung der Arbeit mit ihrem Umfang und ihren Grenzen beschrieben. In den nächsten Kapiteln wird der in zwei Hauptteile unterteilte theoretische Teil präsentiert: der erste Teil betrifft die PV-Zellenindustrie und der zweite Teil das EoL Mangement im Allgemeinen. Danach ist die Methodologie beschrieben mit der für verschiedene PV-Zellenarten durchgeführten Datenbeschaffung und einer vertiefenden Untersuchung der aktuell existierenden EoL-Methoden. Im Kapitel 12 wird ein neues Gewichtungsmodell für PV Zellen entwickelt. Schlussendlich werden die Resultate der Untersuchung präsentiert und diskutiert, gefolgt von einer Schlussfolgerung und einem Vorschlag für weitere Verbesserungsbereiche.

In dieser Dissertation werden mögliche Strategien im Rahmen des End-of-Life Managements, basierend auf dem 4-R Modell beschrieben. Dieses Modell beinhaltet vier grundsätzliche Strategien des EoL Managements, nämlich Reduzieren (Reduce), Wiederverwenden (Reuse), Recyclen (Recycle) und Energiewiederverwendung (Recover).

Unter Berücksichtigung dieser Punkte hat diese Dissertation das Ziel, die Frage zu beantworten, welcher PV-Zellentyp von einem EoL-Standpunkt aus optimal ist. Zu diesem Zweck werden mehrere Kriterien definiert, diese anschließend nach ihrer Wichtigkeit gewichtet und danach werden die evaluierten PV-Zellen anhand der einzelnen Kriterien analysiert und mit einer entsprechenden Anzahl an Punkten versehen. Die Gesamtsumme aller Kriterien eines PV-Zellentyps liefert einen Indikator für eine optimale Strategie während des EoL Managements und weiters einen Indikator für den optimalen PV-Zellentyp in Hinblick auf geringe Auswirkungen auf die Umwelt und kosteneffizienten Umgang mit den vorhandenen Ressourcen.

Das vorgeschlagene Modell hat einen generellen Fokus, es ist also nicht auf eine bestimmte Gruppe PV-Zellen oder eine spezifische Firma oder eine spezifische Situation in einem spezifischen Land beschränkt. Weiters ist das Modell einfach, nutzerfreundliche und einfach zu verstehen und zu verwenden. Das Model hat nicht zu viele Variablen, sondern deckt die wichtigsten Einflussfaktoren ab. Aufgrund des auf Kriterien basierenden Aufbaus des Modells ist es anpassbar und flexibel, sodass jeder seine eigenen Parameterwerte, basierend auf seiner spezifischen Situation, einfügen kann. Weiters nutzt das Modell mathematische Methoden und keine verbalen Beschreibungen und ist akkurat. Dadurch ist sichergestellt, dass das Modell exakte Informationen und keine unklaren und vagen Texte bereitstellen kann.

Ein Resultat dieser Dissertation ist die Bereitstellung von einigen Verbesserungsvorschlägen, nämlich die folgenden: Ein Bereich potentieller Weiterentwicklung ist die Materialverbesserung, die einen Effekt auf das Design und die Konstruktion von PV-Zellen hat. Ein anderes potentielles Forschungsfeld ist die Verbesserung der Demontageprozesse für PV-Zellen. Der dritte potentielle Forschungsschwerpunkt ist mit dem Marktanteil verbunden. Um die optimale EoL Managementstrategie auswählen zu können, ist ein umfassendes Wissen über die Marktsituation der PV-Zellen und die Marksituation der Rohmaterialien wichtig. Der letzte potentielle Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von standardisierten Recyclingprozessen, die durch spezielle Unternehmen oder Hilfsmittel durchgeführt werden.

Environment, New Energies, End of life Management

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_233102.pdf