Против лома: гелиомусор

Против лома: гелиомусор

    Завод first solar: отделяем зерна от плевел
    Поточный классификатор разрешает отделить стекло от жидкости, содержащей растворенный в перекиси водорода и слабой кислоте полезный полупроводниковый материал. Поворачивающийся винт поднимает жёсткие осколки по наклонной поверхности, тогда как раствор стекает вниз
    Содержание материалов в фотоэлектрических модулях с разными разработками

В случае если в 2008 году генерирующими компаниями Европы было списано 3807 т кремниевых модулей в сборе, то в 2009-м — уже 5146, в 2010-м — 7774, в 2011-м — 7591, а в текущем количество лома составит не меньше 9365 т, неспециализированной мощностью 125 МВт. В третьем десятилетии каждый год будут потребовать замены 36−40 млн кг модулей (470−550 МВт), а во время с 2030 по 2040 год — 133 -170 млн кг модулей на базе кремния, теллурида кадмия и диселенида меди-индия-галлия.

Существующие фабрики по переработке электронных отходов принимают подобное сырье без энтузиазма. Кому охота копаться с кристаллическим кремнием, пускай кроме того сверхчистым (99,9999%), в то время, когда земная кора практически на треть складывается из потенциального сырья? К тому же кремния в"солнечном" ломе — всего 3,5%, а другое — это простое стекло (75%), алюминиевая рама (10,3%) и полимерная защитная пленка (10,1%).

Но все же копаться нужно: кроме того не обращая внимания на то, что кремний экологически нейтрален, в модулях находятся свинец и не огнестойкие добавки, и выбрасывать их на свалку не разрещаеться. А хранить до лучших времен — дорого.

Первые испытания по рециклингу кремниевых элементов, каковые проводились германским «солнечным» гигантом SolarWorld на заводе во Фрайберге в 2002—2008 годах, были направлены не на переработку исходных пакетов в сырье, а на их функциональное восстановление. В 1980-х и 1990-х моно- и поликристаллические кремниевые пластины имели толщину более чем 200 мкм.

По окончании отделения рамы, защитной плёнки и стекла из этилен-ацетата их возможно было подготовить к восстановлению методом химического травления внешних поверхностей. Затем пластины поступали на конвейер, где для повышения рабочей площади их подвергали микротекстурированию, насыщали бором и фосфором, ликвидировали паразитные p-n-переходы, наносили антиотражающее покрытие из диоксида титана и контакты, а после этого собирали на их базе новые модули.

Инженерам SolarWorld удалось вручную возвратить в строй 97% отработанных «толстых» элементов, каковые теряли в итоге не более 1−2% КПД, а время от времени и превосходили оригиналы. Так, раритеты 1983 года на поликристалле с номинальной эффективностью и серебряной подложкой 8% по окончании «заводского тюнинга» выдавали уже 14%! Наряду с этим срок их окупаемости понижался с 3,5 до полутора лет, а затраты энергии на производство нового модуля — на 90%.

Сейчас ручные операции на перерабатывающем заводе во Фрайберге мощностью 20 000 т лома в год сведены к минимуму. Процесс начинается с загрузки целых и поврежденных модулей в печь с температурой 600 °C для отжига клеевых защитной плёнки и слоёв. Потом модуль разбирается на составные части — алюминиевая рама и стеклянный экран складируются и отправляются на пункты приема, а фотоэлектрическая пластина продолжает путь по конвейеру.

Аппаратура для энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа шепетильно «прощупывает» пластину, выявляя скрытые недостатки. Целые экземпляры (их часть образовывает 60%) восстанавливают по ранееупомянутой схеме, а сломанные загружают в мельницу и дробят для переплавки и очистки в новые поликристаллические слитки либо для выращивания монокристаллов высокой чистоты по способу Чохральского. Данный способ, что пребывает в вытягивании узкой нити вещества с поверхности расплава, обширно употребляется для производства монокристаллического кремния с 1950-х.

Всего инженерам SolarWorld удается возвратить в производственный цикл 94% стекла, 73% полимеров и 100% кремния (в виде тепловой энергии сгорания), алюминия и меди.

Тонкопленочный сверхдефицит

Да, простые кремниевые солнечные батареи не через чур желанная добыча для фабрик по переработке электронного лома, каковые с тонны бракованных SIM-карт смогут собрать до 300 г чистого золота. А вот экзотические тонкопленочные фотоэлектрические панели, которые содержат сверхдефицитные теллур и галлий, идут на ура. С нынешнего года к ним добавится индий: корпорация Umicore, всемирный фаворит в переработке высокотехнологичных отходов, совместно с английской компанией C-Tech начнет извлекать его из бракованных и поврежденных пленочных модулей на базе диселенида меди-индия-галлия.

Тонкопленочные панели, они же TFPV, в первый раз показавшиеся в виде полос на карманных калькуляторах, используются в самых технологически непростых обстановках, в то время, когда нужна солнечная энергия. Благодаря массе и малой толщине они смогут интегрироваться в архитектурные конструкции, устанавливаться на летательные аппараты и автомобили.

Теллур из адского бульона

Во второй половине девяностых годов компания First Solar, пионер разработки тонкопленочных CdTe-элементов, приступила к созданию уникальной бизнес-модели, предусматривающей замкнутый цикл оборота базисных материалов — кадмия, меди и теллура. И не от хорошей судьбы. С 2002 года цена сверхчистого теллура (99,999%) выросла в 15 раз. Производство пленки с толщиной полупроводникового слоя 3 мкм суммарной мощностью 1 ГВт требует 66 т теллура.

По оценкам Геологической работы США, объем рынка теллура колеблется в пределах 200−300 т в год.

В случае если учесть, что в 2012 году First Solar обещает «отгрузить» клиентам 2,8 ГВт мощностей и повышать продажи на 15−25% каждый год, то теоретически американцам для обеспечения сырьем сборочных линий нужно будет скупать целый металл на рынке, поскольку расширить выпуск теллура нереально: данный материал есть попутным продуктом свинца и производства меди. К счастью для First Solar, более 60% мирового количества теллура дают предприятия, занимающиеся переработкой высокотехнологичных отходов.

Разработка рециклинга пленок на базе теллурида кадмия по большому счету не предусматривает функционального восстановления полупроводникового слоя. Разобранные модули загружают в мельницу и превращают в крошку «калибра» 4−5 мм. Во вращающемся барабане из нержавеющей стали в течение четырех-шести часов клеевой слой и слой CdTe растворяются в смеси не сильный перекиси и кислот водорода.

плёнка и Стекло-база удаляются из этого адского бульона в поточном классификаторе, а железо и медь — в расположенных последовательно реакторах с хелатообразующими и катионообменными смолами. На финише процесса происходит реактивно-электролитическое осаждение теллура и кадмия. Разработка SolarPower разрешает вернуть в производство более 80% теллура, 90% плёнки и 95% стекла.

Муниципальные шахты

Однако возможность распространения в гелиоэнергетике пленок с применением CdTe-разработок выглядит достаточно туманно. Специалист компании Technology Metal Research Джек Лифтон говорит, что исторический пик производства теллура уже пройден, и чтобы тонкопленочные элементы вышли из разряда нишевых продуктов, ученым нужно отыскать теллуру хорошую замену.

В равной мере эта оценка относится и к СIS/CIGS-пленкам (диселенид меди-индия и диселенид меди—индия-галлия), каковые в маленьких количествах выпускаются дюжиной небольших компаний. Извлекаемых запасов индия в природе уже на данный момент меньше, чем в промышленном обороте, а через четверть века добывать его возможно будет лишь в «городских шахтах».

Галлий, годовое предложение которого образовывает около 200 т, есть попутным продуктом алюминиевого и цинкового производства, и его наличие будет определяться спросом на эти базисные металлы. Селен же хоть и не относится к"вымирающим" материалам, но быстро дорожает — в прошедшем апреле его цена взлетела до $133 за килограмм.

Ни пилотных установок, ни кроме того отработанных разработок рециклинга для экзотических тонкопленочных СIS/CIGS-модулей, монокристаллических пленок на базе арсенида галлия, многопереходных различных типов и гибридных модулей органических пигментов на сегодня не существует. А об инновационных материалах гелиоэнергетики (и возможно весьма токсичных!)-теллуриде марганца-цинка, фосфиде индия-галлия и нитриде галлия-индия — по большому счету известно до тех пор пока мало.

Не выбрасывай мобильный

По оценке аналитика компании Milliman Томаса Гуидона, к 2035 году потоки отходов всемирный гелиоэнергетики перейдут психотерапевтический уровень в 1 миллион тысячь киллограм, а количество рынка вторичного кремния «солнечного» качества составит не меньше $12 млрд. Но максимально действенный рециклинг ушедших «на пенсию» модулей — это не только технологическая неприятность. не меньше серьёзной задачей есть создание прозрачного и универсального механизма по сортировке и сбору лома.

Это не верно легко, как думается. К примеру, просвещенное человечество безнадежно проигрывает экологическую войну бытовым и промышленным электронным отходам. Кроме того в «дисциплинированной» Германии с ее отработанной совокупностью сортировки бытовых отходов и национальной привычкой к поддержанию клинической чистоты в переработку попадает менее 25% электронного лома. В наводненной гаджетами Японии эта цифра и того ниже — 10%.

В Штатах, согласно данным национальной Геологической работы США, каждый год «исчезает» без вести (просматривай — выбрасывается на свалки) около 200 млн мобильников, 500 млн SIM-карт, более чем 5 млн персональных компьютеров и ноутбуков.

Обстановка на предприятиях по выпуску электроники, в особенности в государствах Юго-Восточной Азии, выглядит не лучше. Их сточные воды являются настоящий Клондайк и по содержанию фосфора, бериллия, гафния, фтора, кобальта, галлия, германия, индия, ниобия, вольфрама и тантала в тысячи и сотни раз превосходят природные руды.

Благие начинания поборников экологии у потребителей приводят к закономерному беспокойству. Потенциальные клиенты домашних солнечных установок и большие генерирующие компании не желают отдавать дополнительные 24 евроцента за ватт установленной мощности (как раз столько стоит утилизация лома), оплачивая сейчас услугу, которая будет оказана лишь через 35 лет. И не факт, что, даже в том случае, если «размазывать» эти 24 евроцента по квитанциям за электричество в течение 35 лет, компания-производитель в то время еще останется на рынке.

С данной точки зрения опыт First Solar может оказаться очень увлекательным. Компания в далеком прошлом трудится со собственными клиентами по схеме, при которой в цена инсталляции совокупностей отдельным пунктом включается цена будущего демонтажа, рециклинга и перевозки. Но эти деньги не растворяются в денежных потоках компании, а вкладываются в сверхнадежные денежные инструменты.

Так, конечный потребитель возможно уверен, что, даже в том случае, если First Solar провалится сквозь землю с рынка, «рециклинговые» деньги некуда не убегут.

Прием стеклотары

По инициативе Федерального министерства экологии Германии и наибольшей в мире компании-производителя кремниевых модулей Deutsche Solar AG в июле 2007 года была создана некоммерческая организация PV Cycle, целью которой стало формирование европейской совокупности по мониторингу, переработке и сбору отходов гелиоэнергетики. Первым успешным опытом деятельности PV Cycle стал проект по рециклингу и полной утилизации 2000 кремниевых модулей площадью 992 м? бельгийской муниципальной совокупности тёплого водоснабжения, выстроенной в первой половине 80-ых годов XX века в Шеветоне.

В 2010 году PV Cycle создала собственные представительства во всех 27 государствах Европейского союза, и Исландии, Лихтенштейне, Швейцарии и Норвегии и всего за шесть месяцев открыла 75 оснащенных всей нужной техникой пунктов по бесплатной приемке любых фотоэлектрических отходов. На данный момент необязательными участниками организации являются более 200 производителей, включая фаворитов рынка — Deutsche Solar AG, завод американской компании First Solar во Франкфурте-на-Одере, Suntech, REC, AUO и Hanwha SolarOne.

Членство в PV Cycle не предусматривает доступа к интеллектуальной собственности соперников, но обмен ответами по оптимальному (сточки зрения последующей рециклинга и разборки) дизайну модулей уже приносит собственные плоды. Что-то подобное пробуют создать и в Соединенных Штатах по инициативе калифорнийской ассоциации по контролю над токсичными отходами SVTC.

Физика процесса

    Устройство кремниевой фотоэлектрической панели

Фотоны, попадающие на панель, поглощаются полупроводящим материалом — кремнием. Их энергия заставляет электроны покинуть собственные атомы. Дабы компенсировать отрицательный заряд, электроны приходят в перемещение, а полупроводниковая структура кремния заставляет их двигаться строго в определенном направлении, создавая электрическое напряжение.

В базе устройства солнечной панели лежит фотовольтаический эффект, благодаря которому при попадании света в материале (кристалле кремния) появляется упорядоченное перемещение электронов и, следовательно, электрическое напряжение. Его направляться отличать от фотоэлектрического результата, подразумевающего испускание материалом электронов вовне благодаря попадания фотонов.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№118, август 2012).

<

h4>

Мужское / Женское — Против лома нет приема. Выпуск от 15.03.2018

Статьи, которые будут Вам интересны: