Исследователи демонстрируют солнечные панели, изготовленные из переработанных панелей

— 05 Mar 22

Недавно исследователи продемонстрировали промышленный процесс превращения старых солнечных панелей в новые. С какими проблемами сталкиваются фотоэлектрические панели, что показали исследователи и как это может помочь продвижению зеленых технологий вперед?

Какие проблемы представляют собой фотоэлектрические солнечные панели?

Из всех доступных в настоящее время возобновляемых источников энергии фотоэлектрические солнечные панели являются одними из наиболее удобных в производстве и установке. В то время как процесс их производства может быть энергоемким, а использование редкоземельных материалов может сделать их дорогостоящими, их способность вырабатывать электроэнергию, просто находясь в присутствии солнечного света, позволяет устанавливать их практически в любом месте. После установки срок службы таких панелей может составлять не менее 20 лет, и при отсутствии движущихся частей с ними мало что может пойти не так.

Однако низкая эффективность солнечных панелей (обычно менее 20%) означает, что для сбора достаточного количества энергии им требуется большое количество земли. Эта проблема усугубляется при использовании в жилых помещениях, где площадь крыши является премиальной. Таким образом, выходная мощность любой солнечной установки чрезвычайно чувствительна к небольшим изменениям эффективности используемых панелей.

Каждые 5 лет можно ожидать, что солнечные панели будут терять от 1% до 2% своей эффективности, а срок службы панелей, изготовленных в предыдущем десятилетии, составит около 20 лет. Это означает, что после 20 лет службы производительность панели может составлять всего 80% от того, что было раньше, и это значительное снижение, учитывая, что спрос на энергию продолжает расти, а пространство, используемое панелями, ограничено. Таким образом, устаревшие панели обычно заменяются новыми панелями, срок службы которых увеличивается благодаря усовершенствованиям технологии.

Но такой отказ от солнечных панелей создает экологическую проблему; утилизация солнечных панелей требует больших затрат энергии, а использование токсичных соединений в них может быть опасным для окружающей среды. Необходимость плавления стекла и кремния требует огромного количества энергии, и она, несомненно, будет получена из ископаемых видов топлива, таких как уголь и газ. Панели, выброшенные на свалки, будут выщелачивать такие соединения, как свинец, мышьяк и кадмий, которые загрязняют подземные источники воды.

Простая попытка повторного использования кремния для создания новых интегральных схем и панелей также проблематична из-за потребности в сверхчистом кремнии. Это означает, что кремний, извлеченный из панелей, должен быть тщательно очищен, что также является энергоемким.

Исследователи разрабатывают солнечные панели из старых перерабатываемых панелей

Недавно исследователи из Центра кремниевой фотоэлектрики Фраунгофера и Института систем солнечной энергии Фраунгофера объявили о разработке промышленного метода утилизации солнечных батарей, позволяющего использовать старые, разрушенные панели и использовать их в современных солнечных элементах PERC.

Пассивированные излучатели и солнечные элементы с задним контактом (PERC) представляют собой современную технологию солнечных панелей, в которой используются полупроводники N-типа и улучшенные технологии обратного отражения для обеспечения того, чтобы входящий свет с большей вероятностью вступал в контакт с атомами кремния. Проще говоря, солнечные панели PERC дороже стандартных панелей, но в результате более эффективны (примерно на 5% больше).

При переработке солнечных панелей стеклянные и металлические контакты относительно легко перерабатываются, поэтому исследователи сосредоточили свое внимание на кремнии. Чтобы восстановить кремний, исследователи начали с измельчения фрагментов панели до размеров менее миллиметра, которые затем были отфильтрованы в зависимости от типа (стекло, пластик и т.д.). Второй этап включал использование влажного химического травления для удаления серебряных контактов, антибликовых слоев и слоев излучателя.

На третьем этапе переработки оставшийся чистый кремний превращается в кремниевые слитки с использованием стандартных процессов, которые затем используются для создания пластин. Однако самым важным шагом была перекристаллизация кремния без необходимости добавления чистого кремния в смесь (обычно это необходимо для кристаллизации старого материала). Полученный рекристаллизованный кремний, который был переработан на 100%, затем использовался для создания новых солнечных элементов PERC, эффективность которых составляла 19,7%.

Хотя эта эффективность ниже, чем у обычных ячеек PERC, и составляет 22,2%, этот показатель все еще больше, чем у панелей, использованных для создания ячеек PERC, и этот процесс был выполнен без использования новых материалов.

Почему переработка солнечных панелей так важна?

Срок службы солнечных панелей, установленных 20 лет назад, наконец подходит к концу. Учитывая, что основной целью солнечных панелей является обеспечение чистого источника энергии, необходимо потреблять большое количество энергии для добычи, производства и установки новых панелей каждые 20 лет, что является энергоемким процессом, который противоречит цели их использования. Кроме того, выброшенные панели, выделяющие вредные соединения в окружающую среду, возможно, делают солнечные панели хуже, чем некоторые виды ископаемого топлива, учитывая, что при их производстве не только образуется CO2, но и впоследствии загрязняет окружающую среду.

Таким образом, важно, чтобы солнечные панели можно было дешево перерабатывать, благодаря чему энергия, необходимая для переработки панелей, поступает из возобновляемых источников. Также важно, чтобы процесс переработки не влиял на местную окружающую среду. В противном случае отходы солнечных панелей становятся проблемой, аналогичной той, которую представляют ядерные отходы. Исследователи продемонстрировали многообещающее будущее для переработки солнечных панелей, при котором старые панели могут быть превращены в новые без необходимости массовой добычи стекла, металла и кремния.