ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

В следующем десятилетии количество отходов солнечных батарей увеличится более чем на 4000 процентов.Готова ли индустрия переработки солнечных панелей справиться с такими объемами?Поскольку спрос на новые панели растет в геометрической прогрессии, а сырья не хватает, гонка продолжается.

Солнечная панельпереработка отходов становится настоящей проблемой.Солнечная энергия, имеющая решающее значение для стратегии «чистого нуля» Великобритании, является долгосрочным и устойчивым вариантом для бизнеса и домашних хозяйств, и ее объем быстро растет.

В 2021 году Великобритания добавила 730 МВт новых солнечных мощностей, доведя общий объем до 14,6 ГВт, что на 5,3 процента больше, чем в 2020 году, а во втором квартале 2022 года солнечная энергия обеспечила 6,4 процента от общего производства электроэнергии в Великобритании.В рамках апрельской Стратегии энергетической безопасности Департамент бизнеса, энергетики и промышленной стратегии (BEIS) подтвердил, что к 2035 году ожидается, что использование солнечной энергии в Великобритании увеличится в пять раз, доведя общий объем до 70 ГВт: около 15 процентов от прогнозируемого в Великобритании. По данным McKinsey, (и возрастающая) потребность в электроэнергии.

Возникающий вопрос заключается в том, что делать с солнечными панелями, когда срок их 30-летнего срока службы подходит к концу.Поскольку рост рынка продолжает стремительно расти в будущем, будет расти и растущая куча солнечных отходов.По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), в следующем десятилетии Великобритания, по прогнозам, произведет 30 000 тонн солнечных отходов.Кроме того, прогнозируется, что в 2030-х годах на рынке появится всплеск устаревших панелей, когдасолнечные панелиначиная с тысячелетия начинают давать сбои.IRENA прогнозирует, что к 2030 году глобальные отходы от солнечных панелей составят от 1,7 до 8 миллионов тонн.

Кроме того, вырисовывается потенциальное узкое место в поставках сырья, поскольку спрос на панели может превысить доступность первичных компонентов.

На индустрию переработки солнечных панелей оказывается давление, требующее увеличения ее мощностей, чтобы справиться с ростом количества вышедших из строя панелей и поддержать производство новых солнечных панелей.В июле Сэм Вандерхоф, эксперт по солнечной промышленности, предположил, что в мире только одна из десяти фотоэлектрических (PV) панелей перерабатывается, а остальные попадают на свалку, снова ссылаясь на данные IRENA.

Регулирование и соблюдение требований

Внутри Великобритании,солнечные панели формально классифицируются какЭлектрическое и электронноеОборудование(EEE) в специальной категории 14. Таким образом, фотоэлектрические панели подпадают под действие Правил об отходах EEE (WEEE);Окончание их срока службы контролируется, и уже ведется разработка инфраструктуры по переработке твердых солнечных панелей.

Производители солнечных панелей обязаны присоединиться к Схеме соответствия производителей (PCS), сообщая об объемах продукции, представленной на рынке, и получая примечания о соответствии для покрытия будущей переработки этих единиц.Они также должны маркировать продукцию, чтобы информировать пользователей и очистные сооружения о составе материала и правильной утилизации.

Одновременно дистрибьюторы должны собирать продукцию с истекшим сроком эксплуатации.Они должны иметь процедуру возврата фотоэлектрических отходов или способствовать утвержденной правительством схеме возврата.

Однако, по словам Скотта Батлера, генерального директора Material Focus, неправительственной организации, финансируемой за счет сборов за соблюдение правил WEEE, есть некоторые особенности, которые повлияют на восстановление солнечных панелей: домохозяйства.Хотя это отечественный продукт, многие люди не смогут справиться с ним самостоятельно.

«Я предполагаю, что для демонтажа должен быть привлечен дипломированный специалист по электрике… и они могут быть ключом к управлению этими [отходами].Хотя это может быть сложно, поскольку они не приспособлены к переработке отходов, стать перевозчиком мусора не так уж и сложно».

Батлер отмечает, что солнечные панели, срок службы которых приближается к концу, могут оказаться сложными для переработки из-за различий в производстве: «Что касается переработки, я думаю, что проблема с фотоэлектрическими батареями будет заключаться в понимании химического состава, потому что, особенно в начале, происходит множество различных химических смесей.Вещи, которые начнут выходить сейчас, довольно старые, 20 лет — это довольно длинный цикл.Так что, возможно, существует пробел в информации о том, кто, что выставляет на рынок и что это такое, и, возможно, необходимо заполнить его».

Процессы переработки

Процессы переработки панелей различаются в зависимости от состава солнечных панелей, наиболее распространенная из которых — на основе кремния.Кремниевые солнечные панели, известные своей доступностью и гибкостью, в 2020 году составили 73,3% рынка;на тонкие пленки приходилось 10,4 процента, а на панели, изготовленные из других материалов (сенсибилизированные красителями, концентрированные фотоэлектрические, органические гибриды), оставались 16,3 процента (Chowdhury et al, 2020).

При сборе любойФотоэлектрическая панельсложно разобрать.Алюминиевая рама и распределительная коробка снимаются достаточно просто;Сложная часть — это ламинированный плоский лист стекла, который содержит небольшое количество черных и цветных металлов, пластмасс и полупроводниковых материалов.Что касается решений по очистке, проблема не является технической, поскольку в качестве методов разделения различных материалов существуют пиролиз, криогенное разделение (замораживание) и механическое измельчение.Самая большая проблема заключается в том, что фотоэлектрические панели не образуют отходов, подобных отходам упаковки или расходным материалам с коротким сроком службы.Поэтому главный вопрос – экономический: кто будет инвестировать в линию по переработке отходов, которая понятия не имеет, когда прибудут отходы?

Тонкопленочные панели требуют процесса обработки, который требует некоторых дополнительных шагов для экологически безопасного восстановления соединения металла «теллурид кадмия».Хотя тонкопленочные панели являются менее популярным выбором, они имеют более эффективное использование материала, содержат более тонкий полупроводник, что позволяет экономить затраты и углерод во время производства.Эти панели лучше работают при слабом освещении и под «экстремальными» углами, что полезно для вертикальных поверхностей и фасадов.

Для восстановления материалов тонкопленочные фотоэлектрические панели измельчаются для удаления ламината, а затем твердые и жидкие осколки разделяются вращающимся шнеком.Затем пленку удаляют с помощью кислоты и перекиси, после чего удаляют промежуточные материалы вибрацией, а оставшееся стекло и металл отделяют и восстанавливают.

Масштабная переработка солнечных панелей

Несмотря на то, что текущие инициативы по переработке отходов неуклонно растут, в настоящее время восстанавливается только от 80 до 95 процентов материалов солнечных панелей, которые попадают на переработку.Для достижения этой цели компания по переработке отходов Veolia возглавляет проект по полной переработке солнечных панелей в промышленном масштабе в рамках текущего проекта, финансируемого EIT RawMaterials.ReProSolar разрабатывает высокоэффективный процесс переработки отработанных панелей, позволяющий восстанавливать все компоненты фотоэлектрических модулей на основе кремния.

Используя технологию расслаивания для отделения солнечного элемента от стеклянной пластины, физические и химические процессы восстанавливают все материалы, включая чистое серебро и кремний, без разрушения фотоэлектрических модулей.

В партнерстве с FLAXRES GmbH и ROSI Solar дватехнологические компаниикоторые разрабатывают новые методы переработки сырья из фотоэлектрических панелей, к концу года проект проверит осуществимость в промышленном масштабе, при этом 5000 тонн выведенных из эксплуатации фотоэлектрических модулей будут ежегодно перерабатываться на демонстрационном заводе в Германии в 2024 году.

Коммерциализация полного процесса переработки является ключом к решению текущих проблем рынка, обеспечивая наличие мощных поставок восстановленных компонентов фотоэлектрических панелей для удовлетворения растущего спроса на панели и обработки растущих объемов отходов солнечных панелей.

Значительная экономическая выгода может быть получена за счет восстановления дорогостоящих компонентов фотоэлектрических панелей по мере роста спроса.Серебро, например, хотя и составляет 0,05 процента веса панели, составляет 14 процентов его рыночной стоимости.Другие ценные и извлекаемые металлы включают алюминий, медь и теллур.По данным Rystad Energy, хотя восстановленные материалы из фотоэлектрических панелей с истекшим сроком эксплуатации в настоящее время стоят 170 миллионов долларов, в 2030 году их стоимость составит более 2,7 миллиардов долларов.

Редизайн солнечных батарей

Помимо инноваций в мире переработки солнечных панелей, дизайн панелей также переосмысливается с учетом повторного использования.В декабре 2021 года Нидерландская организация прикладных научных исследований (TNO) представила свои недавно разработанные солнечные панели «Дизайн для переработки» (D4R), изготовленные с учетом требований по окончании срока службы.Панели с проверенным 30-летним сроком службы разработаны таким образом, чтобы их можно было легко разобрать без повреждения компонентов.

Панели, герметизированные клейкой пленкой, содержат встроенный спусковой механизм для разделения ячеек и рамок.Процесс является низкоэнергетическим и не содержит токсичных элементов.

Исследование проводится в рамках двух проектов, первым из которых является проект DEREC, в рамках которого были концептуализированы и протестированы панели D4R в небольших масштабах, чтобы гарантировать их чистый демонтаж после моделирования срока службы.Затем проект PARSEC распространит эту технологию на полноразмерные панели D4R для коммерческого и жилого использования.

Пока это панелиизготовленныйПанели D4R, появившиеся почти 30 лет назад и представляющие нынешнюю проблему для переработчиков, могут упростить переработку панелей и способствовать развитию отрасли.И, в дополнение к новым панелям, консорциум исследует методы переработки текущих моделей солнечных панелей, чтобы получить чистый кремний для повторного использования.

В заключение

В совокупности эти инновации демонстрируют многообещающую направленность на коммерциализацию, хотя сохраняется обеспокоенность относительно того, будут ли достигнуты необходимые масштабы, поскольку как объемы несуществующих панелей, так и спрос на новые увеличиваются.Однако, если усилия по коммерциализации пройдут успешно и если планы по производству панелей из полностью восстановленных материалов будут реализованы, индустрия солнечных панелей ожидает устойчивую экономику замкнутого цикла.