Około 10 tys. ton krzemu w wyeksploatowanych modułach fotowoltaicznych trafia co roku na rynek recyklingu w Niemczech. Do 2029 r. liczba ta wzrośnie do kilkuset tysięcy ton rocznie. Obecnie aluminium, szkło i miedź z poeksploatacyjnych modułów są poddawane ponownej obróbce, natomiast krzemowe ogniwa słoneczne już nie.
Aby móc ponownie wykorzystać krzem, naukowcy z Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP i Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE wraz z największą niemiecką firmą zajmującą się recyklingiem modułów fotowoltaicznych, Reiling GmbH & Co. KG, opracowali rozwiązanie, w którym krzem z modułów został poddany recyklingowi na skalę przemysłową i ponownie wykorzystany do produkcji nowych ogniw słonecznych PERC.
Większość systemów fotowoltaicznych w Niemczech zainstalowano w latach 2009–2011 podczas pierwszej fali ekspansji fotowoltaicznej.– Jak można przewidzieć, po tej ekspansji nastąpi pierwsza fala utylizacji 20 lat później, około 2029 r., kiedy wygaśnie taryfa gwarantowana dla zainstalowanych modułów fotowoltaicznych – wyjaśnia prof. dr Andreas Bett, dyrektor Instytutu Fraunhofer ISE. – Dlatego konieczne jest ustalenie odpowiednich procesów i procedur odzyskiwania materiału krzemowego z wyrzuconych modułów na wczesnym etapie. Już w 2021 r. łączna liczba zainstalowanych modułów fotowoltaicznych w Niemczech wynosiła około 5 mln ton, przy zawartości krzemu 150 tys. ton. Krzem jako materiał półprzewodnikowy jest głównym składnikiem ogniw słonecznych.
Produkty uboczne procesu przetwarzania w firmie Reiling GmbH, z których oddziela się i zbiera fragmenty ogniw słonecznych (po lewej). Oczyszczony krzem i wafle wykonane w 100% z przetworzonego krzemu (środek). Ogniwa słoneczne PERC wykonane w 100% z przetworzonego krzemu o wydajności 19,7% (po prawej). © Fraunhofer ISE
Grupa robocza w Fraunhofer CSP wraz z Reiling GmbH & Co. KG opracowała zatem proces odzyskiwania materiału krzemowego dzięki finansowaniu z niemieckiego Federalnego Ministerstwa Gospodarki i Klimatu (BMWK, dawniej BMWi). Dzięki temu procesowi możliwy jest recykling wszystkich modułów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego, niezależnie od producenta i pochodzenia. Prof. dr Peter Dold, kierownik projektu w Fraunhofer CSP, wyjaśnia: – Zależało nam na opracowaniu skalowalnego procesu, który ma sens ekonomiczny. W laboratorium można wiele, ale nasz nowy proces powinien sprawdzić się w praktyce dla branży recyklingowej.
W ramach tego procesu fragmenty ogniw słonecznych są oddzielane i zbierane z produktów ubocznych trwającego procesu recyklingu mechanicznego. W firmie Fraunhofer CSP fragmenty komórek o rozmiarach od 0,1 do 1 mm są najpierw uwalniane ze szkła i plastiku w różnych procesach sortowania. Następnie krok po kroku usuwa się kontakt tylny, srebrne styki, warstwę antyrefleksyjną i wreszcie emiter poprzez trawienie chemiczne na mokro. Oczyszczony w ten sposób krzem jest w standardowych procesach przetwarzany na monokrystaliczne lub quasi-monokrystaliczne wlewki, a następnie na wafle.
Krystalizacja jest przeprowadzana przy użyciu krzemu pochodzącego w 100% z recyklingu bez dodatku komercyjnego ultraczystego krzemu. Wafle wykonane z krzemu z recyklingu zostały przetworzone w ogniwa słoneczne PERC w PV-TEC Fraunhofer ISE. W pierwszej próbie sprawność konwersji ogniw słonecznych wyniosła 19,7%.– Jest to poniżej wydajności dzisiejszych wysokiej jakości ogniw słonecznych PERC, która wynosi około 22,2%, ale z pewnością jest to wartość wyższa niż w przypadku ogniw słonecznych w starych, zużytych modułach – mówi Dold, publikując wstępne wyniki.
Źródło: Fraunhofer ISE
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
