Доктор Ли Джин Сок (слева направо) и исследователь Ли Джун Гю держат в руке пластины и солнечные элементы, изготовленные путем переработки кремния из отработанных солнечных панелей [Предоставлено Корейским институтом энергетических технологий]
18-го августа в Корейском институте энергетических технологий сообщили, что исследовательская группа во главе с доктором Ли Джин Сока из Отдела по исследованию материалов для трансформации и хранения энергии смогла переработать солнечные батареи и изготовить высокоэффективные солнечные элементы из восстановленных материалов.
Исследовательская команда расширила технологию переработки солнечных панелей лабораторного масштаба, разработанную в прошлом году, до уровня, который может быть коммерциализирован, и еще больше снизила потребление энергии. Благодаря этому процессу ученым удалось повторно получить солнечные элементы и модули с высокой эффективностью, используя восстановленные материалы.
Ожидается, что количество солнечных электростанций, которые являются ядром углеродного нейтралитета к 2050 году, будет увеличиваться экспоненциальными темпами. Солнечные панели, количество которых в настоящее время растет, чтобы справиться с климатическим кризисом, имеют срок службы примерно от 20 до 30 лет, поэтому отработанные панели могут стать головной болью для будущих поколений.
По данным Корейского института экологической политики и ее оценки, ожидается, что количество отработанных солнечных панелей значительно увеличится - 9665 тонн в 2023 году, 16 245 тонн в 2028 году и 27 627 тонн в 2032 году. В 2019 году Министерство окружающей среды Южной Кореи внес поправку в закон, в соответствии с которой более 80% утилизированных солнечных панелей должны быть переработаны. Однако из-за недостаточной инфраструктуры данная мера будет введена с 2023 года – после того, как будут созданы система утилизации/хранения солнечных батарей и технология их переработки к 2022 году.
Солнечные панели изготовлены из перерабатываемого стекла, алюминия, кремния и меди и могут быть повторно использованы как минимум на 80% при надлежащей утилизации и переработке. Следовательно, технология переработки солнечных панелей - очень эффективный способ максимизировать эффективность циркуляции ресурсов.
Разработанная исследователями технология переработки отработанных солнечных панелей состоит из автоматизации демонтажа рамы и распределительной коробки, отделения стекла высокой чистоты, извлечения ценных металлов и производства новых солнечных панелей из восстановленных материалов. Ключевым процессом в данной технологии является отделение стекла, в котором стекло извлекается почти на 100% за счет разделения контактирующих поверхностей стекла и защитной оболочки (она защищает солнечных модулей от внешнего воздействия) в солнечных панелях с помощью оборудования собственной разработки.
Причем технологию можно применять не только к неповрежденным панелям, но и поврежденным. Кроме этого, ее энергопотребление уменьшилось на треть по сравнению с ранее разработанным процессом за счет оптимизации.
За счет оптимизации процесса переработки солнечных панелей исследовательская группа дополнительно снизила потребление энергии более чем на треть по сравнению с технологией прошлогодней разработки, которая потребляет энергию в три раза меньше, чем существующие процессы.
Исследователи помещают отработанные солнечные панели в устройства собственной разработки, чтобы отделять/извлекать стекло. [Предоставлено Корейским институтом энергетических технологий]
Новоразработанная технология позволит повысить рентабельность переработки за счет извлечения стекла высокой чистоты, которое составляет более 65 процентов панели и содержит менее 200 ppm (миллионной доли) железа. Исследователи протестировали большие коммерческие панели из 72 ячеек и продемонстрировали коммерциализуемость технологии, показав уровень извлечения стекла, близкую к 100%.
Исследовательская группа смогла очистить кремний, извлеченный из отработанных панелей, для изготовления 6-дюймовых монокристаллических слитков и пластин, а затем произвести из них солнечные элементы с высокой эффективностью (20,05%), применив типичный процесс производства солнечных элементов. Ученые надеются, что они смогут получить солнечные элементы с более высоким КПД, если применить производственный процесс, оптимизированный под переработанные пластины.
«Поскольку переработка одной тонны отработанных солнечных панелей может сократить выбросы углекислого газа на 1200 кг, это абсолютно необходимая технология для обеспечения углеродной нейтральности», - сказал доктор Ли Джин Сок. «Мы будем улучшать экономичность новоразработанной технологии и в дальнейшем, чтобы она легче внедрялась в частный сектор» - добавил он.