Переработка солнечных панелей. Обзор инноваций.
Проекты солнечных электростанций (СЭС) в Украине начались раньше введения проектов ветровых электростанций — активно стояться СЭС с 2011 года. Поэтому с приближением окончания срока службы установки, который в среднем составляет 25 лет, возникает вопрос утилизации ее элементов. Большинство производителей изучают этот вопрос и продолжают публиковать свои варианты переработки панелей. В общем, схема переработки более или менее похожая между собой.
Основная часть солнечных панелей содержит в составе стекла (90%) кремниевый солнечный элемент и, в частности, состоит из рамы, распределительной коробки и кабеля. То есть, все эти части можно повторно использовать в производстве новых солнечных панелей. Например, после ряда химических процессов можно получить кремний из стекла, серебро из рамы и медь из кабеля. Однако получить чистое серебро и кремний из солнечных элементов достаточно трудно.
В Украине по состоянию на конец 2020 предприятия по переработке фотоэлектрических модулей (ФЭМ) отсутствуют, как и отсутствуют специальные требования по их утилизации. Общие требования указаны в национальных стандартах Украины ДСТУ 8328: 2015 и ДСТУ 8635: 2016. Поскольку количество солнечных модулей, которые были выведены из эксплуатации, является малой, их переработкой занимаются предприятия по переработке электронных или стеклянных отходов. В процессе такой переработки происходит выделение основных компонентов модуля — меди, алюминия, стекла. Солнечные элементы и пластиковые составляющие модулей скорее всего подвергаются сжиганию или отправляются на полигоны для электронного оборудования. Поэтому вопрос переработки солнечных модулей в Украине остается открытым.
В странах ЕС в рамках Европейского института инноваций и технологий (EИT) до 2025 года происходит финансирование исследовательского проекта ReProSolar под руководством Veolia (одного из крупнейших существующих компаний в области переработки отходов) и других партнеров. К проекту присоединились страны Германии, Франции и Испании. Проект разрабатывает высокоэффективный и специальный процесс утилизации отработанных фотоэлектрических модулей и заключается в новой технологии расслоения, которая способна эффективно отделить солнечные батареи от стеклянной пластины. Инновационные физико-химические процессы позволят восстановить все материалы без измельчения фотоэлектрических модулей. В проект включены все этапы от переработки и очистки сырья через цепочку поставки потоков отходов к реинтеграции в разные отрасли. Таким образом процесс переходит к замкнутому циклу (ресурс-отходы-ресурс). До конца года планируется проверка целесообразности технологии в промышленном масштабе, а к 2023 году 5000 тонн выведенных из эксплуатации фотоэлектрических модулей должны ежегодно обрабатываться по вышеуказанной системе.
Новая технология, разработанная в Южной Корее и опробована на 72 панелях, касается переработки (не)поврежденных панелей и работает в четыре этапа:
Благодаря оптимизированному процессу, технология позволяет сократить потребление электроэнергии на треть и сократить выбросы парниковых газов на 1,2 тонны. Система позволяет восстановить высококачественное стекло с содержанием железа менее 200 частей на миллион и более чем 65% компонентов, входящих в состав панели. Удаленный и обработанный кремний идет на изготовление 6-дюймовых монокристаллических слитков и пластин с эффективностью 20,05%.
Японский производитель солнечных фотоэлектрических батарей Next Energy, торговый конгломерат Marubeni и исследовательский институт Mitsubishi работает над разработкой блокчейн-системы для утилизации использованных солнечных панелей. Суть системы заключается в подтверждены статуса и отслеживании солнечных элементов и их компонентов на всех этапах переработки, что позволит создать рынок для поощрения переработки и повторного использования сырья. Тем самым планируется сократить масштабы захоронения таких отходов и уменьшить выбросы углерода. Проверка более 40 000 использованных солнечных элементов обнаружила, что они могут сохранять производительность до 80% после 25 лет использования. Next Energy занимается переработкой фотоэлектрических модулей с 2005 года. Сейчас солнечные модули, которые больше не являются функциональными, бесплатно можно сдать в специальный пункт для дальнейшей их отправки на переработку Next Energy.
Наряду с решением вопроса по переработке солнечных панелей, также идет усовершенствование новых солнечных систем и расширение возможности их размещения. Например, швейцарский производитель представил солнечные панели в виде черепицы. Другие гибкие панели позволяют размещать их на туннелях. Одной из проблем строительства солнечных электростанций является то, что под них отводятся большие территории. Одно из решений предложил нидерландский стартап разработав плавучие морские платформы таких электростанций. Польский стартап MOVEit разработал серию мобильных солнечных установок, которые легко перемещаются и разворачиваются на нужном месте в автоматическом режиме, а также могут использоваться для обеспечения электроэнергией объектов при проведении дорожных работ. Поэтому есть надежда на то что, когда в большинстве солнечных модулей окончится их срок эксплуатации, разработанные инновационные технологии помешают в создании новой экологической проблемы. В Украине темп развития таких технологий остается низким. В случае отсутствия такой системы по переработке модулей через 10 лет целесообразно будет транспортировать их к странам-соседям, которые будут иметь отлаженную систему такой переработки.