Одна из самых распространенных проблем, связанных с солнечной энергией, – это количество отходов, которые образуются после 25-летнего срока службы панелей.
Чтобы избежать наплыва электронных отходов, сопровождающих стремительное развитие солнечной энергетики, ученые разрабатывают способы переработки солнечных панелей, сводя к минимуму их воздействие на окружающую среду. Предприниматели и экономисты также обращают внимание на огромную финансовую выгоду, которую может принести практичный метод переработки.
Так можно ли перерабатывать солнечные панели? Короткий ответ – да, но процесс требует доработки. Вот что мы знаем.
Зачем перерабатывать солнечные панели?
Переработка солнечных панелей дает гораздо больше, чем минимизация воздействия на окружающую среду. Вот еще несколько причин, по которым переработка солнечных панелей так важна:
Сохранение конечных материалов
Некоторые материалы, входящие в состав солнечных панелей, являются невозобновляемыми ресурсами; медь, кремний, галлий и индий могут быть в изобилии, но их запасы все равно ограничены. Солнечный бум уже привел к тому, что усилия по добыче этих материалов оказались крайне затруднительными, и мы уже видим прогнозы о серьезном дефиците меди в течение следующего десятилетия.
Извлечение этих материалов из солнечных панелей дает возможность облегчить проблемы с поставками и снизить потребность в новых материалах, что в долгосрочной перспективе приведет к дальнейшему снижению стоимости солнечной энергии.
Развивающийся рынок
Переработка солнечных батарей предлагает огромный потенциал для развивающегося бизнеса – согласно прогнозам, рынок переработки солнечных батарей может вырасти на $238,30 млн с 2024 по 2027 год, и темпы роста рынка будут ускоряться в течение прогнозного периода и в последующие годы.
Как утилизировать солнечные панели
Говоря о том, как бороться с отходами солнечных панелей и экологически безопасными процессами их утилизации, необходимо понимать, из каких физических элементов состоят солнечные фотоэлектрические панели. Большинство солнечных панелей состоят из следующих основных компонентов:
- Металлическая рама (обычно алюминиевая)
- Стекло или плексиглас (обычно 75% панели)
- Кристаллические кремниевые солнечные элементы
- Проводка (обычно медная)
В рамках данной статьи мы рассмотрим монокристаллические и поликристаллические кремниевые фотоэлектрические панели, которые являются наиболее распространенными типами солнечных панелей.
Хотя алюминий, стекло и медь являются материалами, пригодными для вторичной переработки, утилизировать солнечную панель не так просто, как сдать ее на местный завод по переработке отходов. Материалы, входящие в состав панелей, должны быть разделены и переработаны отдельно, что может быть сложным процессом.
Солнечные панели также покрыты полимерным герметиком, который может содержать химические вещества, такие как этиленвинилацетат (EVA), что усложняет процесс переработки стекла. Если герметик можно удалить из стекла, то стекло можно перерабатывать.
Но как насчет переработки кремниевых солнечных элементов? Хотя это и возможно, но немного сложнее, чем переработка основных металлов и стекла.
Кремниевые солнечные элементы обычно производятся из кварца – минерала, состоящего из двух наиболее распространенных на Земле элементов: кислорода и кремния. Чтобы получить кристаллы кремния, достаточно чистые для современных солнечных батарей, этот кварц необходимо очистить, причем этот процесс зависит от конкретного производителя. Однако, подобно обычному пластику, чистый кремний немного деградирует при переработке. Это означает, что его качество будет ухудшаться с каждым последующим использованием материала.
Итак, что же нам остается?
На сегодняшний день существует два распространенных метода переработки солнечных панелей: механический и химический.
Механическая переработка солнечных панелей
Механическая переработка солнечных панелей – более простая форма утилизации – предполагает разборку солнечной панели и раздельную переработку ее частей: стекла, металла, медной проводки и кремниевых солнечных модулей.
На предприятиях по переработке различные материалы дробятся на мелкие кусочки и превращаются в материал, похожий по консистенции на песок. Затем материал проходит процесс магнитной сепарации, в ходе которого из него извлекаются и изолируются металлы. Эти ценные материалы могут быть повторно использованы для производства стекла, дорожных покрытий, изоляции и многого другого.
Наиболее продвинутые формы механической переработки могут восстанавливать 99 % сырья со скоростью одна солнечная панель в 40 секунд. Используемые в настоящее время методы, такие как процесс переработки First Solar, способны повторно использовать до 90 % полупроводниковых материалов и 90 % стекла в своих модулях. Однако количество таких предприятий все еще ограничено, и большинство потребителей солнечных батарей пока не имеют к ним доступа.
Химическая переработка солнечных панелей
Химическая (или термическая) переработка использует химическую обработку и тепло для расслаивания солнечной панели, разделения ее химических компонентов и извлечения чистого кремния из нее. Исследования в этой области показывают многообещающие результаты, однако эффективность в крупных масштабах все еще недостаточна. Кроме того, производство и необходимая очистка потенциально вредных газов, связанных с этим процессом переработки, все еще представляют собой проблемы для его коммерческой жизнеспособности.
Повторное использование и восстановление солнечных панелей
Обычно мы указываем срок службы солнечных панелей в 25 лет, поскольку большинство гарантий распространяется только на этот срок. Однако подавляющее большинство солнечных панелей можно использовать дольше 25 лет, хотя их эффективность со временем снижается. В результате большая часть электронного мусора, связанного с солнечными батареями, приходится на старые панели, которые все еще производят энергию, но уже на более низком уровне.
В связи с этим возникает еще один вопрос: Можно ли повторно использовать или восстанавливать солнечные панели? Безусловно, этот способ является наиболее экономичным из-за того, что потребуется минимальная переработка по сравнению с механическими, химическими и термическими методами утилизации.
Не для каждой солнечной установки требуются лучшие солнечные панели, поэтому повторно используемые панели с низким КПД – это решение для небольших солнечных установок, таких как автономные системы, солнечные зарядные устройства, светильники для уличных знаков и другие приложения, для которых не обязательно нужны новые панели.
Но как быть с восстановлением дефектных или сломанных панелей? Такие компании, как Rinovasol, специализируются на восстановлении солнечных панелей, продлевая срок их службы путем анализа дефектов, доработки и повторного покрытия полимером собственной разработки. Процесс компании Rinovasol привлекает внимание мировой общественности, и, как показывает практика, он позволяет продлить срок службы солнечных панелей примерно на 10 лет.
Будущее переработки солнечной энергии: Замкнутый цикл?
Вы когда-нибудь слышали термин “круговая экономика”? Так вот, переработка солнечных батарей – идеальный пример, демонстрирующий ее целесообразность и преимущества.
Циклическая экономика – это система замкнутых циклов, в которых сырье, компоненты и продукты теряют как можно меньше стоимости. Несмотря на то, что этот процесс находится на ранних этапах, ведущие компании в области солнечной энергетики, такие как SunPower, являются лидерами в создании замкнутой солнечной экономики, разрабатывая солнечные панели, которые могут быть переработаны на бесконечной основе. Это позволит замкнуть цикл использования материалов, задействованных в производственном процессе, снизить стоимость и воздействие солнечных энергосистем.
Следует отметить, что SunPower производит самые эффективные солнечные панели на рынке, демонстрируя, что экологичность (если она заложена в процесс производства) практически не влияет на цену и качество солнечной продукции.
Заключительные мысли
SunPower, First Solar и другие ведущие компании демонстрируют нам, что замкнуть петлю в солнечной экономике возможно (осмелюсь сказать, что и практично?). Что же мешает остальным ведущим солнечным компаниям страны сделать то же самое?
К сожалению, большинство стран все еще сильно отстают в своей политике в области чистой энергии. Федеральные правительства не имеет нормативных актов, требующих от производителей солнечных батарей разрабатывать продукцию с замкнутым циклом, не имеет законов, запрещающих выбрасывать солнечные панели на свалки, и не оказывает поддержки программам утилизации солнечных батарей, несмотря на амбициозные цели по развитию солнечной энергетики.
Однако правительство не может быть единственной движущей силой перемен. Если повезет, национальные производители солнечных батарей последуют примеру SunPower и осознают преимущества разработки технологий, снижающих растущее влияние солнечной энергетики.
