Naukowcy z Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP oraz Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE wraz z największą niemiecką firmą zajmującą się recyklingiem modułów PV, Reiling GmbH & Co. KG, opracowali rozwiązanie, w którym krzem z wyrzuconych modułów fotowoltaicznych został poddany recyklingowi na skalę przemysłową i ponownie wykorzystany do produkcji nowych ogniw słonecznych PERC.
Większość systemów fotowoltaicznych w Niemczech została zainstalowana w latach 2009-2011 podczas pierwszej fali ekspansji fotowoltaiki. Aktualnie na rynek recyklingu u naszych sąsiadów trafia rocznie około dziesięciu tysięcy ton krzemu z wyrzuconych modułów fotowoltaicznych. Do roku 2029 ilość ta wzrośnie do kilkuset tysięcy ton rocznie. Dotychczas jedynie aluminium, szkło i miedź z wyrzucanych modułów są ponownie przetwarzane.
– Przewiduje się, że dwadzieścia lat po pierwszej ekspansji fotowoltainki, czyli około 2029 roku, kiedy wygaśnie taryfa gwarantowana dla zainstalowanych modułów PV nastąpi pierwsza fala utylizacji– uważa prof. dr Andreas Bett, dyrektor instytutu Fraunhofer ISE. – Dlatego konieczne jest wczesne ustanowienie odpowiednich procesów i procedur odzyskiwania materiału krzemowego z wyrzucanych modułów – dodaje.
Już w 2021 roku całkowita zainstalowana ilość modułów PV w Niemczech wynosiła około pięciu milionów ton, przy czym zawartość krzemu wynosiła 150.000 ton. Jako materiał półprzewodnikowy, krzem jest głównym składnikiem ogniw słonecznych.
Grupa robocza Fraunhofer CSP, wspólnie z firmą Reiling GmbH & Co. KG, przy wsparciu finansowym niemieckiego Federalnego Ministerstwa Gospodarki i Klimatu BMWK (dawniej BMWi), opracowała proces odzyskiwania materiału krzemowego.
Dzięki temu procesowi możliwy jest recykling wszystkich modułów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego, niezależnie od ich producenta i pochodzenia.
– Gdyby tak nie było, wówczas byłoby to o wiele za dużo pracy dla firm zajmujących się recyklingiem. Ważne było dla nas, aby opracować skalowalny proces, który ma sens z ekonomicznego punktu widzenia. Wiele jest możliwe w laboratorium, ale nasz nowy proces powinien sprawdzić się w praktyce dla przemysłu recyklingowego. – wyjaśnia prof. dr Peter Dold, kierownik projektu w Fraunhofer CSP.
Na potrzeby procesu, fragmenty ogniw słonecznych są oddzielane i zbierane z produktów ubocznych procesu recyklingu mechanicznego, który ma już ugruntowaną pozycję. W Fraunhofer CSP fragmenty ogniw o rozmiarach od 0,1 do 1 milimetra są najpierw uwalniane od szkła i plastiku za pomocą różnych procesów sortowania. Następnie usuwa się krok po kroku styk tylny, styki srebrne, warstwę antyrefleksyjną i wreszcie emiter poprzez wytrawianie chemiczne na mokro. Oczyszczony w ten sposób krzem jest przetwarzany na monokrystaliczne lub quasi-monokrystaliczne wlewki w standardowych procesach, a następnie na płytki.
Krystalizacja przeprowadzana jest z użyciem 100-procentowego krzemu pochodzącego z recyklingu, bez dodatku komercyjnego ultraczystego krzemu. Tafle z przetworzonego krzemu zostały przetworzone w ogniwa słoneczne PERC w PV-TEC Fraunhofer ISE. W pierwszej próbie sprawność konwersji ogniw słonecznych wyniosła 19,7 procent.
– To poniżej sprawności dzisiejszych ogniw PERC klasy premium, które mają sprawność około 22,2 procent, ale z pewnością powyżej sprawności ogniw słonecznych w starych, wyrzuconych modułach- mówi prof. dr Peter Dold.
Odzyskiwanie zasobów z modułów fotowoltaicznych pod koniec ich cyklu życia będzie coraz bardziej koncentrować się na odpowiedzialnym zużyciu surowców i energooszczędnym wykorzystaniu surowców odnawialnych.
