Пока солнечная энергетика в России только набирает обороты, срок действия большинства эксплуатируемых панелей еще далеко не выработан, проблема утилизации и переработки солнечных батарей не ощущается остро. Однако в ближайшие 10-20 лет она даст о себе знать. По прогнозам к 2050 году на Земле скопится порядка 60-80 миллионов тонн старых солнечных панелей, если уже сейчас не начать их грамотную утилизацию. Ученые и инженеры решают эту проблему, разрабатывают соответствующие технологии, утверждают стандарты.
Солнечная энергия по праву считается экологически чистой, чего, к сожалению, нельзя сказать об оборудовании для ее производства – солнечных батареях. К минусам солнечных батарей можно смело отнести сложность и дороговизну их утилизации и переработки.
В основном кремниевая батарея, широко используемая в домашних солнечных электростанциях, состоит на 8-9% из стали или алюминия, 10-12% полимеров и на 75-77% из стекла. Фотоэлементы, непосредственно производящие энергию, составляют относительно небольшую часть массы панели, однако именно они нуждаются в специальной утилизации, так как представляют угрозу для окружающей среды.
Какие опасные вещества содержатся в солнечных батареях
Принцип работы солнечной панели основан на способности некоторых веществ генерировать электрический ток при попадании на них лучей солнца. В обычных домашних солнечных панелях используют кремний – один из самых распространенных химических элементов на Земле, который в избытке содержится в песке. Его утилизация особых проблем не вызывает. Однако в тонкопленочных и высокопроизводительных солнечных батареях, КПД которых составляет 40% и больше, содержится кадмий, галий, индий, селен и другие, опасные для человека и природы химические элементы.
Кроме химических элементов, вырабатывающих энергию, в солнечной панели используются и проводники электротока, защитное стекло или пластик, стальной корпус. При переработке можно получить:
- серебро;
- медь;
- олово;
- свинец;
- сталь;
- алюминий.
Так как панели не всегда утилизируют исключительно в связи с выходом из строя по возрасту, но и после аварий, содержание в них опасных веществ может вызвать экологические проблемы. Например, сильный град способен разрушить солнечные батареи, а прошедший сразу после него затяжной дождь – смыть вредные вещества в почву. Массовые разрушения уже были зафиксированы: в 2015 году на американской станции по производству солнечной энергии Desert Sunlight Solar Farm торнадо уничтожил порядка двухсот тысяч панелей.
Как происходит утилизация солнечных панелей
Технология переработки солнечных панелей зависит от типа оборудования и применяемого в стране стандарта утилизации. В отдельных странах утилизация солнечных панелей разрешена вместе с другими промышленными и энергетическими отходами, но в большинстве стараются придерживаться отдельной технологии разборки. В России стандарт утилизации солнечных панелей пока не принят.
Вторичная переработка солнечных панелей является достаточно дорогостоящим мероприятием. Хотя элементы панели практически полностью пригодны для вторичного использования, прибыль от их получения не покрывает расходы на работы по переработке. Даже для простой разборки солнечной панели на отдельные элементы требуется не только специальное оборудование, но и обученный персонал.
На сегодняшний день для утилизации солнечных панелей применяют один из двух видов переработки:
- Грубую, которая включает разбор панели на стеклянные и металлические комплектующие, подлежащие вторичной переработке, а также отходы, в которые попадают фотоэлементы, содержащие опасные вещества.
- Тонкую, во время которой панель разбирается на комплектующие, включая удаление полимерных частей при помощи высокотемпературной обработки, а также разделение и сбор всех опасных металлов и соединений.
Тонкая переработка также разделяется в зависимости от типа солнечной панели.
Утилизация кремниевых панелей
Перед утилизацией панель разбирают на составные элементы. Чтобы защитное стекло не лопнуло в процессе, требуется специальное оборудование и определенные навыки рабочих. Стекло и корпус могут использоваться повторно или перерабатываться.
Оставшиеся после разборки детали нагревают до 500 градусов Цельсия, чтобы испарился пластик. Кремневые элементы подлежат дальнейшей переработке: кремний из соединительного слоя вытравливается кислотой, а пластины переплавляют и используют при производстве новых панелей. В результате около 80% кремния используют повторно, стекло и металл полностью становятся вторсырьем, а пластик служит топливом для термообработки отработавших свой век фотоэлементов.
Утилизация тонкопленочных панелей
В тонкопленочных солнечных панелях используют опасные для экологии и людей металлы, поэтому их переработка важнее и сложнее:
- Панель измельчается механически. Отдельные элементы не должны превышать 4-5 миллиметров в поперечнике.
- Измельченные частицы помещают в сепаратор, где под действием центробежной силы происходит разделение на жидкие и твердые фракции.
- Под действием воды происходит выщелачивание, полупроводниковый слой отделяется от стекла и пластика.
- Жидкий раствор осаждается и очищается для выделения полупроводниковых материалов.
- Твердые отходы очищают при помощи вибротехнологий и промывают.
- Практически все выделенные материалы подлежат вторичному использованию.
Пока должного контроля утилизации и переработки солнечных батарей нет. В результате часто разбитые или вышедшие из строя солнечные панели оказываются на обычной свалке. Пока такие происшествия носят единичный характер, особой беды нет. Однако при нарастании количества выбрасываемых панелей возможны местные экологические загрязнения почвы, грунтовых и поверхностных вод. Желание получить чистую энергию должно идти рука об руку с потребностью сделать весь жизненный цикл солнечных панелей безопасным, тем более реализовать это значительно проще, чем, например, утилизировать отработанное ядерное топливо.
Как вы считаете, получение чистой солнечной энергии оправдывает затраты на переработку панелей? Как вы поступили с вышедшей из строя панелью?
Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропустить новые публикации!