Использования солнечных батарей с учетом рециклинга | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №11 (70) июль-2 2014 г.

Дата публикации: 08.07.2014

Статья просмотрена: 835 раз

Библиографическое описание:

Кучеров А. В., Шибилева О. В. Использования солнечных батарей с учетом рециклинга // Молодой ученый. — 2014. — №11. — С. 166-168. — URL https://moluch.ru/archive/70/11987/ (дата обращения: 21.10.2018).

Рациональное использование природных ресурсов и безопасной утилизации отходов цивилизованного общества, а также повышение эффективного его контроля является насущной экологической проблемой. В настоящее время больше внимания уделяется использованию солнечной энергии для получения электроэнергии. Получение энергии за счет солнечных батарей можно использовать для обеспечения коммунально-бытовых и технологических нужд различных потребителей. Она используется для эффективного преобразования солнечной энергии в электрическую.

По мнение специалистов правильно рассчитанная солнечная система может покрыть до 50 % энергетических затрат расходуемых обычно на электроэнергию — как в домашних хозяйствах, так и в производстве. Срок службы солнечных модулей составляет, по-крайней мере, 20 лет, таким образом, большинство из них еще не достигло предельных сроков полезного использования. [1]

Уже подсчитано, что если в пустыне Сахара разместить солнечные батареи на территории 160 квадратных километров, то можно полностью отказаться от всех других источников и видов энергии нефти, газа, урана, воды, ветра и тд. Солнечные батареи состоят из кремния. Кремний самый распространённый материал на земле, к примеру песок.

Рост рынка фотоэлектрической продукции фотоэлектрических модулей занимает важное место в утилизации. Экологическое воздействие производства фотоэлектрических систем зависит от типа производимых модулей.

Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30–50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.

Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться. Отработавшие своё фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, в основном специального назначения, содержат компонент (кадмий), который недопустимо выбрасывать на свалку. Нужно дополнительное расширение индустрии по их утилизации. Ученые полагают, что сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20–25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20–25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд. тонн ежегодно. [2]

Эксперты полагают, что количество отходов существенно увеличится после 2020 года (таблица 1).

Таблица 1

Оценочное количество отходов от солнечных энергоустановок, тонн

2013 год

2014 год

2015 год

2020 год

2030 год

11439

13866

16706

35397

132750

В Европейском Союзе существуют два законодательных акта, которые могли бы влиять на фотоэлектрическую индустрию. Это Закон об отходах производства электрического и электронного оборудования — Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) и Правила обращения с опасными материалами — Regulation of Hazardous Substances. Ни один из этих документов не регулирует деятельность в производстве фотоэлектрических систем. [3].

Однако некоторые страны самостоятельно принимают законы о переработке отходов, в том числе от солнечной электроэнергетики. Италия уже приняла закон, требующий, чтобы ее компании занимались рециклингом отходов, начиная с 2012 года. Многие производители солнечной энергии в Европейском Союзе взяли на себя обязательства по добровольной переработки отходов от своей деятельности.

13 августа 2012 года были приняты поправки к Директивам WEEE, которые требуют внесения поправок в национальные законодательства об обязательной переработки фотоэлектричексих элементов.

Silicon Valley Toxics Coalition (SVTC — коалиция по солнечной токсичности силиконовой долины) утверждает, что для того, чтобы солнечная энергия по-настоящему была «зеленой», производители солнечных батарей должны сокращать и в конечном итоге полностью отказаться от использования токсичных материалов в производстве.

Фотоэлектрические модули солнечных батарей, содержат вещества, такие как стекло, алюминий и полупроводниковых материалов, которые могут быть успешно восстановлены и повторно использованы, либо в новых фотоэлектрических модулях или в производстве других продуктов.

Необходимо применение новейших технологий и методологических подходов в области обращения с отходами, в том числе и солнечных батарей, что позволит предприятиям более успешно реализовывать свои экологические проекты, а также создать деловую площадку для обмена новейшими разработками и опытом в области переработки вторичного материала.

Сам процесс переработки фотомодулей солнечных батарей выглядит следующим образом:

-        вначале модули разделяются на куски, затем перерабатываются в специальной мельнице до фракции с частицами размером менее 5 мм;

-        полупроводниковая пленка удаляется в процессе выщелачивания, который занимает примерно 4–6 часов;

-        стекло отделяется от жидкости в сепараторе;

-        затем материал попадает на вибросито, который окончательно разделяет этиленовые и винилацетатовые фракции от стекла, которое попадает на очистку методом полоскания;

-        после очистки стекло помещается в контейнеры для дальнейшей утилизации, а вода после промывки стекла фильтруется для извлечения металлов;

-        соединения металлов выпадают в осадок в процессе выщелачивания с использованием гидроксида натрия. После этого они могут быть использованы в полупроводниковом производстве, в том числе производстве новых солнечных батарей.

Современный процесс переработки солнечных батарей может восстановить до 90 % стекла, пригодного для использования в новых продуктах и до 95 % полупроводниковых материалов для использования в новом производстве, в том числе фотоэлементов для солнечных батарей.

В будущем, автоматизированные процессы переработки сделают возможным достичь утилизации более 95 % и восстанавливать сырье без затрат, или даже с прибылью. Рециклинг оказывает положительное воздействие на весь энергетический и экологической баланс фотогальванических технологий.

Проекты по переработке фотогальванических элементов проводят важную подготовительную работу для развития более экологичного и эффективного процесса рециклинга в промышленных масштабах. Уже сейчас усовершенствованные методы переработки могут обрабатывать сильно поврежденные модули, а также тонкопленочные модули в более качественные продукты. Методы переработки также успешно применяются для травления солнечные батарей, в том числе разбитых для получения новых продуктов, таких как мелкозернистый кремний.

Стандартизированные и автоматизированные рабочие процессы позволяют получать экономически и экологически оптимальный результат переработки. В дальнейшем должна быть разработана эффективная система утилизации, которая сможет перерабатывать объемы будущих отходов, что даст толчок для устойчивого развития фотоэлектрической промышленности.

Материалы и соединения, используемые в фотогальванических продуктах существенно влияют на последующую возможность их утилизации. Таким образом, уже при разработке новой технологии производства солнечной энергии, важно рассматривать, как эти материалы и соединения могут быть демонтированы и повторно использованы. Например, в настоящее время органические фотоэлектрические элементы наносятся на стекло, пластик или бумагу. Каждый из этих материалов имеет свои минусы: невозможность эффективной переработки, низкая экологичность, ограниченная производительность и т. д. Новая технология (использование наноматериалов на базе целлюлозы из древесины) является самой экологичной и эффективной.

Исследователи разработали солнечные батареи с использованием природных субстратов, полученных из древесины [4]. Эти субстраты были переработаны в целлюлозные нанокристаллы (Cellulose Nanocrystal; CNC), из которых ученые создали оптически прозрачную (как лист) подложку. Свет легко проходит через этот материал, а затем он поглощается очень тонким слоем органического полупроводника. Новая органическая солнечная ячейка пока достигает эффективности преобразования 2,7 %, что, тем не менее, является беспрецедентно высоким показателем для ячеек, выполненных из полностью разлагаемого материала.

Такие фотоэлектрические элементы могут быть быстро переработаны с помощью воды в конце их жизненного цикла. Во время процесса переработки, солнечные батареи погружаются в воду при комнатной температуре. Через несколько минут субстрат CNC растворяется, и фотоэлектрические элементы могут быть легко разделены на основные компоненты. Повышение содержания органических элементов в солнечных батареях поможет решить извечную дилемму: как сделать так, чтобы при помощи фотогальванических элементов перестать быть зависимыми от неэкологичных горючих видов топлива, и в то же время созданием таких элементов не загрязнять окружающую среду.

Литература:

1.      1 Кучеров А. В. Сравнительный технико-экономический анализ альтернативных источников энергии России / А. В. Кучеров, О. В. Шибилева // Известия высших учебных заведений. Серия: Экономика, финансы и управление производством. 2012.- № 03.- С. 108–111.

2.      Бобров П. Тара Солнца / П. Боборов // http://one_vision.jofo.ru/212950.html.

3.      Рустамов Н. А. Стандартизация и нетрадиционная энергетика / Н. А. Рустамов, Т. И. Андреенко, К. В. Чекарев // ЭСКО Электронный журнал энергосервисной компании «Экологическик систем», 2007. — № 6(6).

4.      Для переработки солнечных панелей из древесины достаточно простой воды // http://greenevolution.ru/2013/04/02/dlya-pererabotki-solnechnyx-panelej-iz-drevesiny-dostatochno-prostoj-vody/.

Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, батарея, CNC, WEEE, модуль, материал, элемент, SVTC, IEA, Европейский Союз.


Похожие статьи

Инновации в разработке солнечных элементов

источники энергии, экономика, электроэнергетика, солнечный элемент, солнечные батареи, энергосбережение и экология, солнечная

Разработка трекера для солнечных модулей. Исследование влияния погодных условий на параметры работы солнечных батарей в...

Обзор солнечных панелей для систем автономного питания

солнечное излучение, панель, солнечная энергия, фотопреобразование энергии, солнечная панель, солнечная батарея, полупроводниковый материал, композитная пленка, годовая выработка, солнечная энергетика.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления...

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергией солнца перекрывается 70 % потребляемой энергии.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

Для преобразования солнечной энергии в постоянный электрический ток применяются солнечную батарею (солнечная панель, PV), работа которой основывается на фотоэлектрическом эффекте.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

Ключевые слова: автономное питание, ветроэнергетическая установка, солнечная энергетика, ветроэнергетика, алгоритм расчёта.

— число и расчётную производительность солнечных модулей; — ёмкость аккумуляторных батарей

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной

В таблице 1 приведены данные по эмиссии различных вредных веществ и соединений при производстве, солнечных элементов и модулей.

Солнечные ячейки на основе перовскитов | Статья в журнале...

Существует три типа солнечных батарей на основе перовскита, схематично они изображены на рисунке 2.

Согласно второму варианту (рисунок 2.б) в качестве пористой структуры используются нанотрубки (материал ZnO или TiO2).

Моделирование характеристик солнечного модуля

фотоэлектрический модуль, солнечный элемент, солнечное излучение, характеристика, фотоэлектрический элемент, солнечный модуль, солнечная энергия, разработанная модель, программный комплекс...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Инновации в разработке солнечных элементов

источники энергии, экономика, электроэнергетика, солнечный элемент, солнечные батареи, энергосбережение и экология, солнечная

Разработка трекера для солнечных модулей. Исследование влияния погодных условий на параметры работы солнечных батарей в...

Обзор солнечных панелей для систем автономного питания

солнечное излучение, панель, солнечная энергия, фотопреобразование энергии, солнечная панель, солнечная батарея, полупроводниковый материал, композитная пленка, годовая выработка, солнечная энергетика.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления...

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергией солнца перекрывается 70 % потребляемой энергии.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

Для преобразования солнечной энергии в постоянный электрический ток применяются солнечную батарею (солнечная панель, PV), работа которой основывается на фотоэлектрическом эффекте.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ...

Ключевые слова: автономное питание, ветроэнергетическая установка, солнечная энергетика, ветроэнергетика, алгоритм расчёта.

— число и расчётную производительность солнечных модулей; — ёмкость аккумуляторных батарей

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной

В таблице 1 приведены данные по эмиссии различных вредных веществ и соединений при производстве, солнечных элементов и модулей.

Солнечные ячейки на основе перовскитов | Статья в журнале...

Существует три типа солнечных батарей на основе перовскита, схематично они изображены на рисунке 2.

Согласно второму варианту (рисунок 2.б) в качестве пористой структуры используются нанотрубки (материал ZnO или TiO2).

Моделирование характеристик солнечного модуля

фотоэлектрический модуль, солнечный элемент, солнечное излучение, характеристика, фотоэлектрический элемент, солнечный модуль, солнечная энергия, разработанная модель, программный комплекс...

Задать вопрос