Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: XXXIV Международной научно-практической конференции «Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 21 декабря 2020 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Энергетика и энергетические техника и технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Рыбаков А.О. ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ (ПАНЕЛЕЙ) // Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований: сб. ст. по матер. XXXIV междунар. науч.-практ. конф. № 12(27). – Новосибирск: СибАК, 2020. – С. 67-72.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ (ПАНЕЛЕЙ)

Рыбаков Александр Олегович

магистр, Красноярский государственный аграрный университет,

РФ, г. Красноярск

PROBLEM OF SOLAR ENERGY UTILIZATION MODULES (PANELS)

 

Rybakov Alexander Olegovich

Master's degree, Krasnoyarsk state agrarian University,

Russia, Krasnoyarsk

 

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены актуальные вопросы экологии. Был сделан обзор текущего состояния солнечной энергии, а также быстрого роста производства фотоэлектрических панелей. Рассмотрены варианты утилизации использованных панелей.

ABSTRACT

Topical issues of ecology are considered. An overview was made of the current state of solar energy, as well as the rapid growth of photovoltaic panel production. Options for recycling used panels are considered.

 

Ключевые слова: Солнечная батарея; проблема экологии; утилизация солнечных модулей.

Keywords: Solar battery; environmental problem; utilization of solar modules.

 

В условиях сокращения запасов энергии и ухудшения экологической ситуации в мире политика развитых стран в области энергетики кардинально изменилась. Альтернативные возобновляемые источники заменяют традиционные источники энергии, включая солнечную энергию [1].

Чрезмерное потребление ресурсов и производство пластмасс приводят к глобальному кризису управления отходами. Известно, что развитые страны производят чрезмерное количество отходов или мусора и сбрасывают его в океаны, а также в менее развитые страны. Удаление ядерных отходов представляет собой огромную опасность для здоровья. Пластик, фаст-фуд, упаковка и дешевые электронные отходы ставят под угрозу благополучие людей. Удаление отходов – одна из самых актуальных экологических проблем [1].

Солнечная энергия может стать одним из основных источников электроэнергии благодаря своим экологическим и экономическим преимуществам. В будущем солнечные панели могут покрыть огромный процент потребностей населения в электроэнергии [5].

Солнечная энергия в настоящее время является самым быстрорастущим и возобновляемым источником энергии в мире. Относительное снижение стоимости солнечной энергии сделало ее доступной для большего числа людей, чем когда-либо прежде, и ее использование увеличилось в геометрической прогрессии [2].

Хотя панели генерируют чистую и безопасную энергию, в их производстве используется много вредных веществ, таких как галлий, кадмий, мышьяк, свинец и т.д. Создание Свалок будут выбрасывать эти вещества в окружающую среду. В таблице 1 представлены типы, состав фотоэлектрических преобразователей и их КПД.

Таблица 1.

Типы фотоэлектрических преобразователей, состав и их КПД

Тип

Состав

КПД, %

Кремниевые

Поликристаллические

Монокристаллические

15

20

Тонкопленочные, на основе:

Аморфного кремния

Теллурида кадмия

Селенида меди-индия-галлия

Органические

10

10-11

12-13

10

Многопереходные (многослойные)

Двухслойная ячейка

Трехслойная ячейка

Многоячейные

42

49

68

 

В настоящее время все больше внимания уделяется использованию солнечной энергии для выработки электроэнергии. Производство энергии с помощью солнечных батарей используется для удовлетворения бытовых и технологических нужд нескольких потребителей [3].

В связи с повышением эффективности ФЭП их производство растет с каждым годом.

По этой причине существует серьезная проблема с утилизацией этих панелей в будущем. Возможное накопление истощенных полигонов ФЭП может вызвать экологические проблемы (рис. 1) [4].

 

Рисунок 1. Использованные солнечные панели

 

Необходимо дальнейшее расширение отрасли переработки панелей. Средний срок службы панели (модуля) составляет 20-30 лет, в зависимости от условий эксплуатации можно предположить, что в будущем может возникнуть острая необходимость в утилизации большого количества этих панелей, так как большинство панелей в настоящее время находящиеся в эксплуатации, еще не достигли конца срока полезного использования. Количество отходов значительно увеличится после 2020 года [6]. Прогнозируемый рост отходов от солнечной энергетике показано на рис. 2.

 

Рисунок 2. Прогнозируемое увеличение отходов от солнечной энергетике

 

Солнечные панели традиционно обрабатываются на заводах по переработке стекла общего назначения, где металлические рамы и кусочки стекла перерабатываются, а остальные части выбрасываются или сжигаются. В настоящее время существует несколько глобальных организаций по всему миру, которые работают над тем, чтобы переработка солнечных элементов была максимально полной.

В некоторых случаях фотоэлектрические модули можно повторно использовать или регенерировать и дать им «вторую жизнь» для выработки электроэнергии. С другими компонентами солнечных систем также можно обращаться ответственно. Например, инверторы можно утилизировать как электронные отходы, а рамы и стойки можно повторно использовать в новых технологиях или переработать, как другие металлы.

В настоящее время в большинстве стран нет надежной инфраструктуры для утилизации солнечных элементов. Поскольку солнечная энергетика - относительно молодая отрасль, ежегодные темпы демонтажа солнечных энергетических систем все еще невысоки. Большинство солнечных панелей, перерабатываемых ежегодно, еще не работают, просто повреждены или неисправны [7].

Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) прогнозирует, что без переработки к 2050 году глобальные отходы от производства фотоэлектрических панелей значительно вырастут и составят около 60-80 миллионов тонн (в целом). Поскольку все солнечные элементы содержат некоторое количество токсичных веществ, это может быть проблемой. Непреднамеренно выброшенные солнечные батареи могут оказаться на больших свалках с негативными последствиями для окружающей среды. Но помимо защиты окружающей среды, переработка солнечных панелей также экономически эффективна. Природные запасы некоторых редких элементов, содержащихся в солнечных модулях (например, галлия, индия), со временем истощаются. Их можно спасти, переработав солнечные панели, и они будут продолжать использоваться для производства новых солнечных панелей и других продуктов. По оценкам экспертов IRENA, переработка вторичных солнечных модулей может принести к 2050 году доход до 15 миллиардов долларов [7].

Как упоминалось ранее, некоторые материалы, из которых состоят солнечные панели, можно использовать повторно: стекло, алюминий, медь и полупроводники. Например, кристаллические кремниевые батареи содержат около 76-77% стекла, 10-12% полимерных материалов, около 8-9% алюминия, 5-6% кремниевых полупроводников, около 1% меди, и другие металлы - не более 0,1% (серебро, олово, свинец, галлий, мышьяк и др.). Доля стекла в тонкопленочных модулях значительно выше - от 88 до 97% в разных моделях. Однако они часто содержат токсичные соединения, такие как теллурид кадмия и диселенид индия и меди. Утилизируется от 85 до 95% «солнечных отходов» - алюминиевые рамы, полки и стеллажи, стекло. Остальные отходы состоят из самих фотоэлектрических модулей, металлических листов, распределителей, соединительных проводов, контактных коробок, печатных плат, свинцового припоя.

Есть два основных способа утилизации панелей. Это так называемый «тонкий», когда с используемых панелей для обработки снимаются практически все элементы, и второй вариант - «черновая обработка», когда удаляются только основные материалы (алюминий, пластик, стекло). В «тонкой обработке» модули предварительно обрабатываются, удаляется ламинат, удаляются стекло и металлы.

Но поскольку сегодня солнечных отходов относительно мало, они перерабатываются в основном на заводах по переработке стекла и металла. По сути, это процесс «грубой обработки», при котором драгоценные и экологически опасные металлы не восстанавливаются или не утилизируются должным образом. Поэтому многие компании думают о том, как сделать процесс утилизации солнечных элементов наиболее идеальным и экологически чистым.

Быстрое развитие солнечной энергетики приведет к увеличению количества солнечных панелей, которые необходимо будет утилизировать или утилизировать в ближайшие годы. Поэтому в некоторых странах производители солнечных панелей обязаны соблюдать законодательные требования и стандарты утилизации. Например, сегодня в Европе до 70% материалов, из которых состоят солнечные модули, восстанавливаются для повторного использования.

Учитывая срок службы солнечных панелей, увеличение объемов переработки можно ожидать уже в начале 2030-х годов. Важно, чтобы эти панели можно было перерабатывать как ценные ресурсы, которые можно было бы использовать для производства большего количества солнечных панелей, которые в конечном итоге оказывались на свалках, и, таким образом, хуже того, токсичные соединения попадают в окружающую среду.

Вывод: Сегодня отходы солнечных электростанций не являются глобальной проблемой, потому что их количество невелико - доля одного процента электронных отходов, образующихся на планете каждый год. При этом уже комплексно проработана задача эффективной утилизации использованных солнечных панелей. Компании-производители имеют возможность упростить переработку солнечных панелей, а некоторые компании уже предприняли шаги, чтобы сделать этот процесс максимально экологически безопасным. Многие химические вещества могут быть переработаны благодаря своей ценности. Когда производители заинтересованы в переработке этих материалов, они сокращают расходы. Кроме того, новые технологии солнечных панелей открыли путь к использованию биологических продуктов с меньшим воздействием на окружающую среду.

 

Список литературы

  1.  Экологические проблемы [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://kratkoe.com/ekologicheskie-problemyi-soobshhenie-kratko/(дата обращения: 1.12.2020)
  2.  Утилизация солнечных батарей – [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://solarpanel.today/utilizaciya-solnechnih-paneley/ (дата обращения 25.07.2020).
  3. Типы солнечных батарей и их КПД – [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://utem.org.ua/materials/show/tipy_solnechnyh_batarey (дата обращения 4.12.2020).
  4. Фотоэлемент – [Электронный ресурс]. Режим доступа: Wikipedia Modernized URL: http://www.wikiwand.com/ru/  (дата обращения 5.12.2020).
  5. Опасны ли солнечные панели? «Зеленая» энергетика и жизнь – [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://naukatehnika.com/naskolko-bezopasnaya-zelenaya- energetika-solnechnyh-panelej.html  (дата обращения 25.07.2020).
  6. Кучеров А.В., Шибилева О.В. Использование  солнечных батарей с учетом рециклинга // Молодой ученый. – 2014. – №11. – С. 166-168.
  7. Утилизация солнечных батарей – [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://solarpanel.today/utilizaciya-solnechnih-paneley/#h7 (дата обращения 6.12.2020).
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом