Un băiat greu la dietă; revista pv Germania
Triple Green, Partea 4: Telurura de cadmiu este controversată deoarece conține un metal greu. Totuși, este un câștig pentru fotovoltaice. Modulele sunt imbatabil de ieftine și producția utilizează cu greu acizi sau toxine.
divide
Calm, cu zgomot redus și aproape complet automatizat: liniile de producție de la First Solar din Frankfurt an der Oder rulează sincronizate cu o linie de producție optimizată. Aici nu se dă niciun gram de material. Podeaua din holul spațios pare scurgeri, aerul din interior este la fel de curat ca în afara fabricii. Acesta trebuie să fie cazul, deoarece First Solar funcționează cu telurură de cadmiu. Acest semiconductor, care conține cadmiu de metale grele, este ideal pentru modulele cu film subțire. Praful care apare în timpul procesării modulelor este deosebit de important în producție, deoarece metalele grele își dezvoltă efectele dăunătoare în primul rând prin plămâni. Dacă este inhalat, cadmiul este suspectat de a provoca cancer - la fel ca praful de siliciu, care cauzează temuta silicoză.
Experții susțin dacă și cât de toxic este telurura de cadmiu. Deoarece aici cadmiul nu apare sub formă elementară, este păstrat într-o conexiune foarte stabilă. În absența unor studii de încredere, un război religios se dezlănțuie. Telurura de cadmiu este la fel de periculoasă ca cadmiul? Este posibil. Sau poate că nu este adevărat. Pentru a evita orice îndoială, în fabrica din Frankfurt se aplică o lege a purității, care face ca unele producții de celule pentru siliciu să pară destul de vechi.
First Solar și-a dezvoltat propriile instalații de producție. La început există paharul. După spălare, placa de sticlă este acoperită cu un contact frontal transparent (TCO) realizat din oxid de staniu dopat cu fluor. În camerele de separare, modulele primesc ceea ce este cunoscut sub numele de acoperire, un strat barieră din sulfură de cadmiu (CdS), astfel încât sodiul din sticlă să nu contamineze stratul de semiconductor. TCO și tamponul CdS alcătuiesc stratul de tip n. Stratul CdTe este de tip p. Este fabricat din granulat CdTe, care se evaporă în vid și se depune pe sticlă. Containerul cu granule este adus la linia de producție de către furnizor și conectat etanș la aer. Sistemul îl aspiră pentru a acoperi paharele.
„Camerele de separare și aburul sunt curățate automat”, explică Burghard von Westerholt, șeful uzinei din Frankfurt an der Oder. „Pentru a înlocui filtrele în timp util, monitorizăm continuu condițiile de presiune.” Scăderea de presiune din filtru arată cât de mult sunt infundate telurura de cadmiu și sulfura de cadmiu din porii acestuia. Filtrele sunt schimbate manual, furnizorul pentru granulat le ia și înapoi pentru eliminarea profesională.
După acoperire, clorura de cadmiu lichidă este utilizată pentru a susține cristalizarea și întărirea semiconductorului din cuptor. Laserii ard structura celulelor în strat. Praful rezultat este, de asemenea, extras imediat. Un laser taie 116 celule individuale de pe placă pentru a le conecta electric. Urmează partea din spate: contactul metalic de pe partea din spate a modulului din molibden, pelicula EVA și sticla din spate. Modulul sticlă-sticlă rămâne în laminator un sfert de oră pentru sudarea panoului solar. La sfârșitul liniei de producție, există testul modulului, cutia de joncțiune și ambalajul pentru vânzare.
Deranjul industriei
Telurura de cadmiu este inamicul temut al industriei siliciuului. First Solar a reușit să reducă enorm costurile modulelor, nu în ultimul rând prin concepte durabile în producție. Acest lucru pune producătorii de module din siliciu sub presiune. Prin urmare, Westerholt știe că nu trebuie să facă greșeli. Odată ce valorile limită sunt depășite, un singur accident și chestiunea se prăbușesc. Deoarece în mod normal cadmiul nu este permis în dispozitivele electronice. Acest lucru este stipulat în directiva europeană „Restricționarea utilizării anumitor substanțe periculoase”, sau RoHs pe scurt. Reglează ce substanțe periculoase nu mai pot fi utilizate în dispozitivele electronice. Cadmiul și compușii săi sunt interzise, precum și plumbul și mercurul. Până în prezent, însă, modulele fotovoltaice au fost excluse din RoHs.
Certificat, desigur
First Solar a fost, de asemenea, unul dintre primii mari producători de energie solară care a introdus un sistem de management de mediu la Frankfurt. Acest lucru a făcut compania unul dintre stimulatoarele cardiace din industria fotovoltaică, căreia îi place să se împodobească cu etichete precum „curat” și „verde”. „Certificarea conform ISO 14001 a fost o chestiune firească”, spune Burghard von Westerholt, director de producție la First Solar. Acest standard nu distinge produsele ecologice, ci procesele de producție ecologice. Spre deosebire de industria siliciului, producătorii de module fabricate din telurură de cadmiu au un avantaj imens: „Nu există acizi periculoși precum acidul fluorhidric în linia de module”, spune von Westerholt. „Doar în instalația de reciclare folosim acid sulfuric cu zece la sută pentru a slăbi semiconductorul de la sticla spartă.” Acidul caustic este circulat pentru a face o utilizare optimă a acestuia. Peroxidul de hidrogen ajută la separarea telururii de cadmiu de sticlă.
Furnizorul granulatului din telurură de cadmiu este compania 5Nplus, filiala germană a grupului canadian cu același nume. 5Nplus furnizează, de asemenea, Calyxo, fabrica Thalheimer pentru module de telurură de cadmiu din grupul Q-Cells, al doilea mare producător de module CdTe din Germania. Calyxo a fost lansat în 2005 cu 25 de megawați și a început o nouă fabrică cu 60 de megawați în vara anului 2009. Potrivit Andreas Wade, expert în mediu la Calyxo, compania din Thalheim folosește între 15 și 25 de grame de CdTe pe modul. Aceasta corespunde la șapte până la doisprezece grame de cadmiu pur, distribuite pe 1,2 pe 0,6 metri din aria modulului.
Optimizați procesele
Roth & Rau intenționează să ofere în viitor fabrici la cheie pentru module CdTe prin CTF. Din punct de vedere al producției ecologice, două puncte sunt esențiale: pe de o parte, camerele de separare în care se evaporă CdS și CdTe. Este important ca nici o uncie să nu intre în mediu. Al doilea punct: apele uzate din procesul de clorură. Pentru a-l curăța, este colectat în rezervoare de lot și neutralizat. Apa este eliberată în sistemul de canalizare numai după numeroase măsurători. În afară de cadmiu, este o neutralizare normală care lasă niște săruri. Principalul lucru aici este să legați cadmiul liber de leșie și să îl filtrați în timp util. Pentru a ține pasul cu First Solar în cursa pentru cele mai mici costuri, Dieter Bonnet vrea să înlocuiască depunerea în vapori a telururii de cadmiu cu pulverizare.
Sputteringul este, de asemenea, marele atu în acoperirea modulelor CIS și CIGS, deoarece procesul este relativ ieftin și nu necesită substanțe chimice umede. În brevetele sale, Bonnet propune blocuri de ținte care pot fi extrase din topituri CdS sau CdTe. Prin aceasta se înțelege plăcile voluminoase care servesc ca furnizor al straturilor de cadmiu. Aceasta ar fi o modalitate alternativă de granulare și nivel de clorură. Și asta ar fi problema fumurilor dubioase din lume. În principiu, procesul ar trebui să consume și mai puțină energie, deoarece pulverizarea necesită temperaturi mai scăzute decât depunerea de vapori. Cu toate acestea, există și o captură: țintele bloc sunt create dintr-o topire în care fierbe sulfura de cadmiu lichidă sau telurura de cadmiu. Similar siliciului, acest proces metalurgic consumă multă energie. Conform brevetului Bonnet, de exemplu, granulele CdS ar putea fi încălzite la 1.800 grade Celsius într-un rezervor de grafit cu oxid de bor. Oxidul de bor protejează topitura, care se răcește încet și se solidifică ca bloc. Pentru pulverizare, un vid de 200 până la 300 de grade Celsius este suficient pentru a aplica sulfura de cadmiu pe sticlă.
Stratul trebuie apoi să se întărească chiar sub temperatura de înmuiere a sticlei plutitoare la aproximativ 500 de grade Celsius. Dacă se folosește sticlă borosilicată, se poate încălzi puțin. Ceea ce la rândul său crește consumul de energie. Cu toate acestea, această sticlă specială este mai scumpă decât sticla float albă obișnuită pentru modulele solare. Telurura de cadmiu fierbe la 1.200 de grade Celsius. Pentru a pulveriza CdS și CdTe pe sticla frontală a modulului, Bonnet sugerează sublimarea în spațiu apropiat (CSS), o aplicație specială a tehnologiei de pulverizare. Permite straturilor să crească rapid: patru micrometri pe minut.
Proiectul pilot a fost amânat
Linia pilot din Apfelstädt lângă Erfurt nu funcționează încă. Inițial, linia de producție lungă de 400 de metri trebuia să înceapă producția la sfârșitul anului 2010 și să livreze 50 de megawați pe an. „Ar putea fi la începutul anului 2011”, spune Karl-Heinz Fischer de la CTF. „Suntem bine în termen.” Până în vară, CTF vrea să numească primul client industrial care îndrăznește să concureze cu First Solar și Calyxo. Cu module care sunt cu 1,2 cu 1,6 metri mai mari decât cele de la First Solar și Calyxo. Rămâne de văzut dacă pot reduce costurile First Solar. În primul rând, straturile de telurură de cadmiu din noua fabrică sunt depozitate prin vapori în mod tradițional. CTF Solar vizează costuri de un euro pe watt, First Solar este deja cu mult sub cel de la 0,70 cenți de euro și poate profita de planurile gigantice de expansiune. Eficiența este comparabilă, cel puțin pe hârtie: First Solar este în prezent cu aproape 11% în afara liniei. CTF promite valori similare, dar dovezile sunt încă în așteptare.
Cu toate acestea, oricine dorește să construiască module solare cu telurură de cadmiu are o problemă care este chiar mai mare decât problema metalului greu: liderul pieței First Solar. Până în prezent, comunitatea CdTe a fost, prin urmare, gestionabilă. Pe lângă First Solar și Calyxo, Abound Solar, AVA-Solar și Primostar Solar sunt pe piață. Producția reală de masă, cu capacități de 800 de megawați, ca în Malaezia, este disponibilă numai de la First Solar. Abound Solar ar putea deveni un concurent serios. Compania americană a construit o uzină de 130 de megawați la sfârșitul anului 2009. Costurile de fabricație ar trebui să fie în curând mai mici de un dolar pe watt.