لماذا تعتبر الألواح الشمسية عند نهاية عمرها صعبة للغاية لإعادة التدوير؟

كيف يساعد الانحلال الحراري في فصل المواد المركبة: رؤى من مشروع يانغتشو لشركة جينبينغ

يمكن للوحة شمسية توليد الكهرباء لمدة تتراوح بين عشرين إلى ثلاثين سنة. ومع ذلك، بمجرد أن تصل إلى نهاية عمرها الخدمي، يبدأ تحدٍ مختلف. ما يبدو أنه مجرد مزيج بسيط من الزجاج وإطار من الألمنيوم هو في الواقع مركب متعدد الطبقات مصفوف بإحكام. استعادة المواد الخاصة بها يعني فصل تلك الطبقات دون الإضرار غير الضروري بالزجاج والخلايا السيليكونية والمعادن - أو نقل العبء البيئي إلى عملية أخرى.

اللوح الشمسي هو مجموعة من المواد مجتمعة معًا بواسطة التصميم

الأجزاء الأكثر وضوحًا من وحدة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري هي الزجاج الأمامي والإطار المصنوع من الألومنيوم. أسفل الزجاج توجد أفلام التغليف EVA أو POE، وخلايا السيليكون، وأشرطة النحاس، والموصلات المحتوية على الفضة، والغطاء الخلفي. هذه المواد ملتصقة معًا بحيث يمكن للوحدة الصمود لعقود من الحرارة والرطوبة والرياح والتعرض للأشعة فوق البنفسجية.

تخلق هذه المتانة المشكلة الأساسية لإعادة التدوير: كلما كانت الرابطة أقوى أثناء الاستخدام، أصبح فصل المواد في نهاية العمر أصعب. التكسير المباشر بسيط، لكنه يمكن أن يكسر الزجاج والسيليكون والمعادن إلى جزيئات مختلطة، مما يقلل من كفاءة الفصل وقيمة المواد. يمكن للطرق الكيميائية استهداف طبقات محددة، لكن يجب مراعاة استهلاك الكواشف ومعالجة النفايات السائلة والتكلفة. كما أن الاحتراق عالي الحرارة يتطلب أيضًا التحكم الدقيق في الانبعاثات، لا سيما عند وجود أغطية خلفية فلورية.

لماذا يمكن أن يخدم التحليل الحراري كخطوة لفصل الطبقات

مشروع إعادة تدوير وحدات الطاقة الشمسية الفوتوفولطية قيد التركيب حاليًا في يانغتشو، مقاطعة جيانغسو. النهج المتبع هو عدم حرق الألواح كاملة. يتم إزالة الإطارات الألومنيوم والصناديق الوصلات والكابلات أولاً. ثم يتم تسخين الهيكل المتبقي للوحدة في بيئة مغلقة محدودة الأكسجين بحيث يتحلل الغلاف الواقي وبعض البوليمرات الخلفية المختارة تدريجيًا ويفقد وظيفته الالتصاقية تدريجيًا.

إذا تم مقارنة وحدة متقاعدة برقائق مضغوطة بإحكام، فإن السحق المباشر يشبه تحطيم الكومة بأكملها مرة واحدة. تقشير التحلل الحراري أقرب إلى فك الالتصاق بين الطبقات أولاً. الغرض هو الحفاظ على السلامة النسبية للزجاج والخلايا والأشرطة حيثما أمكن، مما يخلق ظروفًا أفضل للفصل والتنظيف وتنقية المواد في المراحل التالية.

كيف تتحرك الوحدة المنتهية العمر ضمن عملية إعادة التدوير

ملخص العملية: تحديد الوحدات وفكها → تقليل الحجم عند الحاجة → تقشير بالحرارة في وجود أكسجين محدود ومغلق → تكثيف الزيت والغاز ومعالجة الغازات المتبقية → فصل الزجاج والخلايا والشرائط → تنقية المواد وإعادة استخدامها في العمليات اللاحقة.

1. حدد الوحدة وقم بتفكيكها. الوحدات ذات الغطاء الخلفي الزجاجي، والوحدات المزدوجة الزجاج، والتراكيب الخلفية المختلفة لا تتطلب نفس استراتيجيات المعالجة المسبقة أو التحكم في الانبعاثات. بعد التحديد، يمكن إزالة الأطر المعدنية والألمنيوم وصناديق التوصيل والكابلات بحيث لا تدخل المواد التي لا تتطلب معالجة حرارية إلى نظام التحلل الحراري.

2. قم بإجراء تقشير التحلل الحراري المسيطر عليه. تتحلل البوليمرات المغلفة تحت تسخين محدود الأكسجين. تمر الأبخرة الناتجة إلى أنظمة التكثيف وتنقية الغازات. وفقًا لمتطلبات السلامة والتحكم في العملية، يمكن إعطاء الأولوية للغاز القابل للاحتراق غير القابل للتكثف كمصدر حراري إضافي للنظام. لا تكون نسب إنتاج النفط والغاز ثابتة؛ إذ تعتمد على نوع البوليمر ومحتوى البوليمر وظروف التشغيل.

3. قم بفصل وتحسين المواد الصلبة. بعد الفصل الطبقي، تتحرك الزجاج والخلايا السيليكونية وأشرطة النحاس والمكونات الأخرى إلى مرحلة التنظيف أو الفرز أو التكرير. يحسن التحلل الحراري إمكانية الفصل؛ وما إذا كان يمكن لكل جزء دخول سوق ذا قيمة أعلى لا يزال يعتمد على المعالجة اللاحقة ومواصفات الجودة للطرف المستلم.

ما هي المواد التي يمكن استردادها بعد التحلل الحراري؟

التحلل الحراري لا يحول وحدة الخلايا الضوئية إلى منتج واحد. إنه يطلق المواد التي كانت مرتبطة معًا سابقًا بحيث يمكن التعامل معها من خلال طرق استرجاع منفصلة. القيمة الأساسية عادة تكمن في الألمنيوم والزجاج والسيليكون والمعادن، بدلاً من الكمية الصغيرة نسبيًا من النفط والغاز الناتج عن طبقات البوليمر.

الجدول 1. المكونات الرئيسية للوحدات الكهروضوئية من السيليكون البلوري في نهاية العمر وطرق الاسترداد المحتملة.

هل التحلل الحراري يعني تلقائيًا إعادة التدوير خالية من التلوث؟

لا. التحلل الحراري يتجنب الاتصال المباشر بين المادة واللهب المفتوح ويسهل جمع غازات العملية في نظام مغلق. ومع ذلك، فإن اختيار التحلل الحراري لا يضمن تلقائيًا الانبعاثات المطابقة للمعايير. يعتمد الأداء البيئي على ما إذا كانت عملية تحديد مواد التغذية، التغذية المغلقة، التحكم في درجة الحرارة والضغط، تكثيف الأبخرة، إدارة الغاز غير القابل للتكثيف، تنقية الغازات الناتجة، والمراقبة التشغيلية تعمل كنظام متكامل واحد.

تتطلب الأوراق الخلفية المحتوية على الفلور اهتمامًا خاصًا. تختلف مواد الوحدات حسب فترة الإنتاج والصانع. يجب على المشروع تحديد المكونات الحساسة للفلور والكلور والمكونات الأخرى في البداية وتكوين وحدات امتصاص أو امتزاز أو معالجة غازية أخرى مناسبة وفقًا لذلك. وتُظهر الأبحاث العامة من IEA PVPS Task 12 أيضًا أن إعادة تدوير وحدات الطاقة الضوئية عمليًا عادةً ما تجمع بين التفكيك والمعالجة الميكانيكية والمعالجة الحرارية والمعالجة الكيميائية والتنقية اللاحقة بدلاً من الاعتماد على تقنية واحدة فقط.

ما يوضحه مشروع يانغتشو لـ جينبينغ

يُعرف التحلل الحراري على نطاق واسع لعلاج الإطارات البلاستيكية والنفايات البلاستيكية. كما يمكن تقييم المبدأ الأساسي لمصادر المواد الأخرى التي تحتوي على كسور عضوية قابلة للتحلل الحراري، بما في ذلك بعض رواسب النفط المختارة والكتلة الحيوية والنفايات الصناعية المركبة. يتصرف كل مصدر مواد بشكل مختلف، لذلك يجب مطابقة تصميم المفاعل ودرجة حرارة التشغيل ووقت الإقامة والتكثيف ومعالجة الغاز مع المادة. لا توجد مجموعة موحدة من المعلمات يمكنها معالجة كل تيار نفايات بشكل فعال.

بالنسبة لجينبنج، مشروع يانغتشو ليس مجرد تركيب مفاعل آخر. فهو يطبق الخبرة المكتسبة في المعالجة الحرارية على سياق جديد للمواد المركبة. يجب أن يربط النظام بين تفكيك الجزء الأمامي، التغذية المستقرة، الفصل بالتحلل الحراري، التعامل مع الأبخرة، التحكم في الانبعاثات وواجهات الفصل في المراحل اللاحقة. تعتمد النجاح ليس فقط على ما إذا كان المفاعل يمكن أن يصل إلى درجة الحرارة المطلوبة، بل أيضًا على ما إذا كان يمكن تنظيم هذه المراحل في مسار عملي لاستعادة الموارد.

تأسست في 2008، تقوم شركة شانغتشيو Jinpeng Industrial Co., Ltd. بتطوير وتصنيع معدات التحلل الحراري، والتقطير، والمعدات ذات الصلة باستعادة الموارد. وقد سلمت الشركة أكثر من 1,600 مجموعة من المعدات، وتمتلك أكثر من 60 براءة اختراع وشهادات، وتحافظ على ISO 9001، ISO 14001 والشهادات ذات الصلة CE.

تُظهر هذه الأرقام الخبرة المتراكمة، لكن المشروع يعتمد في النهاية على التسليم المستمر عبر تحليل المادة الخام وتصميم العملية والتصنيع والتركيب والاختبار والتدريب على التشغيل. لذلك، يمثل مشروع يانغتشو أكثر من مجرد مرجع لمعدات إضافية: فهو يظهر التطور المستمر لشركة جينبينج من مصنع لمعدات الانحلال الحراري إلى شريك هندسي لحلول تحويل النفايات إلى منتجات متكاملة.

إعادة تدوير الطاقة الضوئية تتطلب سلسلة قيمة كاملة

مع دخول أجيال سابقة من وحدات الطاقة الشمسية مرحلة التقاعد، يجب على الصناعة التأكد من أن معدات الطاقة النظيفة تُدار بطريقة مسؤولة في نهاية عمرها. لا ينبغي الحكم على أداء إعادة التدوير فقط بما إذا تم معالجة الوحدة. بل يجب أيضًا تقييمه بناءً على مدى فعالية فصل المواد، والتحكم في الانبعاثات والمخلفات، وما إذا كانت الأجزاء المسترجعة لها وجهات موثوقة بعد المعالجة.

التحلل الحراري ليس الحل الوحيد لإعادة تدوير وحدات الخلايا الكهروضوئية، ولا ينبغي تقديمه كحل مختصر يحل محل كل خطوة أخرى. قيمته العملية أكثر تحديدًا: يمكنه معالجة واحدة من أصعب المراحل في استرداد المواد المركبة من خلال تفكيك طبقات الترابط البوليمرية وفتح طريق للفصل الميكانيكي والتنقية وإعادة الاستخدام. يوضح مشروع يانغتشو كيف يمكن لتكنولوجيا المعالجة الحرارية أن تمتد من التطبيقات التقليدية للنفايات إلى الاستخدام الدائري للمواد الجديدة للطاقة.

مذكرة مرجعية

الحدود التقنية الموصوفة في هذه المقالة مستندة إلى مهمة PVPS التابعة لوكالة الطاقة الدولية المتاحة للجمهور12تقرير عن إعادة تدوير الوحدات الكهروضوئية، معلومات الشركة المنشورة لجينبنج والمعلومات الفعلية للمشاريع من يانغتشو.

تنويه: تعتمد القدرة على المعالجة، ومعدلات الاسترداد، وتوزيع المنتج، وجودة المنتج على تركيبة المواد الخام، وتصميم الوحدة، ومعلمات التشغيل، وظروف المصنع الفعلية، ومتطلبات المشروع المحلية. لا يشكل هذا المقال ضمان أداء لأي مشروع محدد.