Células solares PERC de silicio 100% reciclado
Alrededor de diez mil toneladas de silicio en módulos fotovoltaicos desechados terminan en el mercado de reciclaje anualmente en Alemania. Esta cifra aumentará a varios cientos de miles de toneladas anuales en 2029. En la actualidad, el aluminio, el vidrio y el cobre de los módulos desechados se reprocesan, pero no las células solares de silicio.
Subproductos del proceso de tratamiento en Reiling GmbH, de los que se separan y recogen los fragmentos de células solares (izquierda). Silicio purificado y obleas fabricadas con silicio 100% reciclado (centro). Células solares PERC fabricadas con 100% de silicio reciclado con una eficiencia del 19,7% (derecha).
© Fraunhofer ISE
Para poder reutilizar el silicio, los investigadores del Centro Fraunhofer de Silicio Fotovoltaico CSP y del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE, junto con la mayor empresa alemana de reciclaje de módulos fotovoltaicos, Reiling GmbH & Co. KG, han desarrollado una solución en la que el silicio de los módulos desechados se recicla a escala industrial y se reutiliza para producir nuevas células solares PERC.
En Alemania, unas diez mil toneladas de silicio de los módulos fotovoltaicos desechados acaban en el mercado del reciclaje cada año. Esta cifra aumentará a varios cientos de miles de toneladas anuales en 2029. Actualmente, el aluminio, el vidrio y el cobre de los módulos desechados se reprocesan, pero no las células solares de silicio. Para poder reutilizar el silicio, un grupo de trabajo del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE y la mayor empresa alemana de reciclaje de módulos fotovoltaicos, Reiling GmbH & Co. KG, han desarrollado una solución en el Centro Fraunhofer de Silicio Fotovoltaico CSP de Halle (Saale), en la que el silicio de los módulos desechados se recicló a escala industrial y se reutilizó para producir nuevas células solares PERC.
La mayoría de los sistemas fotovoltaicos en Alemania se instalaron entre 2009 y 2011, durante la primera ola de expansión fotovoltaica. "A esta expansión le seguirá previsiblemente una primera oleada de desecho veinte años después, en torno a 2029, cuando expire la tarifa de alimentación de los módulos fotovoltaicos instalados", explica el Prof. Dr. Andreas Bett, director del Instituto Fraunhofer ISE. "Por lo tanto, es necesario establecer procesos y procedimientos adecuados para recuperar el material de silicio de los módulos desechados en una fase temprana". Ya en 2021, la cantidad total instalada de módulos fotovoltaicos en Alemania era de unos cinco millones de toneladas, con un contenido de silicio de 150.000 toneladas. Como material semiconductor, el silicio es el principal componente de las células solares.
Un grupo de trabajo de Fraunhofer CSP, junto con Reiling GmbH & Co. KG, ha desarrollado un proceso para recuperar el material de silicio con financiación del Ministerio Federal de Economía y Clima alemán BMWK (antes BMWi). Con este proceso, es posible reciclar todos los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino, independientemente del fabricante y del origen. El Prof. Dr. Peter Dold, director del proyecto en Fraunhofer CSP, explica: "Si no fuera así, esto supondría demasiado trabajo para las empresas de reciclaje. Para nosotros era importante desarrollar un proceso escalable que tuviera sentido desde el punto de vista económico. Se puede hacer mucho en el laboratorio, pero nuestro nuevo proceso debería demostrar su eficacia en la práctica para la industria del reciclaje".
Para el proceso, los fragmentos de células solares se separan y recogen de los subproductos del proceso de reciclaje mecánico, que ya está establecido. En Fraunhofer CSP, los fragmentos de células con tamaños de entre 0,1 y 1 milímetro se liberan primero del vidrio y el plástico mediante varios procesos de clasificación. A continuación, se eliminan paso a paso el contacto trasero, los contactos de plata, la capa antirreflectante y, por último, el emisor mediante grabado químico húmedo. El silicio limpiado de este modo se transforma en lingotes monocristalinos o casi monocristalinos en procesos estándar y luego en obleas.
La cristalización se lleva a cabo con un 100% de silicio reciclado sin añadir silicio comercial ultrapuro. Las obleas de silicio reciclado se fabricaron en células solares PERC en el PV-TEC del Fraunhofer ISE. En la primera prueba, la eficiencia de conversión de las células solares fue del 19,7%. "Esto está por debajo de la eficiencia de las actuales células solares PERC de primera calidad, que tienen una eficiencia de alrededor del 22,2%, pero está ciertamente por encima de la de las células solares de los viejos módulos desechados", dice Dold, poniendo los resultados iniciales en contexto."
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