La catena del valore del fotovoltaico più verde d’Europa
La missione dell’UE è rendere la produzione energetica più sostenibile attraverso l’impiego di fonti energetiche pulite e rinnovabili. Nonostante i sistemi a energia solare stiano sempre più prendendo piede, il modus operandi si basa ancora su una logica di «prendi-produci-smaltisci». Estrarre risorse, trasformarle in prodotti e semplicemente scartarle alla fine è un processo molto dispendioso in termini di risorse, che spreca materiali preziosi. Il progetto Eco-Solar, finanziato dall’UE, ha puntato a massimizzare l’efficienza delle risorse e ad integrare il pensiero dell’economia circolare. «Eco-Solar fa sua l’idea che bisogna guardare all’intera catena del valore: cristallizzazione del lingotto, taglio di wafer, produzione di celle e assemblaggio di moduli», spiega Martin Bellmann, responsabile del progetto. Miglioramenti al processo di cristallizzazione Eco-Solar ha introdotto una tecnica semplice ed economica per il recupero di oltre il 95 % del gas argon utilizzato per la cristallizzazione del lingotto di silicio. Il metodo si basa sulla combustione chimica a ciclo continuo che converte le specie combustibili presenti nei flussi dei gas di scarico in anidride carbonica e acqua, consegnando un argon di elevata purezza, che può essere riutilizzato direttamente. Per i lingotti di silicio cristallizzati, i ricercatori hanno proposto crogioli basati su ceramiche di nitruro di silicio che possono essere riutilizzate. Questi crogioli non solo consentono una facile rimozione dei lingotti dopo il completamento del ciclo di produzione, ma impediscono anche l’ingresso di impurità nel silicio e riducono le sollecitazioni prodotte durante la cristallizzazione. Miglioramenti nel taglio e nell’affettatura dei wafer I wafer di silicio vengono prodotti affettando grossi blocchi di silicio. Eco-Solar ha migliorato il processo di taglio utilizzando fili diamantati più sottili di circa 60 μm. Il progetto ha anche studiato il riciclaggio della polvere di silicio prodotta durante la formazione dei wafer di silicio. «Il processo di taglio industriale è uno spreco se si pensa che ben il 45 % del prezioso materiale originale viene perso in polvere di silicio fine che finisce nelle discariche», osserva Bellmann. La nuova tecnica di Eco-Solar raffina i rifiuti in modo che possano essere riutilizzati come materia prima secondaria per la cristallizzazione del lingotto di silicio, per la produzione di crogioli di nitruro di silicio e per le batterie agli ioni di litio. Riduzione al minimo del contenuto di argento e del consumo di acqua Il fosforo diffuso nel wafer di silicio è uno dei passaggi più critici nella produzione di celle solari. I partner del progetto hanno combinato con successo diverse fasi di incisione e pulitura chimica a umido dopo la diffusione del fosforo in un unico processo che riduce gli sprechi e l’impronta di carbonio nella produzione delle celle solari. Hanno inoltre studiato il potenziale di alcuni sistemi industriali in grado di risparmiare oltre il 90 % di acqua sprecata dopo la lavorazione del wafer. I partner del progetto hanno anche sperimentato diverse architetture di celle solari per ridurre al minimo l’uso di argento. Uno schema di interconnessione migliorato che elimina la necessità di saldare un nastro di contatto sul lato posteriore delle pastiglie argentate e sul lato anteriore delle sbarre collettrici riduce il contenuto di argento del 35 %. Riparazione e riciclaggio di celle solari Un altro risultato del progetto è stato lo sviluppo di un sistema automatizzato per il riconoscimento di piccoli difetti nelle celle solari. Questo «dottore della cella», che taglia o isola le aree della cella non difettose grazie all’elaborazione laser, può ridurre la quantità di celle solari rottamate del 50 %. I partner del progetto hanno anche dimostrato la possibilità di riaprire i moduli alla fine del loro ciclo vitale e di smontarli nei loro componenti principali. Le apparecchiature automatizzate per lo smontaggio dei moduli sono state progettate insieme agli strumenti di diagnosi per la selezione della qualità dei componenti del modulo. I concetti lungimiranti di Eco-Solar promuovono l’efficienza delle risorse, il riutilizzo e il riciclaggio lungo l’intera catena del valore. Ciò si dimostrerà fondamentale per ottenere energia solare sostenibile in Europa.
Parole chiave
Eco-Solar, cella solare, cristallizzazione, modulo, catena del valore, riciclaggio, efficienza delle risorse, argon, fosforo, fotovoltaico, ceramiche di nitruro di silicio