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Thermische Trennung

Thermische Trennung. Entwicklung eines Verfahrens zum Recycling von Solarzellen und Solarmodulen. TU Bergakademie Freiberg Institut für Anorganische Chemie (IAC) Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC) Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik (IWTT).

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Presentation Transcript

  1. Thermische Trennung Entwicklung eines Verfahrens zum Recycling von Solarzellen und Solarmodulen TU Bergakademie Freiberg Institut für Anorganische Chemie (IAC) Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC) Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik (IWTT) Chemische Behandlung

  2. Projektübersicht Defekte Solarmodule Pyrolyseofen Pyrolyse Wertstoffe: Metall Glas Rückgewonnene Solarzellen Pyrolyse-Gas Aufbau Pilot- anlage Nachverbrennung und Gasreinigung Chemische Behandlung Abgas Solarwafer

  3. Thermisches Abtrennen der Solarzellen aus der Kunststoffeinbettung IEC IWTT Miniaturofen + DTA / TG Abgasproblematik: Konzipierung einer Nachverbrennung

  4. Arbeitsinhalte IEC IWTT • Thermoanalytische Untersuch- • ungen (Thermowaage) • Einfluss von Aufheizgeschwin- • digkeiten • Einfluss der Sauerstoffkonzen- • tration • Aufheizbedingungen im • Technikumsofen • Erarbeitung kinetischer Kenndaten • Pyrolyse und Reaktionsverhalten • an Ausschnitten von PV-Modulen • Informationen zur Maßstabs- • übertragung • - Abgaszusammensetzung • - Anforderungen an den ther- • mischen Prozess • - Definition einer vorläufigen Pro- • zesshypothese • - Layout eines Technikumofens • - Umrüsten des vorhandenen • Labor-Schutzgasofens • - Versuche im Laborofen an • Modulteilen • - Erarbeitung von technologischen • Vorschriften für erste Versuche • in der Technikumanlage bei • Deutsche Solar • Explosionsschutz

  5. Abgasverbrennung (ITUA) • Modellierung der thermischen Nachverbrennung • Aufbau und Inbetriebnahme des Nachverbrennungs- • systems (Schnittstellenabgleich zum Pyrolyseofen) • Spurenstoffanalyse bei der Nachverbrennung • Werkstoffauswahl

  6. Chemische Behandlung (IAC) • Erfassung und Sondierung von Ausgangsmaterialien • Ätztests im Kleinmaßstab, Einzelbäder • Versuche zur separaten Metallablösung: Variation von verschiedenen Ätzsäuren • Versuche zur Kombination von Metallablösung und Siliciumätzung • Konzipierung einer Ätzlinie

  7. Element C H O N S Zusammensetzungen vom Kondensat aus EVA-Pyrolyse in Ma.-% Zusammensetzung 81,2 12,2 5,9 0,5 0,2 Davon ca. 2 Ma.-% Wasser ca. 12 Ma.-% Essigsäure, (berechnet 20 Ma.-%) ca. 80 Ma.-% Kohlenwasserstoffe Untersuchung der Pyrolyse von EVA (IEC) Sicherheitstechnik: obere und untere Explosionsgrenze

  8. Einfluss von O2-Gehalten im Spülgas sowie Modultemperatur (IEC)

  9. Maßstabsübertragung auf Pyrolyseofen (IWTT)

  10. Temperaturverteilung im Modul (IWTT) Problem: Auftreten thermischer Spannungen Problemlösungen: - Einstellung eines optimierten Temperaturgradienten - Steuerung von Aufheizregime und lokal kontrollierter Ablauf der Pyrolyse T [°C] Erhöhung der Ausbeute

  11. Materialauswahl für Nachverbrennungsofen (ITUA) Analyse Pyrolysegas Werkstoffauswahl Pyrolyseprodukte von PVF Gleichgewichtsmodellierung für Verwendung von Al2O3

  12. Schichtabtrag (IAC) FT-IR -CHx KOH/H2O2 -CHx XRD HNO3; HF KOH Al, Ag + Pb-Borosilikat RFA HF oder KOH HF TiOx oder Si3N4 Si Si Si Si

  13. 5 4 3 6 2 1 Oberflächenqualitäten (IAC) 1 – schwache Politur 2 - Politur 3 – Übergang 4 – Struktur Politur-Struktur (Gräben, Löcher) 5 – Struktur (Mattbeize) 6 - neutral

  14. Zusammenarbeit Abgaszusammensetzung IEC DS IWTT IAC variable Waferoberfläche Prozessbe- dingungen Prozess- hypothese Ätzprozess- Steuerung und Kontrolle Up-Scaling der Bäder Ofenregime; Abgas Gasanalysen „heile“ Wafer mit konstanter, nivellierter Oberflächensituation

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