Literature review: UMG vs MG silicon/pt

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• O silício é o material dominante.
• Há demanda por matéria-prima de silício de baixo custo para energia solar (SoG-Si).
• O MG-Si é produzido comercialmente através da redução do óxido de silício (quartzo) com carbono em fornos de arco submerso.
• Contém impurezas como Fe, Al, Ti, Mn, C, Ca, Mg, B, P e assim por diante.
• A pureza mínima exigida do silício para aplicações fotovoltaicas é 6N e para wafers de silício usados ​​na indústria de semicondutores é 9N.
• O desenvolvimento de várias rotas alternativas ao processo químico tradicional da Siemens para a produção de silício puro foi acelerado, e o polisilício produzido por este método ainda é o tipo de matéria-prima de silício mais utilizado para a fabricação de células solares. Em 2009, ele detinha uma participação de mercado de 97,5% de toda a matéria-prima de silício utilizada para a produção de células solares, enquanto o restante (2,5%) era representado por materiais de silício de grau metalúrgico aprimorados e sucata de silício da indústria de semicondutores ^{[ 2 ]}
• A principal vantagem alegada pelos fabricantes que desenvolveram rotas de refino metalúrgico dedicadas diz respeito à baixa taxa de consumo de energia.
• Segundo a Noruega, a França e a China, o SoG-Si produzido através da combinação de métodos metalúrgicos pode fornecer os níveis de impurezas necessários para aplicações fotovoltaicas, como 0,3 ppmw de B, 0,6 ppmw de P e 1-10 ppmw de metais.
• processo de purificação de silício >> tratamento de escória, lixiviação ácida, solidificação direcional, refino por segregação, purificação por plasma, segregação pós-plasma, sopro de gás, refino a vácuo, oxidação para remoção de B, tratamento a vácuo para remoção de P ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

• O silício de grau solar (SoG-Si) é um material fundamental para o desenvolvimento de células fotovoltaicas de silício cristalino (PV), que devem atingir o nível de terawatts nos próximos anos e cerca de 50 TW em 2050.
• UMG >> em termos de custo e qualidade
• Avaliação do ciclo de vida (ACV) do UMG obtido pelo processo FerroSolar
• Foram consideradas duas matrizes energéticas diferentes, com intensidades de carbono baixas e altas.
• A geração de eletricidade fotovoltaica utilizando UMG em vez de polisilício leva a uma redução global das emissões de gases de efeito estufa de mais de 20%, juntamente com uma melhoria no tempo de retorno energético (EPBT) de 25%, atingindo valores significativamente baixos de 12 gCO2eq/kWh e 0,52 anos, respectivamente.
• O setor de energia é o principal responsável pelas emissões mundiais de gases de efeito estufa (GEE), com aproximadamente 70%, devido à participação predominante dos combustíveis fósseis. ^{[ 9 ]}
• a descarbonização do setor energético é obrigatória para atingir o objetivo de limitar o aumento da temperatura média global a 1,5 °C, conforme estabelecido no Acordo de Paris, em 2016. ^{[ 10 ]}
• A energia fotovoltaica é economicamente viável ^{[ 11 ] [ 12 ]}
• Atualmente, a tecnologia de silício cristalino representa mais de 95% do mercado mundial e pode-se assumir com segurança que permanecerá assim nos próximos anos ^{[ 13 ] [ 14 ].}
• Atualmente, a demanda de mercado por silício de grau solar é quase completamente atendida pelo polisilício, produzido por diferentes configurações do processo Siemens.
• Alternativas ao polissilício da Siemens incluem o silício solar produzido em reator de leito fluidizado (FBR) e o silício de grau metalúrgico aprimorado (UMGSi), e até mesmo a redução carbotérmica direta da sílica.
• O silício UMG avaliado neste trabalho foi fabricado pela rota metalúrgica através do processo desenvolvido pela Ferrosolar na Espanha. ^{[ 15 ]}
• Em um teste anterior de produção em massa, realizado em linhas de produção comerciais de células e módulos solares, esta matéria-prima provou ser adequada para aplicações fotovoltaicas, atingindo, em uma linha de produção convencional, até 20,76% de eficiência de células solares com células multicristalinas feitas de silício UMG 100%. ^{[ 16 ] [ 15 ]}
• ACV baseada em processos, de acordo com as Diretrizes Metodológicas sobre ACV de Eletricidade Fotovoltaica publicadas pela Agência Internacional de Energia (IEA) ^{[ 17 ]}
• LCI
  • Eficiência do módulo: 18,43% (UMG), 18,55% (poli Si)
  • berço para usar
  • O transporte dos diferentes materiais entre as etapas de produção não foi considerado, com exceção do transporte dos módulos fotovoltaicos até o local de instalação.
  • já foi demonstrado anteriormente que o transporte representa apenas uma pequena parte do impacto final na eletricidade ^{[ 18 ]}
  • o ano de referência usado para ambas as misturas é 2018, para o qual estavam disponíveis dados homogêneos. A mistura espanhola foi selecionada porque o processo Ferrosolar se destina a ser realizado nas instalações localizadas em Puertollano, Espanha ^{[ 15 ]} e pode ser considerada entre as misturas de menor intensidade de carbono.
  • O inventário para estrutura de montagem e instalação elétrica foi calculado a partir de dados reais atuais coletados do Projeto TINOSA, composto por várias usinas, com uma potência instalada total de 180 MWpk. ^{[ 19 ]}
• A gestão do fim da vida (EoL) foi retirada deste estudo devido à falta de dados em escala industrial, uma vez que estes sistemas fotovoltaicos ainda não atingiram o volume mínimo necessário para processos económicos de reutilização e reciclagem que serão necessários até ao final da próxima década ^{[ 20 ].}
• Não se deve encontrar diferença na reciclagem entre o polisilício e o UMG-Si, uma vez que se espera que a recuperação do silício forneça silício de baixa qualidade (semelhante ao grau metalúrgico) ^{[ 21 ].}
• O silício UMG da Ferrosolar para aplicações solares possui uma concentração de boro inferior a 0,2 ppmw e uma concentração de fósforo que pode ser ajustada entre 0,1 e 0,3 ppmw. A concentração de metais é inferior a 0,5 ppmw (incluindo Fe, Al, metais de transição, alcalinos e alcalino-terrosos). Essas especificações são adequadas para aplicações em silício multicristalino. Para fins de controle de estoque, o processo foi dividido em suas etapas principais: escória, refino a vácuo e solidificação direcional. Dois processos adicionais foram modelados: uma etapa de fusão inerte, cujo objetivo é reciclar o material de Si não puro das etapas finais do processo para reduzir o consumo de material, e uma etapa final na qual se obtém a formulação final do produto.
• Como era de se esperar, devido à maior intensidade de carbono de sua matriz energética, o resultado da categoria UMG-CN CC é 33% superior ao da UMG-ES.
• As diferenças entre os pares UMG-ES/poli-ES e UMG-CN/poli-CN são de 24% e 15% para CC e 33%, respectivamente.
• As emissões calculadas pela CC variam entre 12,1 e 21,4 gCO2eq/kWhe para os cenários UMG-ES e poli-CN.

• Os resultados medidos independentemente indicam uma eficiência máxima de 20,9% para a melhor célula de silício de grau metalúrgico atualizada e de 21,9% para um dispositivo de controle fabricado com silício de grau eletrônico obtido pelo processo de zona flutuante.

• Este estudo investiga o desempenho externo de um sistema fotovoltaico UMG-Si de 1,26 kW conectado à rede elétrica ao longo de cinco anos.
• um sistema fotovoltaico de silício monocristalino instalado no mesmo local
• A produção de UMG-Si pode ser cinco vezes mais eficiente em termos de energia do que o processo convencional da Siemens para produzir silício de grau solar; portanto, o custo do UMG-Si é muito menor ^{[ 24 ] [ 25 ]}
• Módulos fotovoltaicos feitos de UMG-Si fabricados pela Canadian Solar e Silicor Materials estão sendo testados no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) ^{[ 26 ].}
• Na China, foi construída uma usina fotovoltaica UMG-Si com capacidade de 330 kW ^{[ 27 ].}
• O conjunto fotovoltaico UMG-Si de 1,26 kW consiste em 6 módulos CS6P-210PE de silício policristalino fabricados pela Canadian Solar, e o conjunto fotovoltaico mono-Si de 1 kW consiste em 5 módulos HIP-200BA3 fabricados pela Sanyo (San Diego, CA, EUA). Os conjuntos fotovoltaicos estão instalados em uma direção fixa com um ângulo de inclinação de 40° para receber a irradiação solar média máxima. Os conjuntos fotovoltaicos estão conectados a inversores fabricados pela PV Powered para o sistema UMG-Si e pela SMA para o sistema mono-Si. A taxa de degradação anual do desempenho a longo prazo, R_d, foi de 0,44% para o sistema UMG-Si e de 0,71% para o sistema mono-Si, com um limite de filtragem de dados de 600 W/m².