Literature review: UMG vs MG silicon/ru

▼Исследовательская группа по разработке и внедрению соответствующих технологий устойчивого развития (FAST) Университета Западного Онтарио

Требуются студенты для создания распределенного будущего с использованием 3D-печати с открытым исходным кодом на солнечной энергии и переработки отходов. Свяжитесь с доктором Джошуа Пирсом - Подать заявку можно здесь.
Главная · Проекты и публикации · Методы · Обзоры литературы · Люди · Спонсоры · Новости · Свободное программное обеспечение · Twitter/X · YouTube · LinkedIn · Github · Для детей!

▼Эта страница представляет собой обзор литературы . Вы можете редактировать эту страницу , добавляя источники и краткие обзоры.

Укажите любую информацию, имеющую отношение к рецензированию, внесению вклада или использованию этой страницы для отзывов.

• Кремний является преобладающим материалом.
• Требуется недорогое сырье — кремний солнечного качества (SoG-Si).
• MG-Si производится в промышленных масштабах путем восстановления оксида кремния (кварца) углеродом в дуговых печах погруженного типа.
• содержит примеси, такие как Fe, Al, Ti, Mn, C, Ca, Mg, B, P и так далее.
• Минимально необходимая чистота кремния для фотоэлектрических применений составляет 6 Н, а для кремниевых пластин, используемых в полупроводниковой промышленности, — 9 Н.
• Разработка нескольких альтернативных путей традиционному химическому процессу Сименса по производству чистого кремния ускорила производство поликремния этим методом, который до сих пор является наиболее распространенным типом кремниевого сырья для производства солнечных элементов. В 2009 году он занимал 97,5% рынка всего кремниевого сырья, используемого для производства солнечных элементов, а оставшиеся 2,5% были представлены улучшенными металлургическими кремниевыми материалами и кремниевым ломом из полупроводниковой промышленности ^{[ 2 ].}
• Главное преимущество, на которое указывают производители, разработавшие специализированные технологии металлургической переработки, заключается в низком энергопотреблении.
• Согласно данным Норвегии, Франции и Китая, получаемый SoG-Si с помощью комбинации металлургических методов может обеспечить необходимый уровень примесей для применения в фотоэлектрических системах, например, 0,3 ppmw бора, 0,6 ppmw фосфора и 1-10 ppmw металлов.
• Процесс очистки кремния >> обработка шлака, кислотное выщелачивание, направленная кристаллизация, сегрегационная очистка, плазменная очистка, постплазменная сегрегация, продувка газом, вакуумная очистка, окисление для удаления B, вакуумная обработка для удаления P ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

• Кремний солнечного качества (SoG-Si) является ключевым материалом для разработки кристаллических кремниевых фотоэлектрических элементов (ФЭЭ), мощность которых, как ожидается, достигнет тераваттного уровня в ближайшие годы и около 50 ТВт к 2050 году.
• UMG >> по стоимости и качеству
• Оценка жизненного цикла (LCA) UMG, полученного методом FerroSolar.
• Были рассмотрены два различных варианта структуры производства электроэнергии: с низкой и высокой углеродоемкостью.
• Производство электроэнергии с использованием фотоэлектрических систем на основе ультрамикрокристаллического кремния (UMG) вместо поликристаллического кремния приводит к общему снижению выбросов парниковых газов более чем на 20%, а также к улучшению срока окупаемости энергетических затрат на 25%, достигая значительно низких значений: 12 г CO2-экв/кВт·ч и 0,52 года соответственно.
• Энергетический сектор является основным источником выбросов парниковых газов в мире, на него приходится примерно 70% из-за преобладающей доли ископаемого топлива. ^{[ 9 ]}
• Декарбонизация энергетического сектора является обязательной для достижения цели ограничения повышения средней глобальной температуры до 1,5 °C, как это было установлено в Парижском соглашении еще в 2016 году. ^{[ 10 ]}
• фотоэлектрические системы экономически эффективны ^{[ 11 ] [ 12 ]}
• В настоящее время технология кристаллического кремния занимает более 95% мирового рынка, и можно с уверенностью предположить, что так будет и в последующие годы ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• В настоящее время рыночный спрос на кремний солнечного качества практически полностью удовлетворяется поликристаллическим кремнием, производимым различными модификациями процесса Siemens.
• Альтернативами поликремнию Siemens являются солнечный кремний, полученный в реакторах с псевдоожиженным слоем (FBR), улучшенный металлургический кремний (UMGSi) и даже прямое карботермическое восстановление диоксида кремния.
• Кремний UMG, исследованный в данной работе, был изготовлен металлургическим методом с использованием процесса, разработанного компанией Ferrosolar в Испании. ^{[ 15 ]}
• В ходе предыдущего испытания массового производства, проведенного на коммерческих линиях по производству солнечных элементов и модулей, это сырье оказалось подходящим для фотоэлектрических применений, достигнув на обычной производственной линии до 20,76% эффективности солнечных элементов с мультикристаллическими элементами, изготовленными из 100% кремния UMG. ^{[ 16 ] [ 15 ]}
• процессный анализ жизненного цикла, согласно методологическим рекомендациям по анализу жизненного цикла фотоэлектрической электроэнергии, опубликованным Международным энергетическим агентством (МЭА) ^{[ 17 ]}
• LCI
  • КПД модуля: 18,43% (UMG), 18,55% (поликристаллический кремний)
  • колыбель для использования
  • Транспортировка различных материалов между этапами производства не рассматривалась, за исключением транспортировки фотоэлектрических модулей к месту установки фотоэлектрических панелей.
  • Ранее было показано, что транспорт составляет лишь незначительную часть конечного воздействия на электроэнергию ^{[ 18 ]}
  • В качестве базового года для обеих смесей использовался 2018 год, для которого были доступны однородные данные. Испанская смесь была выбрана потому, что процесс Ferrosolar предназначен для проведения на предприятиях, расположенных в Пуэртольяно, Испания ^{[ 15 ]} , и может считаться смесью с более низкой углеродной интенсивностью.
  • Инвентаризация монтажных конструкций и электрооборудования была рассчитана на основе текущих реальных данных, собранных в рамках проекта TINOSA, включающего несколько электростанций с общей установленной мощностью 180 МВт пиковой мощности. ^{[ 19 ]}
• Управление отходами (EoL) было исключено из данного исследования из-за отсутствия данных промышленного масштаба, поскольку эти фотоэлектрические системы еще не достигли минимального объема, необходимого для экономически выгодных процессов повторного использования и переработки, которые потребуются к концу следующего десятилетия ^{[ 20 ].}
• Не должно быть никакой разницы в переработке между поликремнием и UMG-Si, поскольку ожидается, что извлечение кремния обеспечит кремний низкого качества (аналогичный металлургическому качеству) ^{[ 21 ].}
• UMG: Кремний UMG от Ferrosolar для солнечных батарей имеет концентрацию бора ниже 0,2 ppmw и концентрацию фосфора, которую можно регулировать в диапазоне от 0,1 до 0,3 ppmw. Концентрация металлов ниже 0,5 ppmw (включая Fe, Al, переходные, щелочные и щелочноземельные элементы). Эти характеристики подходят для применения в поликристаллическом кремнии. Для целей учета технологический процесс был разделен на основные этапы: шлакование, вакуумная очистка и направленная кристаллизация. Были смоделированы два дополнительных процесса: этап инертной плавки, целью которого является переработка нечистого кремния из заключительных этапов процесса для снижения расхода материала, и заключительный этап, на котором получается окончательная рецептура продукта.
• Как и ожидалось, из-за более высокой углеродоемкости энергетического баланса, результат категории CC для UMG-CN на 33% выше, чем для UMG-ES.
• Разница между парами UMG-ES/poly-ES и UMG-CN/poly-CN составляет 24% и 15% для CC и 33% соответственно.
• Расчетные выбросы CC варьируются от 12,1 до 21,4 г CO2-экв/кВтч для сценариев UMG-ES и poly-CN.

• Результаты независимых измерений показывают пиковую эффективность 20,9% для лучшего модернизированного элемента из металлургического кремния и 21,9% для контрольного устройства, изготовленного из кремния, полученного методом зонной плавки, для электронных устройств.

• В данном исследовании изучается эффективность работы подключенной к сети фотоэлектрической системы UMG-Si мощностью 1,26 кВт в течение пяти лет.
• монокристаллическая кремниевая фотоэлектрическая система, установленная в том же месте.
• Производство UMG-Si может быть в пять раз более энергоэффективным, чем традиционный процесс Siemens для производства кремния солнечного качества; следовательно, стоимость UMG-Si значительно ниже ^{[ 24 ] [ 25 ]}
• Фотоэлектрические модули, изготовленные из UMG-Si, производимые компанией Canadian Solar and Silicor Materials, проходят испытания в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) ^{[ 26 ].}
• В Китае построена электростанция на основе UMG-Si мощностью 330 кВт ^{[ 27 ]}
• Фотоэлектрическая матрица UMG-Si мощностью 1,26 кВт состоит из 6 модулей CS6P-210PE на основе поликристаллического кремния производства Canadian Solar, а фотоэлектрическая матрица mono-Si мощностью 1 кВт состоит из 5 модулей HIP-200BA3 производства Sanyo (Сан-Диего, Калифорния, США). Фотоэлектрические матрицы установлены в фиксированном направлении с углом наклона 40° для получения максимального среднего солнечного излучения. Фотоэлектрические матрицы подключены к инверторам производства PV Powered для системы UMG-Si и SMA для системы mono-Si. Долгосрочная годовая скорость деградации производительности, Rd , составила 0,44% для системы UMG-Si и 0,71% для системы mono-Si при пороге фильтрации данных 600 Вт/м2.