Egy nehéz fiú fotovoltaikus étrenden
Triple Green, 4. rész: A kadmium-tellurid ellentmondásos, mert nehézfémet tartalmaz. Mégis, ez a fotovoltaikus áram győzelme. A modulok verhetetlenül olcsók, és a gyártás alig használ savakat vagy méreganyagokat.
Nyugodt, alacsony zajszintű és szinte teljesen automatizált: a Frankfurtban található der Oder-i First Solar gyártósorai szinkronban futnak egy optimalizált gyártósorral. Itt egy gramm anyagot sem adnak oda. A tágas terem padlója szivárgónak tűnik, a levegő bent ugyanolyan tiszta, mint a gyáron kívül. Ennek így kell lennie, mert a First Solar kadmium-telluriddal működik. Ez a nehézfém kadmiumot tartalmazó félvezető ideális vékony film modulokhoz. A modulok feldolgozása során keletkező porok különösen kritikusak a gyártásban, mivel a nehézfémek káros hatásukat elsősorban a tüdőn keresztül fejlesztik. Belélegzése esetén a kadmium gyanúja rákot okozhat - hasonlóan a szilíciumporhoz, amely a rettegett szilikózist okozza.
A szakértők azon vitatkoznak, hogy a kadmium-tellurid mérgező-e és mennyire. Mivel itt a kadmium nem jelenik meg elemi formában, nagyon stabil kapcsolatban van. Megbízható tanulmányok hiányában vallási háború dúl. A kadmium-tellurid ugyanolyan veszélyes, mint a kadmium? Ez lehetséges. Vagy talán nem igaz. A kétségek elkerülése érdekében a frankfurti gyárban tisztasági törvényt kell alkalmazni, amely miatt a szilícium egyes sejtgyártása meglehetősen réginek tűnik.
A First Solar kifejlesztette saját termelő létesítményeit. Az elején ott van a pohár. Mosás után az üveglapot átlátszó elülső érintkezővel (TCO) vonják be, amely fluort adalékolt ón-oxidból készül. Az elválasztó kamrákban a modulok úgynevezett bevonatot kapnak, egy kadmium-szulfidból (CdS) készült záróréteget, így az üveg nátriumja nem szennyezi a félvezető réteget. A TCO és a CdS puffer alkotja az n típusú réteget. A CdTe réteg p típusú. CdTe granulátumból készül, amely vákuumban elpárolog és az üvegre rakódik le. A granulátumtartályt a szállító a gyártósorhoz viszi, és légmentesen csatlakoztatja. A rendszer beszívja, hogy bevonja a szemüveget.
"Az elválasztó kamrákat és a gőzt automatikusan megtisztítják" - magyarázza Burghard von Westerholt, a Frankfurt an der Oder üzem vezetője. „A szűrők megfelelő időben történő cseréje érdekében folyamatosan figyeljük a nyomásviszonyokat.” A szűrő nyomásesése megmutatja, hogy a pórusaiban mennyi kadmium-tellurid és kadmium-szulfid van eltömődve. A szűrőket kézzel cserélik, a granulátum szállítója is visszaveszi őket a megfelelő ártalmatlanítás érdekében.
Bevonás után folyékony kadmium-kloridot alkalmaznak a félvezető kristályosodásának és megkeményedésének elősegítésére a kemencében. A lézerek a rétegbe égetik a sejtek szerkezetét. A keletkező port is azonnal kivonják. Egy lézer 116 egyedi cellát vág le a lemezről, hogy elektromos összekapcsolja őket. Ezt követi a hátsó vég: a modul hátulján lévő fém érintkező molibdénből, az EVA film és a hátsó üveg. Az üveg-üveg modul negyed órán át a laminátorban marad a napelem hegesztéséhez. A gyártósor végén ott van a modul teszt, a csatlakozódoboz és a csomagolás az értékesítéshez.
Az ipar kellemetlensége
A kadmium-tellurid a szilíciumipar féltett ellensége. A First Solar-nak hatalmasat sikerült csökkentenie a modul költségeit, nem utolsósorban a fenntartható termelési koncepciók révén. Ez nyomás alá helyezi a szilícium modulok gyártóit. Ezért Westerholt tudja, hogy nem szabad hibáznia. A határértékek túllépése után egyetlen baleset és az ügy rossz hírre esik. Mivel általában kadmium nem megengedett az elektronikus eszközökben. Ezt a „Bizonyos veszélyes anyagok használatának korlátozása” (röviden RoH-k) európai irányelv írja elő. Szabályozza, hogy mely veszélyes anyagokat nem szabad tovább használni elektronikus eszközökben. A kadmium és vegyületei törvényen kívül vannak, valamint az ólom és a higany. Eddig azonban a fotovoltaikus modulokat kizárták az RoH-ból.
Természetesen tanúsított
A First Solar egyike volt az első nagy napenergia-gyártóknak, amely környezetvédelmi irányítási rendszert vezetett be Frankfurtban. Ezzel a cég a PV-ipar egyik pacemakerévé vált, amely szívesen díszíti magát olyan címkékkel, mint a „tiszta” és a „zöld”. "Az ISO 14001 szerinti tanúsítás magától értetődő volt" - mondja Burghard von Westerholt, a First Solar termelési vezetője. Ez a szabvány nem a környezetbarát termékeket, hanem a környezettel kompatibilis gyártási folyamatokat különbözteti meg. A szilíciumiparral ellentétben a kadmium-telluridból készült modulok gyártói óriási előnnyel rendelkeznek: "A modulok sorában nem használnak veszélyes savakat, például fluorsavat" - mondja von Westerholt. "Csak az újrahasznosító üzemben használunk tíz százalékos kénsavat a félvezető meglazítására a törött üvegből." A maró savat keringetik annak optimális kihasználása érdekében. A hidrogén-peroxid segít elválasztani a kadmium-telluridot az üvegtől.
A kadmium-telluridból készült granulátum szállítója az 5Nplus vállalat, az azonos nevű kanadai csoport német leányvállalata. Az 5Nplus beszállítja a Q-Cells csoportba tartozó kadmium-tellurid-modulokat gyártó Thalheimer-gyárat, a Calyxót is, amely a németországi CdTe-modulok második nagy gyártója. A Calyxo 2005-ben indult 25 megawattal, és 2009 nyarán új, 60 megawattos üzemet indított. Andreas Wade, a Calyxo környezetvédelmi szakértője szerint a thalheimi székhelyű vállalat modulonként 15-25 gramm CdTe-t használ fel. Ez hét-tizenkét gramm tiszta kadmiumnak felel meg, elosztva 1,2-szer 0,6 méter modulterülettel.
Optimalizálja a folyamatokat
A Roth & Rau a jövőben kulcsrakész gyárakat kíván kínálni a CdTe modulok számára a CTF-en keresztül. A környezetbarát termelés szempontjából két pont kritikus: egyrészt az elválasztó kamrák, amelyekben a CdS és a CdTe elpárolog. Fontos, hogy egyetlen része sem kerüljön a környezetbe. Második pont: a klorid-eljárás szennyvize. Tisztítása érdekében szakaszos tartályokba gyűjtik és semlegesítik. A víz csak számos mérés után kerül a csatornarendszerbe. A kadmiumon kívül ez egy normális semlegesítés, amely néhány sót hagy maga után. A legfontosabb itt az, hogy a szabad kadmiumot lekötjük a lúgból és megfelelő időben kiszűrjük. Dieter Bonnet annak érdekében, hogy lépést tudjon tartani a First Solarral a legalacsonyabb költségekért folytatott versenyben, a kadmium-tellurid gőz-lerakódását porlasztással kívánja pótolni.
A porlasztás a nagy ütőkártya a CIS és a CIGS modulok bevonatában is, mivel a folyamat viszonylag olcsó és nem igényel nedves vegyszereket. Bonnet szabadalmaiban olyan blokkcélokat javasol, amelyek a CdS-ből vagy a CdTe olvadásból vonhatók le. Ez úgy értendő, hogy terjedelmes lemezek jelentik a kadmiumrétegek szállítóját. Ez a granulálás és a klorid szintjének alternatív módja lenne. Ez pedig a világ kétes füstjének problémája lenne. Elvileg a folyamatnak kevesebb energiát is fel kell fogyasztania, mert a porlasztás alacsonyabb hőmérsékletet igényel, mint a gőzleválasztás. Van azonban egy fogás is: a blokk célpontok olyan olvadékból jönnek létre, amelyben folyékony kadmium-szulfid vagy kadmium-tellurid forr. A szilíciumhoz hasonlóan ez a kohászati eljárás is sok energiát emészt fel. Bonnet szabadalma szerint például a CdS granulátumokat 1800 Celsius-fokig melegíthetik egy grafittartályban, bór-oxiddal. A bór-oxid megvédi az olvadékot, amely lassan lehűl és tömbként megszilárdul. Magának a porlasztásnak 200-300 Celsius fokos vákuum elegendő a kadmium-szulfid üvegre való felviteléhez.
Ezután a rétegnek közvetlenül az úsztatott üveg lágyulási hőmérséklete alatt, 500 Celsius fok körül kell megkeményednie. Boroszilikát üveg használata esetén ez kissé forróbb lehet. Ami viszont növeli az energiafogyasztást. Ez a speciális üveg azonban drágább, mint a szolármodulok közös fehér úsztatott üvege. A kadmium-tellurid 1200 Celsius fokon forr. A CdS és CdTe porlasztása a modul elülső üvegére a Bonnet a közeli térbeli szublimációt (CSS) javasolja, amely a porlasztási technológia speciális alkalmazása. Ez lehetővé teszi a rétegek gyors növekedését: négy mikrométer/perc.
A kísérleti projektet elhalasztották
Az Erfurt melletti Apfelstädtben a kísérleti vonal még nem közlekedik. A 400 méter hosszú gyártósor eredetileg 2010 végén kezdte meg a termelést, és évente 50 megawattot szállított. "2011 eleje lehet" - mondja Karl-Heinz Fischer a CTF-től. „Jól vagyunk a menetrend szerint.” Nyárra a CTF meg akarja nevezni az első ipari ügyfelet, aki meri versenyezni a First Solar és a Calyxo ellen. Olyan modulokkal, amelyek 1,2–1,6 méterrel nagyobbak, mint a First Solar és a Calyxo modelljei. Meg kell nézni, hogy képesek-e csökkenteni a First Solar költségeit. Mivel kezdetben a kadmium-tellurid-rétegeket az új gyárban hagyományos módon gőzbefektetik. A CTF Solar wattonként egy euró költségekre törekszik, a First Solar már jóval alatta van, 0,70 eurócenttel, és kihasználhatja a gigantikus terjeszkedési terveket. A hatékonyság összehasonlítható, legalábbis papíron: A First Solar jelenleg csaknem 11 százalékkal marad le a vonalról. A CTF hasonló értékeket ígér, de a bizonyítékok még mindig függőben vannak.
Azonban bárkinek, aki napmodulokat akar építeni kadmium-telluriddal, problémája van, ami talán még nagyobb is, mint a nehézfém problémája: a First Solar piacvezető. Eddig tehát a CdTe közösség kezelhető volt. A First Solar és a Calyxo mellett az Abound Solar, az AVA-Solar és a Primostar Solar is a piacon van. Valódi tömegtermelést 800 megawatt kapacitással, mint Malajziában, eddig csak a First Solar ért el. A Solar felett komoly versenytárs lehet. Az amerikai vállalat 130 megawattos üzemet épített 2009 végén. A gyártási költségek hamarosan kevesebbek lehetnek, mint egy dollár wattonként.