Cualquiera que haya estado involucrado en la fabricación de baterías fotovoltaicas y de litio sabe una cosa: no es el costo del equipo lo que te mantiene despierto por la noche-sino cuando falla el suministro de gas.
Un extractor de cristales funciona durante cientos de horas seguidas. Pierda nitrógeno durante solo unos minutos y esa zona caliente de grafito dentro del horno estará prácticamente tostada. Una zona activa de reemplazo cuesta varios cientos de miles de RMB, además, el intercambio implica dos o tres días de tiempo de inactividad. Es por eso que cualquier planta fotovoltaica a escala real no reduce el presupuesto de gas.
¿Por qué ASU criogénica y no algún otro método de generación de nitrógeno?
Ésta es la pregunta que todo responsable de adquisiciones se hace en nuevos proyectos. El PSA parece barato. La membrana parece incluso más barata. Pero no se puede simplemente mirar el precio del equipo.
La demanda de nitrógeno en una bahía de extracción de cristales tiene un cierto carácter-alto volumen y sin parar. Con quince o veinte hornos funcionando a la vez, el consumo por hora supera fácilmente los 15.000 metros cúbicos. Para alcanzar ese volumen con PSA, necesitaría varias unidades funcionando en paralelo. Consumen espacio y esos lechos de tamices moleculares deben reemplazarse cada dos o tres años-lo que significa cerrar las cosas cuando lo haces.
Luego está la cuestión más complicada: la fluctuación de la pureza. El nitrógeno PSA con un contenido de oxígeno de alrededor de 10 ppm se considera decente. Pero los extractores de cristales necesitan menos de 1 ppm. Esa brecha de 9 ppm se traduce en tasas de oxidación en grafito caliente que difieren en múltiplos, no en porcentajes. Hemos visto plantas optar por PSA para ahorrar en costos iniciales, solo para ver cómo la vida útil de la zona caliente cae de dos años a poco más de uno. El dinero que "ahorraron" en equipos acabó enterrado en consumibles.
Las ASU criogénicas cuestan más por adelantado. No hay discusión ahí. Pero separa el aire mediante rectificación física-licuefacción seguida de destilación. La pureza alcanza el 99,999% y permanece allí. Un contenido de oxígeno inferior a 0,5 ppm es un funcionamiento normal, no un límite teórico.
La extracción de cristales tiene otro requisito de temperatura del nitrógeno-
Este detalle rara vez figura en las especificaciones técnicas, pero cualquiera que haya pasado tiempo en la pista lo sabe. El nitrógeno líquido recién vaporizado sale a -180 grados centígrados. Si lo arrojamos directamente al horno, el campo térmico se vuelve loco. El lingote de silicio empezará a producir dislocaciones. Entonces, el nitrógeno de la estación ASU tiene que pasar primero a través de un vaporizador, calentándose nuevamente a unos veinte grados antes de llegar al piso del taller.
Suena sencillo. En la práctica, significa todo un circuito de control automatizado de la temperatura y regulación de la presión. La temperatura ambiente oscila entre el invierno y el verano, y la temperatura de salida del vaporizador varía con ella. Alguien tiene que vigilarlo. Los paquetes ASU modernos vienen con automatización incorporada, pero ¿durante la puesta en servicio? Aún necesitas una mano experimentada para marcarlo.
El lado celular de las cosas es una historia diferente.
La fabricación de células fotovoltaicas ahora se centra en N-tipo TOPCon y HJT. Esos procesos mastican gases especiales: -óxido nitroso, silano, lo que sea. ¿De dónde vienen esos gases? La materia prima es nitrógeno de alta-pureza. Si la pureza del nitrógeno no está ahí, las impurezas pasan a los gases especiales sintetizados y la eficiencia de la celda se ve afectada directamente.
El papel de las ASU criogénicas en esta cadena de suministro es interesante cuando se da un paso atrás y se analiza. No es el producto final. Pero es el requisito previo para cada proceso de alta-pureza posterior.
En los materiales de cátodos de baterías de litio, el subproducto de ASU se convierte en el evento principal
Los materiales ternarios con alto contenido de níquel-necesitan una atmósfera rica en oxígeno-durante la sinterización. Una ASU criogénica, mientras produce nitrógeno, también genera una corriente masiva de oxígeno con una pureza del 99,6% o mejor. Ese oxígeno ingresa directamente a los hornos. Un sistema maneja ambos gases. Eso es mucho mejor que comprar oxígeno líquido en camiones. Transportar LOX por camión no es barato y, en el calor del verano, las pérdidas por ebullición significan que el volumen que realmente llega a su tanque rara vez coincide con la factura.
Un error en la selección de equipos: fijarse en la capacidad nominal
La salida nominal en una hoja de especificaciones de ASU refleja las condiciones de diseño. Pero la demanda de gas en una nueva línea de producción de energía no es una línea plana. El consumo entre la fase de fusión-y la fase de estabilización en un extractor de cristales puede oscilar en más del treinta por ciento. Si el equipo puede funcionar de manera estable con carga parcial es más importante que el número de capacidad principal.
Esto plantea un punto técnico llamado control anti-sobretensiones. Los compresores se ponen nerviosos con un flujo bajo y pueden derivar hacia territorio de sobretensión. Si lo maneja mal, dañará la máquina. Las unidades modernas y decentes vienen con válvulas de reciclaje automático y ajuste de paletas guía de entrada que responden al uso real. Pero ajustar esos parámetros durante la configuración es todo un arte. Si realiza una configuración incorrecta, aumentará de todos modos.
Otro elemento que tiende a recortarse es el sistema de respaldo de nitrógeno líquido.
Algunos proyectos, al tratar de contener el presupuesto inicial, consideran que la propia ASU tiene suficiente redundancia, por lo que pueden omitir el tanque de almacenamiento de líquido y los vaporizadores. Luego, la rejilla parpadea o se activa un compresor y, sin respaldo de líquido, toda la línea se apaga. La extracción de cristales fotovoltaicos y la sinterización de células no aceptan paradas imprevistas. La pérdida por una interrupción eclipsa lo que habría costado ese sistema de respaldo.
Y la factura de energía necesita-una mirada clara
Más del setenta por ciento del costo operativo de una ASU criogénica es electricidad. La eficiencia del equipo se reduce al consumo de energía por unidad de nitrógeno producido. Los diseños actuales de ASU pueden suministrar un metro cúbico de nitrógeno por menos de 0,35 kWh. Los equipos más antiguos aún podrían estar por encima de los 0,4 kWh. Si se hacen los números de una planta fotovoltaica de tamaño mediano-que funciona ocho mil horas al año, la brecha de eficiencia asciende a varios cientos de miles de RMB al año.
Hay otra palanca de costos: el tiempo-de-uso de la energía. Haga funcionar la ASU con fuerza por la noche, cuando las tarifas son baratas, almacenando nitrógeno líquido. Regrese durante las horas pico durante el día y vaporice desde el tanque. Esta estrategia puede reducir aproximadamente otro diez por ciento del costo total del gas. Advertencia: el tanque de almacenamiento de líquido debe tener el tamaño adecuado o no habrá dónde colocarlo.
La tecnología criogénica ASU no es exactamente nueva en el nuevo sector energético. Pero sigue siendo una de las pocas cosas de la planta que no puede desviarse en absoluto. Gas estable significa una línea estable. Una línea estable significa que el rendimiento se mantiene donde debe estar.
Shenger Gas lleva años en el sector de equipos de gas industrial, y en el camino no han faltado proyectos fotovoltaicos y de litio. Lo que hemos llegado a entender es esto: los clientes no sólo necesitan una caja que produzca gasolina. Necesitan que todo el suministro de gas de su planta funcione sin problemas. Todo, desde el modelado del flujo inicial y la selección de equipos, hasta la puesta en servicio y la respuesta de repuestos,-eso es lo que determina si un proyecto se ejecuta sin problemas o se convierte en un dolor de cabeza.
