Наскоро Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL), част от Министерството на енергетиката на САЩ, направи революционен пробив, когато разработи методология за доказване на концепцията, предназначена да премахне напълно полимерите от производството на слънчеви панели, което води до по-ефективни и екологично рециклиране.
Слънчевите панели отдавна са възхвалявани за тяхната рециклируемост. Въпреки това тънките пластмасови слоеве, използвани в производствения процес, представляват предизвикателства, които възпрепятстват ефективното рециклиране на ценни материали като силиций и сребро.
За да отговори на това предизвикателство, изследователският екип на NREL възприе различен подход и излезе с иновативно решение за прилагане на заваряване стъкло към стъкло директно в слънчеви клетки.
Ядрото на това решение се крие в използването на инфрачервена фемтосекундна лазерна технология. Чрез прецизно контролиране на лазерния импулс, енергията се фокусира върху определена област от слънчевия панел за много кратък период от време, създавайки здрава заварка стъкло към стъкло. Струва си да се спомене, че фемтосекундната лазерна технология вече е широко използвана в областта на медицинската очна хирургия, като например операция на катаракта, и нейната безопасност и надеждност са напълно проверени.
С лазерното заваряване необходимостта от пластмасови ламинати в слънчевите панели е напълно елиминирана, като по този начин значително се опростява процеса на рециклиране. В края на експлоатационния живот на панела, тези модули, направени чрез лазерно заваряване, могат лесно да бъдат разбити, стъклените и метални проводници в тях могат да бъдат рециклирани без никакви проблеми, а силициевият материал може да бъде използван повторно.
Дейвид Йънг, старши учен в групата за ефективни кристални фотоволтаици в отдела по химия и нанонауки на NREL, каза: „Има общ консенсус сред повечето рециклиращи предприятия, че полимерите са основният проблем, който възпрепятства процеса на рециклиране. Появата на нашата технология със сигурност отваря създава цял нов набор от възможности за рециклиране на слънчеви панели."
Изследването е публикувано в IEEE Journal of Photovoltaics. Изследователският екип посочва, че технологията за лазерно заваряване има широк спектър на приложение не само за силициеви материали, но и с различни материали като калцит и кадмиев телурид. Поради силно фокусирания характер на лазера, генерираната топлина е ограничена до много малък диапазон и не причинява увреждане на материала на батерията. В същото време здравината на заварките вътре в стъклото е сравнима с тази на самото стъкло, което гарантира дълготрайна стабилност и издръжливост на модула.
По-нататък Йънг обяснява: „Докато самото стъкло не е счупено, заваръчните шевове няма да създават проблеми. Освен това твърдостта на заварения модул е значително подобрена поради липсата на полимер между стъклените парчета. Нашето изследване показва, че при правилно монтаж и модификация на релефните характеристики на валцуваното стъкло, завареният модул може да стане достатъчно твърд, за да отговори на изискванията за изпитване на статично натоварване."
В миналото изследователите са правили опити за запечатване на ръбове с помощта на наносекундни лазери и пълнители от стъклена фрита, но резултатите не са били благоприятни. Крехкият характер на заваръчните шевове ги прави неподходящи за конструкции на външни модули. За разлика от това, технологията за фемтосекундно лазерно заваряване, разработена от NREL, постига превъзходна якост на запечатване на малка част от цената, осигурявайки силна технология за рециклиране на слънчеви панели.
Това изследване е подкрепено от Durable Module Materials Alliance, който е посветен на удължаването на живота на слънчевите панели до 50 години и повече. С иновативната лазерна технология на NREL можем да очакваме да реализираме по-ефективно и екологично рециклиране на слънчеви панели в бъдеще, допринасяйки за устойчивото развитие на възобновяемата енергия.
