Нещодавно Національна лабораторія відновлюваної енергетики (NREL), яка є частиною Міністерства енергетики США, здійснила революційний прорив, розробивши методологію перевірки концепції, призначену для повного вилучення полімерів із виробництва сонячних панелей, що призвело до підвищення ефективності та екологічно чиста переробка.
Сонячні батареї давно вихваляли за те, що вони придатні для переробки. Однак тонкі пластикові шари, які використовуються у виробничому процесі, створюють проблеми, які перешкоджають ефективній переробці цінних матеріалів, таких як кремній і срібло.
Щоб вирішити цю проблему, дослідницька група NREL застосувала інший підхід і винайшла інноваційне рішення для здійснення зварювання скла зі склом безпосередньо в сонячних елементах.
Суть цього рішення полягає у використанні інфрачервоної фемтосекундної лазерної технології. Завдяки точному управлінню лазерним імпульсом енергія фокусується на певній ділянці сонячної панелі за дуже короткий проміжок часу, створюючи міцне зварювання скла зі склом. Варто зазначити, що фемтосекундна лазерна технологія вже широко використовується в галузі медичної хірургії очей, такої як хірургія катаракти, і її безпека та надійність повністю перевірені.
Завдяки лазерному зварюванню потреба в пластикових ламінатах для сонячних панелей повністю відпадає, що значно спрощує процес переробки. Після закінчення терміну служби панелі ці модулі, виготовлені за допомогою лазерного зварювання, можна легко зламати, скляні та металеві дроти в них можна без проблем переробити, а кремнієвий матеріал можна використовувати повторно.
Девід Янг, старший науковий співробітник Групи ефективної кристалічної фотоелектричної енергії Департаменту хімії та нанонаук NREL, сказав: «Серед більшості переробників існує загальна думка, що полімери є основною проблемою, яка перешкоджає процесу переробки. Поява нашої технології, безумовно, відкриває цілий набір можливостей для переробки сонячних панелей».
Дослідження опубліковано в журналі IEEE Journal of Photovoltaics. Дослідницька група зазначає, що технологія лазерного зварювання має широкий спектр застосування не лише для кремнієвих матеріалів, але й для різноманітних матеріалів, таких як кальцит і телурид кадмію. Завдяки дуже сфокусованому характеру лазера, тепло, що виділяється, обмежене дуже малим діапазоном і не спричиняє пошкодження матеріалу батареї. При цьому міцність зварних швів всередині скла порівнянна з міцністю самого скла, що забезпечує тривалу стабільність і довговічність модуля.
Далі Янг пояснює: «Поки саме скло не розбито, зварні шви не створюватимуть проблем. Крім того, твердість зварного модуля значно покращується завдяки відсутності полімеру між шматками скла. Наше дослідження показує, що за належного Встановлюючи та модифікуючи рельєфні характеристики прокатного скла, зварний модуль може стати достатньо твердим, щоб відповідати вимогам випробування статичним навантаженням».
У минулому дослідники намагалися герметизувати краї за допомогою наносекундних лазерів і наповнювачів скляної фритти, але результати не були сприятливими. Крихкість зварних швів зробила їх непридатними для зовнішніх конструкцій модулів. Навпаки, технологія фемтосекундного лазерного зварювання, розроблена NREL, забезпечує чудову міцність герметизації за невелику частку вартості, забезпечуючи надійну технологію переробки сонячних панелей.
Це дослідження підтримується Durable Module Materials Alliance, яка присвячена подовженню терміну служби сонячних панелей до 50 років і більше. Завдяки інноваційній лазерній технології NREL ми можемо розраховувати на реалізацію більш ефективної та екологічно чистої переробки сонячних панелей у майбутньому, сприяючи сталому розвитку відновлюваної енергетики.
