שימוש בלייזרים להארכת חיי פאנל סולארי ל-50 שנה

לאחרונה, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL), חלק ממשרד האנרגיה של ארה"ב, עשתה פריצת דרך מהפכנית כאשר פיתחה מתודולוגיה של הוכחת קונספט שנועדה להסיר לחלוטין פולימרים מייצור פאנלים סולאריים ליעילות וידידותית יותר לסביבה. מִחזוּר.
פאנלים סולאריים זכו לשבחים מזמן על יכולת המיחזור שלהם. עם זאת, שכבות הפלסטיק הדקות המשמשות בתהליך הייצור מציבות אתגרים המעכבים את המיחזור היעיל של חומרים יקרי ערך כמו סיליקון וכסף.
כדי להתמודד עם אתגר זה, צוות המחקר של NREL נקט בגישה שונה והגיע עם פתרון חדשני ליישום ריתוך זכוכית לזכוכית ישירות בתאים סולאריים.
הליבה של פתרון זה טמונה בשימוש בטכנולוגיית הלייזר הפמט-שנייה אינפרא אדום. על ידי שליטה מדויקת בדופק הלייזר, האנרגיה ממוקדת באזור ספציפי של הפאנל הסולארי בפרק זמן קצר מאוד, ויוצרת ריתוך חזק מזכוכית לזכוכית. ראוי להזכיר כי כבר נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית הלייזר הפמט-שנייה בתחום ניתוחי העיניים הרפואיים, כגון ניתוחי קטרקט, ובטיחותה ואמינותה אומתו במלואה.
עם ריתוך לייזר, הצורך בלמינציה מפלסטיק בפאנלים סולאריים מתבטל לחלוטין, ובכך מפשט מאוד את תהליך המיחזור. בתום חיי השירות של הפאנל ניתן לפרק בקלות את המודולים הללו המיוצרים בריתוך בלייזר, למחזר את חוטי הזכוכית והמתכת שבהם ללא כל בעיה, ולעשות שימוש חוזר בחומר הסיליקון.
דיוויד יאנג, מדען בכיר בקבוצת Efficient Crystalline Photovoltaics במחלקה לכימיה וננו-מדעים של NREL, אמר: "יש הסכמה כללית בקרב רוב הממחזרים שפולימרים הם הנושא העיקרי שמפריע לתהליך המיחזור. הופעת הטכנולוגיה שלנו בהחלט פותחת להעלות סט חדש לגמרי של אפשרויות למיחזור פאנלים סולאריים."
המחקר פורסם בכתב העת IEEE Journal of Photovoltaics. צוות המחקר מציין כי לטכנולוגיית ריתוך הלייזר יש מגוון רחב של ישימות, לא רק לחומרי סיליקון, אלא גם עם מגוון חומרים כגון כלקוגניד וקדמיום טלורייד. בשל אופיו הממוקד ביותר של הלייזר, החום שנוצר מוגבל לטווח קטן מאוד ואינו גורם נזק לחומר הסוללה. יחד עם זאת, חוזק הריתוכים בתוך הזכוכית דומה לזה של הזכוכית עצמה, מה שמבטיח את היציבות והעמידות לטווח ארוך של המודול.
יאנג מסביר עוד, "כל עוד הזכוכית עצמה לא נשברת, הריתוכים יהיו בסדר. יתרה מכך, הקשיות של המודול המרותך משתפרת משמעותית עקב היעדר פולימר בין חלקי הזכוכית. המחקר שלנו מראה כי עם תקין התקנה ושינוי של התכונות המוטבעות של הזכוכית המגולגלת, המודול המרותך יכול להיות קשה מספיק כדי לעמוד בדרישות של בדיקת עומס סטטי."
בעבר, חוקרים ניסו לאטום קצה באמצעות לייזר ננו-שניות וחומרי מילוי זכוכית, אך התוצאות לא היו חיוביות. האופי השביר של הריתוכים הפך אותם לבלתי מתאימים לעיצובי מודולים חיצוניים. לעומת זאת, טכנולוגיית ריתוך הלייזר הפמט-שנייה שפותחה על ידי NREL משיגה חוזק איטום מעולה בשבריר מהעלות, ומספקת טכנולוגיה חזקה למיחזור פאנלים סולאריים.
מחקר זה נתמך על ידי Durable Module Materials Alliance, אשר מוקדשת להארכת החיים של פאנלים סולאריים ל-50 שנה ויותר. עם טכנולוגיית הלייזר החדשנית של NREL, אנו יכולים לצפות לממש בעתיד מיחזור פאנלים סולאריים יעיל וידידותי יותר לסביבה, שיתרום לפיתוח בר-קיימא של אנרגיה מתחדשת.