استفاده از لیزر برای افزایش عمر پنل خورشیدی تا 50 سال

اخیراً، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL)، بخشی از وزارت انرژی ایالات متحده، هنگامی که یک روش اثبات مفهوم طراحی شده برای حذف کامل پلیمرها از تولید پنل های خورشیدی برای کارآمدتر و سازگار با محیط زیست طراحی شده است، پیشرفتی انقلابی ایجاد کرد. بازیافت.
پنل های خورشیدی مدت هاست که به دلیل قابلیت بازیافت آنها مورد تحسین قرار گرفته اند. با این حال، لایه‌های پلاستیکی نازک مورد استفاده در فرآیند تولید، چالش‌هایی را ایجاد می‌کنند که مانع بازیافت کارآمد مواد ارزشمند مانند سیلیکون و نقره می‌شود.
برای مقابله با این چالش، تیم تحقیقاتی NREL رویکرد متفاوتی در پیش گرفته و راه حلی نوآورانه برای اجرای جوش شیشه به شیشه به طور مستقیم در سلول های خورشیدی ارائه کرده است.
هسته اصلی این راه حل در استفاده از فناوری لیزر فمتوثانیه مادون قرمز نهفته است. با کنترل دقیق پالس لیزر، انرژی در مدت زمان بسیار کوتاهی بر روی ناحیه خاصی از پنل خورشیدی متمرکز می شود و یک جوش شیشه به شیشه قوی ایجاد می کند. شایان ذکر است فناوری لیزر فمتوثانیه قبلاً در زمینه جراحی چشم پزشکی مانند جراحی آب مروارید به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است و ایمنی و قابلیت اطمینان آن کاملاً تأیید شده است.
با جوشکاری لیزری نیاز به لایه های پلاستیکی در پنل های خورشیدی به طور کامل از بین می رود و در نتیجه فرآیند بازیافت را تا حد زیادی ساده می کند. در پایان عمر پنل، این ماژول های ساخته شده با جوش لیزری به راحتی شکسته می شوند، سیم های شیشه ای و فلزی موجود در آنها بدون هیچ مشکلی بازیافت می شوند و از مواد سیلیکونی می توان مجددا استفاده کرد.
دیوید یانگ، دانشمند ارشد گروه فتوولتائیک کریستالی کارآمد در دپارتمان شیمی و علوم نانو NREL، گفت: "یک توافق کلی در میان اکثر بازیافت‌کنندگان وجود دارد که پلیمرها مسئله اصلی مانع از فرآیند بازیافت هستند. مجموعه ای کاملاً جدید از امکانات برای بازیافت پنل های خورشیدی."
این تحقیق در مجله IEEE Journal of Photovoltaics منتشر شده است. این تیم تحقیقاتی خاطرنشان می کند که فناوری جوش لیزری نه تنها برای مواد سیلیکونی، بلکه با مواد مختلفی مانند کالکوژنید و تلورید کادمیوم کاربرد وسیعی دارد. با توجه به ماهیت بسیار متمرکز لیزر، گرمای تولید شده به محدوده بسیار کمی محدود می شود و آسیبی به مواد باتری وارد نمی کند. در عین حال، استحکام جوش های داخل شیشه با خود شیشه قابل مقایسه است و پایداری و دوام طولانی مدت ماژول را تضمین می کند.
یانگ در ادامه توضیح می دهد: "تا زمانی که خود شیشه نشکند، جوش ها خوب می شوند. علاوه بر این، سختی ماژول جوش داده شده به دلیل عدم وجود پلیمر بین قطعات شیشه به طور قابل توجهی بهبود می یابد. تحقیقات ما نشان می دهد که با استفاده مناسب از آن. نصب و اصلاح ویژگی های برجسته شیشه نورد، ماژول جوش داده شده می تواند به اندازه کافی سخت شود تا نیازهای آزمایش بار استاتیک را برآورده کند."
در گذشته، محققین با استفاده از لیزرهای نانوثانیه‌ای و پرکننده‌های شیشه‌ای، لبه‌بندی را انجام داده‌اند، اما نتایج مطلوبی نداشته است. ماهیت شکننده جوش ها آنها را برای طراحی های ماژول در فضای باز نامناسب کرده است. در مقابل، فناوری جوش لیزری فمتوثانیه توسعه یافته توسط NREL به استحکام آب‌بندی برتری با کسری از هزینه دست می‌یابد و فناوری قوی برای بازیافت پنل‌های خورشیدی ارائه می‌کند.
این تحقیق توسط Durable Module Materials Alliance پشتیبانی می شود که به افزایش عمر پنل های خورشیدی تا 50 سال و بیشتر اختصاص دارد. با فناوری لیزر نوآورانه NREL، می‌توان انتظار داشت که در آینده بازیافت پانل‌های خورشیدی کارآمدتر و سازگار با محیط‌زیست را محقق کنیم و به توسعه پایدار انرژی‌های تجدیدپذیر کمک کنیم.