Πρόσφατα, το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL), μέρος του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, έκανε μια επαναστατική ανακάλυψη όταν ανέπτυξε μια μεθοδολογία απόδειξης της ιδέας που σχεδιάστηκε για την πλήρη αφαίρεση των πολυμερών από την κατασκευή των ηλιακών συλλεκτών, με αποτέλεσμα πιο αποτελεσματικά και φιλική προς το περιβάλλον ανακύκλωση.
Οι ηλιακοί συλλέκτες έχουν επαινεθεί εδώ και καιρό για την ανακυκλωσιμότητά τους. Ωστόσο, τα λεπτά πλαστικά στρώματα που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής παρουσιάζουν προκλήσεις που εμποδίζουν την αποτελεσματική ανακύκλωση πολύτιμων υλικών όπως το πυρίτιο και το ασήμι.
Για να αντιμετωπίσει αυτή την πρόκληση, η ερευνητική ομάδα του NREL υιοθέτησε μια διαφορετική προσέγγιση και κατέληξε σε μια καινοτόμο λύση για την εφαρμογή συγκόλλησης γυαλιού σε γυαλί απευθείας σε ηλιακές κυψέλες.
Ο πυρήνας αυτής της λύσης βρίσκεται στη χρήση της τεχνολογίας υπέρυθρων λέιζερ femtosecond. Με τον ακριβή έλεγχο του παλμού του λέιζερ, η ενέργεια εστιάζεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ηλιακού πάνελ σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, δημιουργώντας μια στιβαρή συγκόλληση από γυαλί σε γυαλί. Αξίζει να αναφερθεί ότι η τεχνολογία λέιζερ femtosecond έχει ήδη χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της ιατρικής οφθαλμολογικής χειρουργικής, όπως η χειρουργική καταρράκτη, και έχει επαληθευτεί πλήρως η ασφάλεια και η αξιοπιστία της.
Με τη συγκόλληση με λέιζερ, η ανάγκη για πλαστικά ελάσματα σε ηλιακούς συλλέκτες εξαλείφεται εντελώς, απλοποιώντας έτσι πολύ τη διαδικασία ανακύκλωσης. Στο τέλος της διάρκειας ζωής του πάνελ, αυτές οι μονάδες που κατασκευάζονται με συγκόλληση λέιζερ μπορούν εύκολα να σπάσουν, τα γυάλινα και μεταλλικά σύρματα σε αυτά μπορούν να ανακυκλωθούν χωρίς κανένα πρόβλημα και το υλικό πυριτίου μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί.
Ο David Young, ανώτερος επιστήμονας στην Ομάδα Αποτελεσματικών Κρυσταλλικών Φωτοβολταϊκών στο Τμήμα Χημείας και Νανοεπιστήμης του NREL, είπε: "Υπάρχει γενική συναίνεση μεταξύ των περισσότερων ανακυκλωτών ότι τα πολυμερή είναι το κύριο πρόβλημα που εμποδίζει τη διαδικασία ανακύκλωσης. Η έλευση της τεχνολογίας μας σίγουρα ανοίγει δημιουργήσαμε ένα εντελώς νέο σύνολο δυνατοτήτων για ανακύκλωση ηλιακών πάνελ».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο IEEE Journal of Photovoltaics. Η ερευνητική ομάδα επισημαίνει ότι η τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ έχει μεγάλο εύρος εφαρμογής, όχι μόνο για υλικά πυριτίου, αλλά και με μια ποικιλία υλικών όπως ο ασβεστίτης και το τελλουρίδιο του καδμίου. Λόγω της εξαιρετικά εστιασμένης φύσης του λέιζερ, η θερμότητα που παράγεται περιορίζεται σε πολύ μικρό εύρος και δεν προκαλεί ζημιά στο υλικό της μπαταρίας. Ταυτόχρονα, η αντοχή των συγκολλήσεων στο εσωτερικό του γυαλιού είναι συγκρίσιμη με αυτή του ίδιου του γυαλιού, διασφαλίζοντας τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και ανθεκτικότητα της μονάδας.
Ο Young εξηγεί περαιτέρω, "Όσο το ίδιο το γυαλί δεν έχει σπάσει, οι συγκολλήσεις δεν θα προκαλέσουν προβλήματα. Επιπλέον, η σκληρότητα της συγκολλημένης μονάδας βελτιώνεται σημαντικά λόγω της απουσίας πολυμερούς μεταξύ των τεμαχίων γυαλιού. Η έρευνά μας δείχνει ότι με την κατάλληλη εγκατάσταση και τροποποίηση των ανάγλυφων χαρακτηριστικών του έλασης γυαλιού, η συγκολλημένη μονάδα μπορεί να γίνει αρκετά σκληρή ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της δοκιμής στατικού φορτίου."
Στο παρελθόν, οι ερευνητές επιχειρούσαν στεγανοποίηση άκρων χρησιμοποιώντας λέιζερ νανοδευτερόλεπτου και πληρωτικά γυαλιού, αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν ευνοϊκά. Η εύθραυστη φύση των συγκολλήσεων τις έκανε ακατάλληλες για σχέδια εξωτερικών μονάδων. Αντίθετα, η τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ femtosecond που αναπτύχθηκε από την NREL επιτυγχάνει ανώτερη αντοχή στεγανοποίησης με ένα κλάσμα του κόστους, παρέχοντας μια ισχυρή τεχνολογία για την ανακύκλωση ηλιακών πάνελ.
Αυτή η έρευνα υποστηρίζεται από την Durable Module Materials Alliance, η οποία είναι αφιερωμένη στην επέκταση της διάρκειας ζωής των ηλιακών συλλεκτών στα 50 χρόνια και μετά. Με την καινοτόμο τεχνολογία λέιζερ της NREL, μπορούμε να περιμένουμε να πραγματοποιήσουμε πιο αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον ανακύκλωση ηλιακών πάνελ στο μέλλον, συμβάλλοντας στη βιώσιμη ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
