إعادة تدوير الألواح الشمسية بتقنية الليزر فائق الدقة (تقرير)
نوار صبح
تقترب إعادة تدوير الألواح الشمسية من نقطة انعطاف مهمة تنقل عمليات التخلص من النفايات واسترداد المعادن الداخلة في التصنيع إلى مرحلة جديدة باستعمال تقنيات متطورة تسهّل هذه العملية.
وأوضح تقرير جديد، اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة، أن مستويات نفايات الألواح الشمسية ستتحول إلى أزمة في العامين أو الأعوام الـ3 المقبلة بدلًا من عام 2030، حسبما كان متوقعًا سابقًا.
لذلك؛ فإنّ استعمال ليزر "الفيمتوثانية" فائق الدقة لتشكيل لحامات الصهر من الزجاج إلى الزجاج لألواح الطاقة الشمسية يساعد في تسهيل إعادة تدوير الألواح الشمسية.
(الفيمتوثانية Femtosecond هي وحدة قياس دولية للزمن، مقدارها جزء من كوادريليون (مليون مليار) من الثانية).
عدم الحاجة إلى صفائح البوليمر البلاستيكية
أفادت دراسة أجراها الباحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) التابع لوزارة الطاقة الأميركية بأن من شأن اللحامات أن تلغي الحاجة إلى صفائح البوليمر البلاستيكية التي أصبحت الآن مغلفة في ألواح الطاقة الشمسية وتجعل إعادة تدوير الألواح الشمسية أكثر صعوبة.
وأشارت الدراسة إلى أن الألواح المصنوعة من اللحامات الليزر يمكن أن تتحطم، في نهاية عمرها الافتراضي.
ويمكن إعادة تدوير الأسلاك الزجاجية والمعدنية التي تمر عبر الألواح الشمسية بسهولة ويمكن إعادة استعمال السيليكون.
وقال كبير العلماء مدير مجموعة الخلايا الكهروضوئية البلورية عالية الكفاءة في قسم الكيمياء وعلوم النانو لدى المختبر الوطني للطاقة المتجددة ديفيد يونغ: "سيؤكد معظم القائمين على إعادة التدوير أن البوليمرات تمثل المشكلة الرئيسة من حيث عرقلة عملية إعادة التدوير".
ويُعَد يونغ المؤلف الرئيس لبحث جديد يحدد استعمال اللحامات بالليزر لألواح الطاقة الشمسية.
وتظهر الورقة البحثية التي تحمل عنوان "نحو ألواح طاقة شمسية خالية من البوليمرات وملحومة بليزر الفيمتوثانية" في مجلة الطاقة الكهروضوئية الصادرة عن معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE).
وشارك في كتابة هذا البحث زملاء المختبر الوطني للطاقة المتجددة: تيم سيلفرمان، ونيكولاس إيرفين، ونيك بوسكو، إلى جانب موظفين من شركة ترومف إنكوربوريشن Trumpf Inc، التي صنعت ليزر "الفيمتوثانية" ويقع مقرها بولاية كاليفورنيا.
إعادة تدوير الألواح الشمسية بـ"الفيمتوثانية"
في سبيل إعادة تدوير الألواح الشمسية، يستعمل ليزر "الفيمتوثانية" نبضة قصيرة من ضوء الأشعة تحت الحمراء التي تعمل على إذابة الزجاج لتشكيل إغلاق قوي ومحكم، بحسب المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL).
ويمكن استعمال اللحام الزجاجي في أي نوع من تكنولوجيا الطاقة الشمسية -السيليكون، والبيروفسكايت، وتيلوريد الكادميوم- لأن حرارة اللحام تقتصر على بضعة ملليمترات من تركيز الليزر.
وتُصنع ألواح الطاقة الشمسية من الرقائق المصممة لالتقاط جزء معين من الطيف الشمسي، وتسخير ضوء الشمس لتوليد الكهرباء، وتوضع الرقائق بين لوحين من الزجاج مدعومين بصفائح البوليمر.
وأظهر بحث المختبر الوطني للطاقة المتجددة أن ليزر "الفيمتوثانية" ولحامات الزجاج بالصَهر قوية مثل الزجاج نفسه، وأوضح: "ما دام الزجاج لم ينكسر؛ فلن ينكسر اللحام".
في المقابل؛ فإن عدم وجود البوليمرات بين صفائح الزجاج يتطلّب أن تكون الألواح الملحومة أكثر صلابة.
ويُعد بحث المختبر الوطني للطاقة المتجددة الأول الذي يستعمل ليزر "الفيمتوثانية" لتشكيل لحام الزجاج بالصهر في لوح شمسي نمطي، وفقًا لما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.
في الماضي، تمت تجربة نوع مختلف من إغلاق الحواف باستعمال ليزر "النانوثانية" وحشو الزجاج، وتبيّن أن اللحامات هشة للغاية بحيث لا يمكن استعمالها في تصميمات الألواح الشمسية الخارجية.
في المقابل، توفر اللحامات بالليزر بالفيمتوثانية قوة فائقة مع الإغلاق المحكم بتكلفة مقنعة.
وقال كبير العلماء مدير مجموعة الخلايا الكهروضوئية البلورية عالية الكفاءة في قسم الكيمياء وعلوم النانو لدى المختبر الوطني للطاقة المتجددة ديفيد يونغ، إن البحث "يحمل بالتأكيد مخاطرة عالية ومكافأة عالية"، لكنه يشير إلى اتجاه لمزيد من الأبحاث لإطالة عمر ألواح الطاقة الشمسية إلى ما بعد 50 عامًا والسماح بإعادة التدوير بشكل أسهل.
وأجرى هذا البحث تحالف المواد النمطية المعمرة (Durable Module Materials Consortium) الذي يشرف عليه المختبر الوطني للطاقة المتجددة، ويموله مكتب تقنيات الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة الأميركية.
اقرأ أيضًا..
- لماذا يهدد ارتفاع أسعار الفائدة نشر التقنيات النظيفة؟ (تقرير)
- أنس الحجي: وكالة الطاقة الدولية تبالغ في نمو السيارات الكهربائية.. وهذه الأدلة
- أكبر محطة هجينة للطاقة المتجددة في العالم.. 4 أسباب تمنحها التفوق (تقرير)
