Bất kỳ ai làm việc trong ngành năng lượng mặt trời đều nhận thức sâu sắc về những lợi ích mà nó mang lại cho các cộng đồng trên toàn quốc. Năng lượng sạch, tái tạo thúc đẩy nền kinh tế địa phương, giúp giảm phát thải khí nhà kính và ít yêu cầu bảo trì trong suốt thời gian đầu tư so với các hình thức sản xuất năng lượng khác. Điều mà nhiều chuyên gia trong ngành không biết là ưu và nhược điểm nào tồn tại đối với các tấm pin khi hết thời gian sử dụng.

Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế dự đoán rằng thế giới sẽ phải đối mặt với lượng chất thải tích lũy từ các tấm pin năng lượng mặt trời lên tới 78 triệu tấn vào năm 2050. Hiện tại, 90% tất cả các mô-đun năng lượng mặt trời được lắp đặt là dựa trên silicon. Tuy nhiên, việc tái chế thương mại các mô-đun vẫn chưa phát huy hết tiềm năng của nó. Thực tế, các tổ chức về chất thải PV như PV CYCLE ở EU hay Hiệp hội các ngành công nghiệp năng lượng mặt trời ở Mỹ vẫn còn hạn chế về năng lực và công nghệ.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang Arizona phối hợp với một số trường đại học và công ty khác như First Solar và DuPont đang xem xét những thách thức và cơ hội trong việc tái chế mô-đun năng lượng mặt trời silicon (Si) được công bố trên tạp chí Progress in Photovoltaic. Trong khuôn khổ của nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đang tiến hành tổng quan về tình hình tái chế mô-đun silicon hiện nay với mục tiêu đề xuất các phương pháp tiếp cận nhằm cải thiện tính khả thi của các quy trình tái chế.

Mục lục

Bao nhiêu % được tái chế?

Các cơ sở tái chế thường chỉ thu hồi ống kính từ kính mặt phía trước của tấm pin, nhôm từ khung và đồng từ dây cáp. Các thành phần này chiếm 84,6% tổng trọng lượng của tấm pin, nhưng chỉ 34,3% mang lại doanh thu tiềm năng bằng cách khai thác vật liệu từ mô-đun.

Hình ảnh sau đây trình bày về mức độ có thể tái chế một tấm pin silicon:

Các tình huống tái chế:

Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu 3 kịch bản tái chế tiềm năng cho các mô-đun Si đó là:

Sử dụng lại mô-đun chất thải
Khai thác thành phần (tương tự như các quy trình thương mại hiện tại)
Khai thác vật liệu để thu hồi tất cả các vật liệu có thể

Tái sử dụng

Việc sử dụng lại các tấm pin mặt trời hết hạn bảo hành là một quá trình nhanh chóng và đơn giản, chỉ cần làm sạch, kiểm tra trực quan và kiểm tra nhanh để đảm bảo mọi thứ vẫn còn nguyên. Sau đó, thị trường tấm pin đã qua sử dụng sẽ giao dịch các tấm này, nhưng cuối cùng, chúng sẽ ngừng hoạt động và phải được tái chế lại trong mọi trường hợp.

Trích xuất thành phần

Các kịch bản trích xuất thành phần sử dụng các máy có sẵn trên thị trường để tách khung nhôm khỏi các mô-đun, sau đó loại bỏ hộp nối. Cuối cùng, kính có solar cell Si được lấy ra – các lớp bao bọc và tấm sau được cắt nhỏ và nấu chảy để tạo ra các sản phẩm thủy tinh mới. Thủy tinh thu hồi từ các quá trình này có chất lượng thấp hơn do tạp chất cao hơn và các chất độc hại có thể được giải phóng và cần được xử lý một cách an toàn.

Khai thác nguyên liệu:

Các kịch bản khai thác vật liệu sử dụng các quy trình tương tự để tách khung Al và hộp nối ra khỏi mô-đun như các kịch bản khai thác thành phần được đề cập ở trên. Sau đó, các mô-đun sẽ trải qua quá trình nhiệt phân và một loạt các quy trình hóa học bổ sung để thu hồi vật liệu có giá trị cao như Silicon hoặc Bạc.

Quy trình tái chế tấm pin:

Doanh thu tiềm năng

Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, doanh thu tiềm năng cho một mô-đun đa tinh thể 60 tế bào là 22 đô la khi tái sử dụng mô-đun, 18,14 đô la khi trích xuất thành phần và 10,61 đô la khi trích xuất vật liệu trên mỗi mô-đun. Tái sử dụng vật liệu cũ là lựa chọn tốt nhất nhưng việc tìm kiếm một thị trường lớn và liên tục cho một lượng lớn các mô-đun dự kiến ngừng hoạt động hàng năm là một thách thức lớn.

Giải pháp tốt nhất để khai thác thành phần và vật liệu là chuẩn hóa cấu trúc tế bào silicon, hiệu suất và cấu trúc mô-đun để giảm chi phí thu thập và xử lý các tấm PV bị bỏ phí. Tuy nhiên, với thị trường đang phát triển như hiện nay, việc bình ổn khó có thể xảy ra ở giai đoạn đầu như vậy.

Mặc dù vậy, nhờ sự phát triển và đầu tư không ngừng, ngành PV đang phát triển nhanh chóng. Hiện tại, thách thức mà các nhà sản xuất tấm năng lượng mặt trời Silicon phải đối mặt là bắt kịp các xu hướng mới nhất bằng cách thiết kế các tấm PV hiệu suất cao, có độ tin cậy cao với chi phí thấp nhất có thể. Khả năng tái chế đến sau đó. Tuy nhiên, nhờ ngày càng có nhiều đầu tư vào lĩnh vực quang điện từ các hộ gia đình và doanh nghiệp, chúng ta cũng có thể mong đợi nhiều cơ hội kinh tế hơn xuất hiện trong lĩnh vực tái chế.