Do hậu quả của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư và chính phủ. Có rất nhiều trở ngại trong vấn đề tái chế tấm pin năng lượng mặt trời. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm sâu hơn về các vấn đề tái chế với pin PV, giải thích lý thuyết và công nghệ sản xuất pin mặt trời.
Pin mặt trời: Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm của pin mặt trời
Ánh sáng mặt trời thân thiện với môi trường
Đây có thể là thực tế phổ biến nhất về các tế bào PV sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng sạch, xanh và có sẵn rộng rãi.
Năng lượng mặt trời có sẵn cho tất cả mọi người
Hầu như mọi người đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời trên mái nhà của họ, trái lại với nhiều năng lượng tái tạo như năng lượng thủy điện hoặc năng lượng gió thì không thể lắp đặt trên mái nhà.
PV có chi phí hoạt động thấp
Nhiên liệu hóa thạch không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn cần một lượng ngân sách đáng kể để khám phá, khai thác và vận chuyển. Mặt khác, tế bào PV không yêu cầu những chi phí này.
Các tế bào PV có thể được lắp đặt ở những khu vực bất lợi
Trong khi các nhà máy điện khác cần những khu đất thích hợp, các tế bào PV có thể được lắp đặt ở khắp mọi nơi để giảm chi phí ban đầu.
Nhược điểm của pin mặt trời
Điện mặt trời đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao
Chi phí ban đầu để có được và lắp đặt một hệ thống điện mặt trời là tương đối cao. Khi bạn muốn sử dụng năng lượng mặt trời, bạn cần mua tấm pin PV, bộ biến tần, pin, hệ thống dây điện và thiết kế dự án.
Đầu ra của PV rất không ổn định
Một điểm yếu khác của các hệ thống năng lượng mặt trời là chúng không thể hoạt động hiệu quả trong mọi điều kiện. Hệ thống sẽ không thể tạo ra điện vào ban đêm và hiệu quả cũng sẽ giảm đáng kể trong điều kiện nhiều mây và mưa.
Lưu trữ năng lượng mặt trời rất tốn kém
Vì năng lượng mặt trời không có vào ban đêm, bạn cần sử dụng pin để lưu trữ năng lượng và sử dụng nó khi cần thiết.
Pin mặt trời có thể độc hại và quá trình tái chế rất tốn kém
Mặc dù pin mặt trời sử dụng năng lượng sạch và không thải bất kỳ ô nhiễm nào vào bầu khí quyển, một số vật liệu độc hại được sử dụng trong quá trình sản xuất của chúng, ảnh hưởng đến môi trường. Hơn nữa, pin mặt trời còn sót lại chất độc sau vòng đời của chúng và cần được tái chế.
Vấn đề tái chế tấm pin năng lượng mặt trời
Pin mặt trời có thể độc hại và vấn đề thải bỏ pin mặt trời đang gia tăng nhanh chóng. Vì vậy, vấn đề này sẽ trở thành một vấn đề đáng lo về môi trường trong tương lai.
Lý thuyết và công nghệ pin mặt trời
Quang điện (hay còn gọi là PV) là một quá trình cho phép chúng ta chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng cách sử dụng các chất bán dẫn như Si và Ge.
Pin mặt trời hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong. Đây là công nghệ phổ biến nhất trong một loạt các hệ thống năng lượng mặt trời như bộ thu năng lượng mặt trời, hệ thống quang điện nhiệt,… PV đang trở thành phương tiện sản xuất điện tiết kiệm chi phí nhất ở các nước có mức độ bức xạ mặt trời cao. Hiện nay chi phí của quá trình sản xuất pin mặt trời đang dần giảm xuống.
Tại sao cần phải tái chế tấm pin năng lượng mặt trời?
Khi công nghệ quang điện ngày càng phát triển, mối quan tâm mới về các tấm pin mặt trời End-of-life (EOL) đang xuất hiện. Công suất PV lắp đặt toàn cầu dự kiến sẽ tăng lên 4500 GW vào năm 2050.
Sau thời gian sử dụng pin mặt trời bị hư hỏng và sau đó, một số vật liệu độc hại trong module, như Cd, Pb và Cr, sẽ được thải ra môi trường và gây ra các vấn đề nghiêm trọng.
Nếu tuổi thọ trung bình của các tấm pin mặt trời được coi là 25 năm, thì lượng rác thải pin mặt trời trên toàn thế giới có thể lên tới 78 tỷ kg vào năm 2050.
Quan trọng hơn, công nghệ PV màng mỏng (TFPV), đang được sử dụng ngày càng nhiều, chứa nhiều vật liệu độc hại hơn đáng kể so với công nghệ PV silicon truyền thống.
Vật liệu màng mỏng có hiệu suất tuyệt vời và có tiềm năng tiến bộ hơn nữa. Với mức tăng trưởng đáng kể từ 40 GW năm 2013 lên 500 GW vào năm 2020, công nghệ màng mỏng có thể được coi là thị trường phát triển nhanh nhất trong số các hệ thống tái tạo.
Do đó, chúng ta không thể từ bỏ việc sử dụng công nghệ này. Chúng ta nên quan tâm đến những vật liệu này và nghĩ đến một hệ thống tái chế có hệ thống để tránh các vấn đề môi trường trong tương lai. Nhưng hiện chỉ có khoảng 10% module PV trên thế giới được tái chế.
Các quy trình tái chế tấm pin năng lượng mặt trời
Trên thực tế, quá trình tái chế, chi phí công nghệ và vật liệu được sử dụng trong pin mặt trời đóng một vai trò quan trọng trong tỷ lệ pin PV được tái chế.
Ví dụ: Quy trình tái chế các tấm dựa trên silicon bao gồm việc tháo rời các tấm thành các thành phần nhôm và thủy tinh, nấu chảy các tấm bị hỏng trong quy trình Czochralski, sản xuất các tế bào silicon mới bằng cách sử dụng các tấm mới và đóng gói cuối cùng. Quá trình này dẫn đến tỷ lệ tái chế là 85%.
Một số chuyên gia cho rằng chi phí của quá trình tái chế pin mặt trời dựa trên silicon với công nghệ hiện tại quá cao nên phương án chôn lấp được nhiều người ra quyết định quan tâm hơn.
Xử lý vật lý
Đầu tiên, các tấm pin cần được tháo dỡ từng phần. Bạn cần tháo khung nhôm bao quanh, hộp nối và cả cáp. Bảng điều khiển, hộp nối và dây cáp sau đó sẽ được cắt nhỏ và kiểm tra để tìm lượng độc hại để thải bỏ.
Một phần quan trọng của quá trình vật lý tái chế các tấm pin mặt trời là khung của các tấm. Nó là thành phần cuối cùng cần được gắn vào module, đóng vai trò liên kết và giữ các cạnh module khỏi môi trường.
Ngoài ra, độ bền cơ học của bảng điều khiển chủ yếu phụ thuộc vào khung của nó, vì vậy khung có tầm quan trọng tối cao trong thời gian hoạt động của bảng.
Xử lý nhiệt
Bất kỳ công nghệ xử lý chất thải nào sử dụng nhiệt độ cao đều được gọi là xử lý nhiệt. Trong quá trình này, thường cần đốt các chất thải. Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các vấn đề khác nhau của quá trình này khi tách silicon khỏi các mô-đun PV bị hư hỏng.
Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Cơ quan Quốc gia Ý về Công nghệ Mới đã sử dụng xử lý nhiệt ở 600 độ C để đo số lượng kim loại trong pha khí được giải phóng trong quá trình này. Việc đo lượng kim loại rắn thường được thực hiện ở cuối quá trình nhiệt.
Xử lý hóa chất
Sau quá trình tách tế bào PV bằng xử lý nhiệt, vật liệu PV sẽ được đưa vào quá trình hóa học. Một phần quan trọng khác của quy trình này là phát thải khí độc hại. Đây thực sự là một trong những vấn đề quan trọng đối với việc tái chế các tấm PV.
Nguồn: GSES
Tính bền vững và hiệu quả sinh thái của các quy trình tái chế tấm pin năng lượng mặt trời
Hiệu quả sinh thái xem xét toàn bộ vòng đời của sản phẩm, bao gồm tổng mức tiêu thụ năng lượng, tác động đến môi trường và cuối cùng, quy trình tái chế được so sánh với giá trị thị trường của sản phẩm.
Hiệu quả sinh thái của quá trình tái chế thay đổi đáng kể. Ví dụ, khi sử dụng máy hủy và đốt chất thải, tỷ lệ tái chế các vật liệu như Al, Cu và thủy tinh thực sự thấp. Hơn nữa, các sản phẩm cuối cùng sẽ không đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Nếu chúng ta muốn đạt được một hệ thống tái chế bền vững, hiệu quả sinh thái của quá trình tái chế phải cao đến mức giá trị của các sản phẩm tái chế là thực tế.
Tóm lại, tỷ lệ gia tăng các tấm pin mặt trời cuối vòng đời trên thế giới cao hơn tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng và nhà máy tái chế. Điều này sẽ dẫn đến một thảm họa môi trường trừ khi xu hướng này thay đổi. Các tổ chức chính trị và xã hội cần nỗ lực phối hợp để thúc đẩy quy trình thiết lập hệ thống tái chế hiệu quả nhằm giảm thiểu nguy cơ thải bỏ pin mặt trời càng nhiều càng tốt.