Tái chế tấm pin năng lượng mặt trời khi hết hạn sử dụng

Điện năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và bền vững, nhưng vấn đề xử lý tấm pin quang điện (PV) khi hết hạn sử dụng là một thách thức lớn. Tuy nhiên, việc tái chế tấm pin năng lượng mặt trời hiện nay là hoàn toàn khả thi nhờ vào các công nghệ tiên tiến. Cùng KITAWA tìm hiểu quy trình tái chế tấm pin, biến chúng từ rác thải thành nguyên liệu và những lợi ích kinh tế từ việc tái tạo pin mang lại. 

Lượng rác thải từ pin năng lượng mặt trời bao nhiêu?

Theo thống kê mới nhất từ IRENA và IEA-PVPS, lượng rác thải pin năng lượng mặt trời dự kiến đạt tới 78 triệu tấn vào năm 2050. Nếu tái chế hoàn toàn mang lại giá trị kinh tế khoảng 15 tỷ USD vào năm 2050.

Tuy nhiên, tái chế pin mặt trời đòi hỏi quy trình chuyên biệt, tốn chi phí đầu tư ban đầu khá lớn. Để ngành công nghiệp năng lượng xanh phát triển lâu dài, xây dựng quy trình, cơ chế tái chế pin mặt trời phù hợp cho mỗi quốc gia là cần thiết hiện nay. 

Quy định về xử lý pin năng lượng mặt trời hết hạn

Tại Việt Nam, vấn đề quản lý và tái chế tấm pin năng lượng mặt trời (NLMT) thải bỏ đang được quan tâm và đã có những quy định bước đầu:

• Luật Bảo vệ Môi trường (BVMT) năm 2020 đã quy định trách nhiệm của nhà sản xuất, nhập khẩu trong việc thu hồi, tái chế pin năng lượng mặt trời.

• Điều 55 Luật BVMT 2020 quy định các tổ chức, cá nhân sản xuất, nhập khẩu sản phẩm, bao bì chứa chất độc hại, khó có khả năng tái chế hoặc gây khó khăn cho thu gom, xử lý phải đóng góp tài chính vào Quỹ Bảo vệ môi trường Việt Nam để hỗ trợ các hoạt động xử lý chất thải.

• Bộ Tài nguyên và Môi trường (TN&MT) đã nghiên cứu, đưa tấm pin mặt trời vào danh mục các sản phẩm mà các nhà sản xuất, nhập khẩu có trách nhiệm thu hồi và tái chế (theo nguyên tắc Trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất - EPR).

• Các nhà sản xuất hoặc nhập khẩu có thể lựa chọn các hình thức tái chế như: Tự tái chế, Thuê đơn vị tái chế, hoặc Ủy quyền cho bên thứ 3 để tổ chức tái chế.

Hiện tại, tấm pin NLMT hết hạn sử dụng không được xem là chất thải nguy hại ngay lập tức nhưng vẫn phải tuân thủ các quy định về quản lý chất thải rắn thông thường và chất thải nguy hại nếu chứa các thành phần độc hại.

Trong khi đó, ở thị trường quốc tế Liên minh Châu Âu (EU) là khu vực tiên phong trong việc xây dựng chính sách kinh tế tuần hoàn (KTTH) cho tấm pin NLMT:

• Chỉ thị về chất thải điện và điện tử (WEEE): Chỉ thị này đưa ra các hướng dẫn chính xác về việc thu thập, xử lý, tái chế và thu hồi các tấm pin mặt trời.

• Mục tiêu tái chế: EU quy định tỷ lệ tái chế/tái sử dụng bắt buộc đối với tấm pin NLMT là 85%/80% (tức là thu hồi 85% khối lượng và tái sử dụng 80% vật liệu).

• Các quốc gia như Anh, Đức, Séc là những nước đi đầu trong việc thực hiện các thông tư này.

• Quy định mới về Pin của EU (có hiệu lực từ năm 2025) cũng tập trung vào việc siết chặt các tiêu chuẩn tính toán hiệu suất tái chế và tỷ lệ thu hồi nguyên liệu.

Quy trình tái chế tấm pin năng lượng mặt trời hết hạn 

Các loại tấm pin năng lượng mặt trời phổ biến như pin mặt trời tinh thể Silicon và Pin mặt trời màng mỏng, với thành phần cấu tạo chi tiết khác nhau ở lớp tế bào quang điện. Dưới đây là quy trình tái tạo pin chi tiết:

Tái chế pin mặt trời Silicon

Quy trình tái chế tấm pin năng lượng mặt trời Silicon được bắt đầu bằng việc tách ba thành phần chính của tấm pin: Khung, Mặt kính, và các Tế bào quang điện (Cells).

Bước 1: Tái chế Khung nhôm và Mặt kính

• Khung (Nhôm): Sau khi được tách rời, phần khung nhôm hầu như có thể được tái chế 100% để phục vụ công tác đúc các khung mới. Đây là quá trình khá đơn giản và có hiệu suất thu hồi vật liệu rất cao.

• Mặt kính: Phần mặt kính cường lực cũng được tái chế rất hiệu quả, với tỷ lệ thu hồi lên đến 95%. Thủy tinh tái chế này có thể được sử dụng lại trong nhiều ngành công nghiệp khác.

Bước 2: Xử lý và thu hồi tinh thể Silicon

Đây là giai đoạn phức tạp và quan trọng nhất, tập trung vào việc xử lý các tế bào quang điện (cells) để thu hồi vật liệu bán dẫn có giá trị.

• Các tế bào quang điện sẽ được xử lý ở nhiệt độ cao, khoảng 500 độ C. Mục đích của bước này là để bóc tách các thành phần như lớp nhựa EVA và các lớp màng bảo vệ khác ra khỏi tinh thể Silicon.

• Các thành phần nhựa (Polymer) bị đốt cháy hoặc bay hơi trong quá trình nhiệt sẽ được thu gom và có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho các giai đoạn xử lý phía sau (thay vì thải bỏ hoàn toàn).

• Tinh thể Silicon, sau khi được tách rời khỏi lớp keo và nhựa, sẽ được thu hồi. Tinh thể Silicon này có thể được tái sử dụng trực tiếp hoặc được nung chảy để tạo thành các Wafer (lát silicon mỏng). Các Wafer tái chế này sau đó được dùng để chế tạo các Cell pin mới.

• Quy trình này cho phép thu hồi và tái chế Silicon với hiệu suất rất cao, lên tới 85%.

Tái chế pin màn mỏng hay pin Thin-film

Pin màng mỏng (Thin-film) thường được tái chế thông qua các phương pháp nghiền và xử lý hóa học để tách các vật liệu bán dẫn màng mỏng khỏi chất nền.

Bước 1: Hủy nghiền (Shredding)

• Tấm pin Thin-film được đưa trực tiếp vào máy hủy nghiền (hoặc máy nghiền).

• Mục tiêu là giảm kích thước của toàn bộ tấm pin xuống các mảnh nhỏ, thường khoảng 4-5mm.

Bước 2: Tách chất lỏng và chất rắn (Centrifugation)

• Thành phần sau khi nghiền (bao gồm chất lỏng và chất rắn) được đưa vào máy quay ly tâm (centrifuge).

• Quá trình ly tâm giúp giữ lại phần rắn (chủ yếu là vật liệu nền và các hạt vật chất lớn) và tách riêng chất lỏng (chứa các vật liệu bán dẫn và kim loại nặng).

Bước 3: Tinh chế chất lỏng và phân tách kim loại

• Kết tủa và khử nước: Chất lỏng được phân tách ở Bước 2 sẽ trải qua quy trình kết tủa và khử nước để tăng độ tinh khiết của các hợp chất.

• Phân tách: Tiếp theo là quá trình phân tách các kim loại và các chất bán dẫn khác nhau có trong dung dịch. Quá trình này được báo cáo cho hiệu suất tái chế vật liệu bán dẫn lên tới 95%, đây là một con số rất cao.

Bước 4: Xử lý vật liệu rắn (Thủy tinh)

• Riêng với các vật liệu rắn còn lại (chủ yếu là thủy tinh) sẽ được sàng lọc, rửa sạch.

• Kết quả thu được khoảng 90% thủy tinh nguyên chất, sẵn sàng cho quá trình tái chế tiếp theo.

Tại sao cần xử lý pin năng lượng mặt trời hết hạn?

Việc xử lý và tái chế tấm pin mặt trời hết hạn là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành năng lượng tái tạo, bởi các nguyên nhân sau:

Bảo vệ môi trường và sức khỏe

• Ngăn chặn Ô nhiễm: Nếu bị vứt bỏ bừa bãi hoặc chôn lấp không đúng cách, các thành phần hóa học bên trong tế bào quang điện (như Cadmium, Chì, hoặc Selen) có thể ngấm vào đất và nguồn nước, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

• Quản lý chất thải rắn: Xử lý chuyên nghiệp đảm bảo các tấm pin được đưa đến nơi tái chế hoặc xử lý chất thải rắn hợp quy cách, thay vì làm gia tăng lượng rác thải điện tử khổng lồ tại các bãi rác công cộng.

Tận dụng tài nguyên và giá trị kinh tế 

• Tấm pin là nguồn tài nguyên thứ cấp chứa nhiều vật liệu có giá trị như Kính (tái chế ~ 95%), Nhôm (tái chế 100\%), và quan trọng nhất là Silicon (tái chế ~ 85%).

• Việc thu hồi và tái sử dụng các vật liệu này giúp giảm đáng kể nhu cầu khai thác tài nguyên thiên nhiên. Đồng thời giảm chi phí đầu vào cho quy trình sản xuất, mặc dù hiện tại chi phí này vẫn cần sự hỗ trợ và can thiệp từ Chính phủ để trở nên cạnh tranh hơn.

• Xử lý chuyên nghiệp giải quyết lượng lớn tấm pin không còn dùng được, biến rác thải thành "nguyên liệu.

Tối ưu hóa không gian 

Việc tháo dỡ và xử lý các tấm pin đã hết hạn sử dụng (thường lắp trên mái nhà hoặc khu đất lớn) giúp thu hồi lại diện tích mái/đất nhàn rỗi, sẵn sàng cho việc lắp đặt hệ thống mới hoặc sử dụng vào các mục đích khác.

Cắt giảm chi phí và công sức vận chuyển

Sử dụng dịch vụ vận chuyển và xử lý chuyên nghiệp giúp các chủ đầu tư và hộ gia đình tiết kiệm tối đa chi phí nhân công, vận chuyển và thời gian cho việc tháo dỡ và xử lý chất thải theo đúng quy định.

Các câu hỏi thường gặp

Pin năng lượng mặt trời có hạn sử dụng không? 

Có, pin năng lượng mặt trời có hạn sử dụng, tuổi thọ pin thường kéo dài từ 25 - 30 năm, nhưng hiệu suất của nó sẽ giảm dần theo thời gian.

1 hộ gia đình cần bao nhiêu tấm pin năng lượng mặt trời?

Số lượng tấm pin năng lượng mặt trời cho 1 hộ gia đình phụ thuộc vào mức tiêu thụ điện năng, diện tích mái nhà và công suất tấm pin. Theo KITAWA ước tính, cần 3-5 tấm pin (công suất ~350Wp) cho gia đình nhỏ, 9-12 tấm cho gia đình có mức tiêu thụ điện vừa phải (400-500 kWh/tháng), và 15-29 tấm cho gia đình nhu cầu sử dụng điện cao (hơn 600 kWh/tháng).

5Kw bao nhiêu tấm pin?

Cần khoảng 10 - 20 tấm pin

Tóm lại, quy trình tái chế pin năng lượng mặt trời hết hạn là một trách nhiệm kép vừa bảo vệ môi trường, vừa đảm bảo tính kinh tế và tính bền vững cho toàn bộ ngành công nghiệp năng lượng mặt trời. Mong rằng những chia sẻ chuyên môn từ KITAWA sẽ cung cấp cho bạn đọc thêm nhiều thông tin bổ ích về hệ thống điện mặt trời.