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报废太阳能光伏电池板组件回收方法

发布时间:2017/05/11 点击量:
  一、光伏组件回收的背景
 
  光伏组件回收中的硅(硅片是什么)、银、铜、铝等有价值的资源,大部分都能够通过回收实现循环再利用,可节约资源,减少对原生资源开采并降低资源提炼的耗能,从而减轻生态环境影响及破坏。因此,光伏组件的回收与无害化处理是当前国际国内产业界和环境界十分关注的问题。
 
  2014年初,报废电子电气设备(WEEE)指令修订版在欧盟全面正式生效,其中第一次将光伏组件纳入指令范围,规定报废的光伏组件和家用电器作为一类产品需要进行强制回收处理。
 
  2014年10月,在IECTC82WG2的会议上,一部分WG2成员也提议将“光伏组件回收与环境安全评估”作为新的工作组项目提案(NWIP)展开了讨论,未来制订出光伏组件回收以及环境安全评估的IEC标准。
 
  在我国,随着近几年光伏行业的迅猛发展,光伏组件回收的技术和政策体系也逐步受到关注,能耗低、污染小,经济可行的光伏组件回收再利用技术路径已经开始研究探索。
 
  二、光伏组件的组成
 
  首先,我们一起来看看光伏组件的结构与重量组成,如下图所示:
 
  欧盟PVCYCLE组织的研究显示,以一块250W的光伏组件为例,玻璃约占总重量的70%左右,铝边框约占18%,半导体材料约占4%。如此看来,一块太阳能组件的大部分重量来自可循环再造的材料。此外,研究还指出,虽然太阳能光伏组件中包含的银、铟、镓等稀有金属仅占光伏组件总质量的1~2%,但是仍具有回收价值。
 
  三、报废光伏组件回收的方法
 
  当回收废旧的光伏组件时,需要对光伏组件进行拆分,将铝边框、玻璃和接线盒部分去除,得到硅晶片。有效的完整硅晶片回收方法有无机酸溶解法和热处理法。
 
  无机酸溶解法是用硝酸和过氧化氮混合酸,在一定的温度条件下,经过一段时间将EVA溶解掉,与玻璃分类。此法可保持晶硅片的完整,但需要进一步对硅晶片进行处理。
 
  热处理法分为“固定容器热处理法”和“流化床反应器热处理法”。
 
  固定容器热处理法是将光伏组件放入焚烧炉中,设置反应温度600℃进行焚烧。焚烧完成后,将电池、玻璃和边框等手工分离。回收的各类材料进入相应的回收程序,塑料类的材料完全焚烧。
 
  流化床反应器热处理法是使用流化床反应器对报废光伏组件进行热处理。将细沙放入流化床反应器中,在一定温度、流速的空气作用下,细沙处于滚烫流动状态,具有液体的物理性质。将电池板光伏组件放入流化床中,EVA和背板材料会在反应器中气化,废气则从反应器中进入二次燃烧室,作为反应器的热源。对于厚度达到400微米以上的电池片,可以回收完好的硅片。由于制造技术不断发展,电池片逐代变薄,热处理法已无法获得完好的硅片,因此也只能够适用于回收硅料。
 
  有机酸溶解法是用有机溶剂溶胀EVA,以达到分离电池片、EVA、玻璃和背板的目的。该法所需时间较长,大约7天为一次反应周期。另外,EVA膨胀后使电池片破碎且存在有机废液处理问题,因此该法仍处于实验室研究阶段。
 
  物理分离法是先将光伏组件铝边框与接线盒拆除,随后粉碎无框光伏组件,分离涂锡焊带与玻璃颗粒,剩下的部分再进行研磨,用静电分离方法得到金属、硅粉末、背板颗粒和EVA颗粒。该法最终得到是不同材料的混合物,未能实现单一组分的充分分离,仍处于实验室研究阶段。
 
  结合国内外已有报废光伏组件的技术方法和经验来看,无机酸和有机酸溶解只针对EVA的去除和分离,未考虑到边框的拆除和硅晶片再利用,且剩下的废液也难处理。物理分离法不够完善,未能分离各单一的组分。可采取多种处理方法相结合的方式,取长补短,探索出合适的光伏组件处理方法。
 
  四、光伏组件回收流程
 
  由FirstSolar提出的较成熟的光伏组件回收流程如下图所示:
 
  五、光伏组件回收中的难点
 
  1.技术层面:回收光伏组件时的无害化处理,废气、废液、废物收集与处理在光伏组件回收时,含氟背板更是给人们出了一道难题。由于含氟背板含有卤族元素,在组件报废后,若通过焚烧处理会产生氟化氢等毒性气体,改用其他方式,氟同样也很难处理。加之碳氟化合物异常牢固的化学结构,通常的掩埋处理方法在1000年内都无法降解该成分。另外,使用有机/无机酸溶液处理光伏组件后的废液收集和处理也是个难题。
 
  2.经济效益:回收组件的经济收益低,市场对光伏组件回收动力不大由于光伏组件回收成本高,比如回收组件的设备购置和维护又是一比额外的成本。光伏组件回收的收益低,若要实现对废旧光伏组件进行规模化回收的目标,仍然还有很长的路要走。
 
  3.政策法规:国内在光伏组件回收方面或光伏组件无害化处理方面的政策法规仍是空白目前国际和国内对于光伏组件回收有多种可行的技术路线,但是由于现阶段国内光伏组件回收规模较小,也没有形成相应的产业链。因此,在政策和法规方面,还需要相关的政策加以指导和要求,填补这部分空白。
 
  六、光伏组件回收的前景
 
  目前全球对废旧光伏组件回收(电池片回收)的关注度持续升高,但想要短期内达到很好的效果也很有难度。光伏回收的倡议已经在欧盟开始执行,PVCYCLE组织预计到2035年全球光伏组件回收将成为总价值达到120亿美元的产业。报废光伏组件回收不仅可以创造更多的就业机会,而且可以降低太阳能光伏产业对整体环境的影响。
 
  在我国,也已经开展了相关工作,如国家863课题子任务“光伏设备回收与无害化处理技术研究”。随着我国光伏装机总量逐年上升,不远的将来我国光伏组件大规模的报废不可避免,因此提早做好规模化、高效、低能耗、低成本的太阳能光伏组件回收技术储备才能有备无患,实现可持续发展。

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