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太阳能光伏组件回收遇技术瓶颈

发布时间:2017/05/24 点击量:
  “在欧洲和美国不要求使用含氟背板,趋势也是越来越少地使用含氟背板,但中国却指定使用含氟背板。”在一次技术论证会上,中国可再生能源学会光伏专业委员会秘书长吕芳表示。
 
  中国光伏产能和市场容量均居世界第一,市场之大毋庸置疑。但20-30年之后面临背板大量退役。“按照中国光伏装机规模,中国2030年将会有70GW的组件需要回收。其中约50GW都是含氟材料。”
 
  不可否认,TPT背板的确在耐受性上有着良好的性能,但重视耐久性的同时,背后的环保隐忧却一直处于“被遗忘”的角落。
 
  氟元素隶属于卤族元素,卤族元素还包含氯、溴、碘等,1940年用人工核反应的方法制得,它们构成元素周期表的第七主族,含有剧毒。在光伏组件中,氟元素以化合物的形态存在,也就是我们常说的聚合物的一种。
光伏组件回收
  碳氟化合物具有异常坚固的化学结构,通常的掩埋处理方法会对土地造成大量污染,在组件报废后,含氟聚合物回收再利用可能会存在一些困难。鉴于业内目前尚无有效的回收方案和技术,正如塑料袋聚苯乙烯难以降解的原理,通常的掩埋处理方法在1000年内都无法降解该成分。”
 
  如果填埋行不通,那么焚烧处理处置呢?
 
  “氟化物的毒性很大,之前已有过光伏电站着火后,救援人员产生氟化物中毒的案例。“一个家用分布式光伏板燃烧产生的氟化氢气体呈现无色有刺激性气味,足以致命。”一位背板供应商表示。
 
  2017年,被业界称为中国分布式光伏市场启动的真正元年,众多光伏企业积极备战分布式市场。从国家制定的目标来看,在2020年之前,分布式市场规模将达6000万千瓦,是未来光伏最重要的应用市场,装机容量前四位的江苏、浙江、广东和山东加起来的装机容量已经超过了全国分布式光伏发电装机容量的50%;而屋顶,户用分布式将占据重要份额。
 
  但是至今,在未知的成本与技术壁垒之下,组件回收尚无一种环保、安全的回收途径,这也是光伏产业无法回避的困扰。
 
  回收技术瓶颈
 
  国际能源署光伏系统项目的报告显示,2014年,全球废弃的光伏组件还不到电子垃圾的千分之一;而到2050年,则会达到0.78亿吨。而中国在2030年,将会有70GW的组件需要回收。
 
  我国从“十二五”期间开始了组件回收相关探索,其中863课题子任务“光伏设备回收与无害化处理技术研究”专项课题也于同时期开展。
 
  目前,专用于组件回收的技术较为有限,“当下的回收技术可以被归结——一半是海水,一半是火焰。也就是冷处理和热处理法。”吕芳告诉《能源》记者。
 
  低温深冷物理研磨法,即前文所述的“冷处理”,是英利集团尝试研发的组件回收技术。其原理是把光伏组件降温到零下两三百度,先将组件铝边框与接线盒拆除,随后粉碎无框组件,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。它没有任何的热和化学的方法,然后再用静电分离把各种材料分出来,然而物理分离法最终得到的是不同材料的混合物,未能实现单一组分的充分分离,因此该方法仍处于实验室研究阶段。
 
  国际上用的比较多的无机酸溶解法和热处理法,也就是说把光伏组件放到马弗炉或者热解炉里面,使用流化床反应器对废弃光伏组件进行热处理,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。
 
  但该方法的难点在于不同气温下,让氮气、氧气在什么气温然后又通过什么样的加温速率在什么温度上停留多久以把EVA,背板完全汽化掉,废气则从反应器中进入二次燃烧室,作为反应器的热源。热解完了之后再用化学法,即有机酸溶胀掉表面的电度、电极,最后留下完整的玻璃和完整的硅片,把它回收回来。对于厚度达到400微米以上的电池片,可以回收完好的硅片。
 
  不过,随着制造技术不断发展,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。
 
  处理的回收过程也面临着许多问题。据尚善新材料副总经理蔡书义告诉《能源》记者:“很多情况下,这些技术会造成二次污染。”比如在汽化之后,还需要有机酸溶解法是用有机溶剂溶胀EVA,分离电池片、EVA、玻璃和背板主要难点还是在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,虽然可保持晶硅片的完整,但需要进一步对硅晶片进行处理。且所需时间较长,大约7天为一次反应周期。且只针对EVA的去除和分离,未考虑到边框的拆除和硅晶片再利用,且另外,EVA膨胀后使电池片破碎且存在有机废液处理问题。
 
  “根本还是经济性问题。”吕芳告诉《能源》记者:“我们去回收这个东西,一定要低能耗、低污染,如果说我们回收拿回来的东西用还不好用,结果发现,因为加到600度的温度能耗很高了,然后再释放出一大堆的有害气体。回收它很得不偿失。”
 
  为了让光伏组件承受得起风沙雨露的侵蚀,组件在生产过程中都会经过严苛的考验,要在80摄氏度高温和零下40摄氏度低温环境下循环测试上千次。然而,前期的牢固打造造成后期回收的难题,因为拆解不易,会增加很多成本。此外,一个晶体硅光伏组件往往重达十几公斤,拆开之后,玻璃和铝边框就占据了80%以上的重量,最值钱的导电银浆则只有6克左右。有人对回收晶体硅组件的经济效益进行了测算,结果只有5%左右的毛利润,如果算上运输成本,企业甚至要亏本进行。
 
  那么,针对组件回收一系列问题,国际市场有哪些经验值得我们借鉴?
 
  2006年,专注组件回收的基金“PVcycling”在欧洲布鲁塞尔成立。该协会一项重要工作是在2008年对废弃电气和电子设备(WEEE)规章进行修订,新的法案在2014年2月开始实施,要求使用过的光伏组件必须集中收集85%以上,再循环利用80%以上,废弃光伏组件的收集、储存、无害化处理、文档建立及资金保障等方面的内容,并将从2018年8月15日后开始征收回收处理费。也就是说,此后凡是进入欧洲市场的光伏组件,都将要求强制回收,并被征收回收处理费。此外,明确了生产商的延伸责任制,要求生产厂家对电子产品生产的全过程承担责任。
 
  颇为尴尬的是,中国目前尚无超过20年寿命的光伏企业。“中国企业生命力有多少年,能活多少年这都是有数字的。”吕芳告诉《能源》记者:“就要求你卖到欧洲的组件当中,在卖出去的当天,就把有一部分的钱提成基金,这个钱把它存到基金当中,也就是说尚德可以没有,不指望企业把25年以后的东西回收,但是这个组织还在。”
 
  潜在的隐忧对未来分布式开发商提出了更高的要求,分布式组件不但要抗腐蚀,故障率低,更重要的是要注重安全性。美国和日本,已经开始在做光伏电站火灾消防员指导手册。
 
  “我们的光伏背板一直是带电的,这就有个防火问题。如果含氟背板着火的话会释放出氟化氢气体,氟化氢气体对我们的消防员、对周边的空气、对周边的人的污染的危害。”帝斯曼亚太区总裁何飞告诉《能源》记者。
 
  虽然目前国内背板回收市场一片空白,但对于国内光伏企业而言,这是不能缺席的市场。面对庞大的回收量与技术难题,对国内整机厂商而言更关键的问题是,如何从政策角度构建回收体系。

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