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光伏组件的回收方法,流程及难点提前关注!
2017-12-07 09:26:08   来源:光伏时代   作者:张龙采编  点击:

  我们在兴致勃勃的谈论我国光伏累计装机达到43GW、居世界第一的时候,是否想过光伏组件回收的问题?


为什么要回收?


光伏组件的大部分材料是可循环再造的材料,除了铝和玻璃外,还包含银、铟、镓等稀有金属。这些稀有金属虽然只占组件重量的1%,但回收价值大。

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对光伏组件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。


是否存在回收标准?


2014年初,报废电子电气设备指令(WEEE)修订版在欧盟全面正式生效,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,WG2成员提议将《光伏组件的回收与环境安全评估》作为新的工作组项目提案,未来制订出组件回收以及环境安全评估的IEC标准。

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目前,欧洲已经着手从标准法规层面出台强制回收光伏组件的规定。欧盟议会已正式修改了废弃电气和电子设备规章。根据修订,使用过的光伏组件必须集中收集85%以上,必须再循环利用80%以上。


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。


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:


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欧盟PV CYCLE组织研究显示,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,虽然太阳能组件中包含的银、铟、镓等稀有金属仅占组件总质量的1~2%,但是仍具有回收价值。


光伏组件回收的方法


当回收废旧的光伏组件时,需要对组件进行拆分,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"。其中,后者又分为"固定容器热处理法"和"流化床反应器热处理法"。


无机酸溶解法


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。


固定容器热处理法


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


使用流化床反应器对废弃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。


除上述3种方法外,还有"有机酸溶解法"和"物理分离法"。


有机酸溶解法


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


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。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。


各种方法的优缺点:


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。


光伏组件的回收流程


由First Solar提出的较成熟的光伏组件回收流程如下图所示:

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英文版完整理想的组件回收流程图如下所示,越往后对技术要求越高,废料越少,同时理论收益也越高。(Huang, Solar Energy, 2017)

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光伏组件回收中的难点


技术层面:回收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,含氟背板给人们出了一道难题。碳氟化合物异常坚固的化学结构,通常的掩埋处理方法甚至在千年内都无法降解这个成分;而且,氟化物的毒性很大,若通过焚烧处理会产生氟化氢等毒性气体。而当下兴起的全PET薄膜背板或可解决以上问题。


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。

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