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光伏组件回收的方法和技术难点研究

放大字体  缩小字体 光伏产业网讯 发布日期:2017-05-09  来源:光伏产业网  浏览次数:108
核心提示: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。这些稀有金属虽占只占组件重量的1%,但回收价值大。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。
       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?
  
  如果按一块250W的光伏组件19kg估计,1GW的报废组件就可以达到7.6万吨,已经并网的43GW将产生327万吨的电子垃圾。如果不妥善处理,将给环境带来巨大的污染。
 
光伏组件回收的方法和技术难点研究
 
  
  1光伏组件回收的背景
  
  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。这些稀有金属虽占只占组件重量的1%,但回收价值大。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。
  
  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《光伏组件的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,未来制订出组件回收以及环境安全评估的IEC标准。
  
  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(WEEE)规章。根据修订,实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。
  
  2光伏组件的组成
  
  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。
  
  3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”。
  
  1)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。
  
  2)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。
  
  3)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“
  
  4)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。
  
  5)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。
  
  4光伏组件的回收流程
  
  由FirstSolar提出的较成熟的光伏组件回收流程如下图所示:
  
  5光伏组件回收中的难点
  
  1.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,含氟背板更是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。之前听说过光伏电站着火后,救援人员产生氟化物中毒的案例。而当下兴起的全PET薄膜背板或可解决以上问题。
  
  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的回收规模较小,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。
  
  6光伏组件回收的前景
  
  目前全球对废旧光伏组件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。在国际范围内,PVCycle协会的影响力较为突出。PVCycle协会成立于2007年7月,总部设在布鲁塞尔,是一家致力于欧洲光伏报废品回收在利用的协会。该协会可以对当今所有光伏技术(晶硅和非晶硅)组件进行回收,并为正式会员组织报废光伏组件的回收及循环利用工作。PVCycle协会预计到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。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、低成本的光伏组件回收技术储备才能有备无患,实现可持续发展。目前,国内的中盛光电、汉能控股、力诺等80家中国内地企业及11家台湾企业以加入了PVCycle协会。
 
 
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