光伏組件的回收可行性及前景分析

2016-06-20 11:19:18 來源:

我們在興致勃勃的談論我國光伏累計裝機達到43GW、居世界第一的時候,是否想過光伏組件回收的問題?

如果按一塊250W的光伏組件19kg估計,1GW的報廢組件就可以達到7.6萬噸,已經并網的43GW將產生327萬噸的電子垃圾。如果不妥善處理,將給環境帶來巨大的污染。

1光伏組件回收的背景

光伏組件的大部分材料是可循環再造的材料,除了鋁和玻璃外,還包含銀、銦、鎵等稀有金屬。這些稀有金屬雖占只占組件重量的1%,但回收價值大。對光伏組件回收實現循環再利用,可節約資源,減少對原生資源開采并降低資源提煉的耗能, 從而減輕生態環境影響及破壞。因此,光伏組件的回收與無害化處理是當前國際國內產業界和環境界十分關注的問題。

2014年初,報廢電子電氣設備(WEEE)指令修訂版在歐盟全面正式生效,其中第一次將光伏組件納入指令范圍,規定報廢的光伏組件和家用電器作為一類產品需要進行強制回收處理。

201410月,在IEC TC82 WG2的會議上,一部分WG2成員也提議將《光伏組件的回收與環境安全評估》作為新的工作組項目提案(NWIP)展開了討論,未來制訂出組件回收以及環境安全評估的IEC標準。

目前,歐洲已經著手從標準法規層面出臺強制回收光伏組件的規定。歐盟議會已正式修改了廢棄電氣和電子設備(WEEE)規章。根據修訂,實用過的光伏組件必須集中收集85%以上,必須再循環利用80%以上。

在我國,隨著近幾年光伏行業的迅猛發展,光伏組件回收的技術和政策體系也逐步受到關注,能耗低、污染小,經濟可行的光伏組件回收再利用技術路徑已經開始研究探索。

2光伏組件的組成

歐盟PV CYCLE組織的研究顯示,以一塊250W的光伏組件為例,玻璃約占總重量的70%左右,鋁邊框約占18%,半導體材料約占4%。如此看來,一塊太陽能組件的大部分重量來自可循環再造的材料。此外,研究還指出,雖然太陽能組件中包含的銀、銦、鎵等稀有金屬僅占組件總質量的1~2%,但是仍具有回收價值。

3光伏組件回收的方法

當回收廢舊的光伏組件時,需要對組件進行拆分,將鋁邊框、玻璃和接線盒部分去除,得到硅晶片。有效的完整硅晶片回收方法有“無機酸溶解法”和“熱處理法”。其中,后者又分為“固定容器熱處理法”和“流化床反應器熱處理法”。

1)無機酸溶解法

用硝酸和過氧化氮混合酸,在一定的溫度條件下,經過一段時間將EVA溶解掉,與玻璃分類。此法可保持晶硅片的完整,但需要進一步對硅晶片進行處理。

2)固定容器熱處理法

將光伏組件放入焚燒爐中,設置反應溫度600℃進行焚燒。焚燒完成后,將電池、玻璃和邊框等手工分離;厥盏母黝惒牧线M入相應的回收程序,塑料類的材料完全焚燒。

3)流化床反應器熱處理法

使用流化床反應器對廢棄光伏組件進行熱處理。將細沙放入流化床反應器中,在一定溫度、流速的空氣作用下,細沙處于滾燙流動狀態,具有液體的物理性質。將組件放入流化床中,EVA和背板材料會在反應器中氣化,廢氣則從反應器中進入二次燃燒室,作為反應器的熱源。對于厚度達到400微米以上的電池片,可以回收完好的硅片。由于制造技術不斷發展,電池片逐代變薄,熱處理法已無法獲得完好的硅片,因此也只能夠適用于回收硅料。

除上述3種方法外,還有“有機酸溶解法”和“物理分離法“

4)有機酸溶解法

用有機溶劑溶脹EVA,以達到分離電池片、EVA、玻璃和背板的目的。該法所需時間較長,大約7天為一次反應周期。另外,EVA膨脹后使電池片破碎且存在有機廢液處理問題,因此該法仍處于實驗室研究階段。

5)物理分離法

先將組件鋁邊框與接線盒拆除,隨后粉碎無框組件,分離涂錫焊帶與玻璃顆粒,剩下的部分再進行研磨,用靜電分離方法得到金屬、硅粉末、背板顆粒和EVA顆粒。該法最終得到是不同材料的混合物,未能實現單一組分的充分分離,仍處于實驗室研究階段。

各種方法的優缺點

結合國內外已有報廢光伏組件的技術方法和經驗來看,

無機酸和有機酸溶解:只針對EVA的去除和分離,未考慮到邊框的拆除和硅晶片再利用,且剩下的廢液也難處理。

物理分離法:不夠完善,未能分離各單一的組分。

可采取多種處理方法相結合的方式,取長補短,探索出合適的光伏組件處理方法。

4光伏組件的回收流程

First Solar提出的較成熟的光伏組件回收流程如下圖所示:

5光伏組件回收中的難點

1. 技術層面:回收組件時的無害化處理,廢氣、廢液、廢物收集與處理

在光伏組件回收時,含氟背板更是給人們出了一道難題。碳氟化合物異常堅固的化學結構,通常的掩埋處理方法甚至在千年內都無法降解這個成分;而且,氟化物的毒性很大,若通過焚燒處理會產生氟化氫等毒性氣體。之前聽說過光伏電站著火后,救援人員產生氟化物中毒的案例。而當下興起的全PET薄膜背板或可解決以上問題。

2. 經濟效益:回收組件的經濟收益低,市場對光伏組件回收動力不大

由于光伏組件回收成本高,比如回收組件的設備購置和維護又是一比額外的成本。光伏組件回收的收益低,若要實現對廢舊光伏組件進行規;厥盏哪繕,仍然還有很長的路要走。

3. 政策法規:國內在光伏組件回收方面或光伏組件無害化處理方面的政策法規仍是空白

目前國際和國內對于光伏組件回收有多種可行的技術路線,但是由于現階段國內光伏組件的回收規模較小,也沒有形成相應的產業鏈。因此,在政策和法規方面,還需要相關的政策加以指導和要求,填補這部分空白。

6光伏組件回收的前景

目前全球對廢舊光伏組件回收的關注度持續升高,但想要短期內達到很好的效果也很有難度。在國際范圍內,PV Cycle 協會的影響力較為突出。PV Cycle 協會成立于20077月,總部設在布魯塞爾,是一家致力于歐洲光伏報廢品回收在利用的協會。該協會可以對當今所有光伏技術(晶硅和非晶硅)組件進行回收,并為正式會員組織報廢光伏組件的回收及循環利用工作。PV Cycle 協會預計到2035年全球光伏組件回收將成為總價值達到120億美元的產業。光伏組件回收不僅可以創造更多的就業機會,而且可以降低太陽能光伏產業對整體環境的影響。

在我國,也已經開展了相關工作,如國家863課題子任務“光伏設備回收與無害化處理技術研究”。隨著我國光伏裝機總量逐年上升,不遠的將來我國光伏組件大規模的報廢不可避免,因此提早做好規;、高效、低能耗、低成本的光伏組件回收技術儲備才能有備無患,實現可持續發展。目前,國內的中盛光電、漢能控股、力諾等80家中國內地企業及11家臺灣企業以加入了PV Cycle 協會。

來源:王淑娟  太陽能光伏網訊  采編:馬海天

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