2023廢舊光伏組件回收利用技術(shù)及其環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益分析

廢舊光伏組件回收利用技術(shù)及其環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益分析引言[1]。隨著能源緊張、環(huán)境污染、氣候變化等問題日益突出，由清潔能源替代[2]2019年全球光伏累計(jì)裝機(jī)容627GW204.7GW，遠(yuǎn)超“十三五”規(guī)劃目標(biāo)[3]。202092175306020302060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的承諾，該承諾將我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展再一次推上了新的高峰[2]。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，也迎來了新的嚴(yán)峻的問題，光伏組件的使用壽命一般25年，隨著時(shí)間的推移，在未來，我國(guó)光伏組件的廢棄量將劇增。而光伏組件中含有玻璃、硅、鋁、EVA晶體硅光伏組件的組成和回收價(jià)值背板、EVA。如圖1所示。Figure1.Basiccompositiondiagramofcrystallinesiliconphoto-voltaicmodule圖1.晶體硅光伏組件的基本組成圖1所示[4]68%17.74%3.46%88%[6]。玻璃、鋁框架、錫銅線和銀網(wǎng)格線經(jīng)過加工均可獲得新的工業(yè)產(chǎn)[7]。晶體硅太陽(yáng)能光伏組件有超過百分之九十的材料可被再次回收利用，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。Table1.Materialweightdistributionofcrystallinesiliconphotovoltaicmodules表1.晶體硅光伏組件的物質(zhì)重量分布比較項(xiàng)目鋁邊框玻璃硅片EVA銀鍍層TPT背板鋁鍍層合計(jì)質(zhì)量/kg4.216.10.821.60.010.830.1123.67比例/%17.7468.023.466.760.053.510.46100EVA層。EVA是乙烯和醋酸共聚而成的。一般醋酸乙烯(VA)5%~40%，與聚乙烯(PE)EVAEVA回收技術(shù)EVA層、刻蝕電池和金屬提取[9]這套回收上的處理掉有害物質(zhì)[8]?，F(xiàn)今較為成熟的廢舊晶體硅光伏組件回收處理技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法和熱處理法。物理法EVA要先將鋁邊框拆除后進(jìn)行。GRANATA等[10]先在拆下框架的組件上使用轉(zhuǎn)子破碎機(jī)破碎，然后用錘式破碎機(jī)破碎，最后以一d的過濾網(wǎng)將不同的材料分離，分離出的材料如圖2所示[8]。圖20.008mmd0.08mm的粉碎物中主要是晶體硅圖2中(d)EVA等殘?jiān)赃€需通過后續(xù)的熱處理流程才能夠回收[8]。這種方法回收后的玻璃重量可達(dá)到原重量的80%~85%91%[11]。Figure2.Aftercrushing,thematerialsseparatedfromthefilterscreenwithdifferentdiametersd圖2.經(jīng)過粉碎處理后，過濾網(wǎng)口徑d不同時(shí)分離出的材料機(jī)械法的優(yōu)點(diǎn)在于回收所需的成本非常低，尤其對(duì)于玻璃的回收率極高。但缺點(diǎn)也同樣明顯，其能夠回收的成分很有限，硅和稀有金屬并未被有效的回收。有研究表明，在足夠低的溫度環(huán)境下(?196℃)，晶體硅光伏組件“三明治”結(jié)構(gòu)的邊界會(huì)變得非常脆弱[12]中國(guó)英利公司研究出來一種載低溫條件下處理晶體硅光伏組件的辦法——深冷研磨法.該技術(shù)是EVA化學(xué)法EVA在化學(xué)試劑中會(huì)氧化和分解的特點(diǎn)[2]。(通過將層壓片浸入化學(xué)溶劑[14]EVA的膨脹，從而達(dá)到讓層壓件分離的目的。90%以上，與此同時(shí)該方法可以獲得完整的硅片[2]80℃的條件下的三氯乙烯中溶10天，可達(dá)到不傷害晶體硅片的回收效果[8]。EVA的過度膨脹，從而壓碎晶體硅板，因此無法做到系統(tǒng)化的大規(guī)模應(yīng)用。熱處理法EVA進(jìn)行軟化、剝離或者分解從而達(dá)到分離玻璃，晶體硅板和蓋板的目的的方法。熱處理法又分為低溫?zé)崽幚矸ê透邷責(zé)崽幚矸?。EVA在達(dá)到一定的溫度時(shí)會(huì)軟化易剝離這一原理，如DONI等[15]把光伏組400W15min，可將光伏組件上的大部分碎玻璃移除。ERCOLE等[16]70~150℃，EVAEVA比較簡(jiǎn)EVA不能徹底被分離，會(huì)有一部分EVA殘留在玻璃和晶體硅板表面，去除率不高[1]。EVAEVA的目的。高溫?zé)崽幚矸‥VA99%[2]。不過在使用高溫?zé)崽幚矸〞r(shí)，一定要保證光伏組件受熱均7三種方法適應(yīng)性分析以上三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，和適用條件。物理法適用于大規(guī)模粉碎廢舊晶體硅太陽(yáng)能組件。相較于另外兩種方法，自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備，使其可以高速高效的回收大量的廢舊晶體硅太陽(yáng)能組件。同時(shí)，簡(jiǎn)便的處理?xiàng)l件大大節(jié)省了回收過程中所需的成本。但物理法的缺點(diǎn)也很明顯，在回收過程中，純粹的物理反應(yīng)，很難將晶體硅太陽(yáng)能組件中的硅和貴金屬分離出來，因此大大降低了回收價(jià)值?；瘜W(xué)法適用于資金較充足的企業(yè)使用，相較于物理法對(duì)貴金屬的低回收率，化學(xué)法在回收過程中，通過多種化學(xué)試劑和晶體硅光伏組件產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，提取出來了純度非常高的硅和各種金屬，可直接運(yùn)用到新產(chǎn)品的加工中，極大的提高了產(chǎn)品的價(jià)值。不過化學(xué)法的缺點(diǎn)同樣明顯，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)需要大量的時(shí)間，所以化學(xué)法消耗的時(shí)間較多，效率較低。與此同時(shí)，產(chǎn)生的化學(xué)試劑廢液若處理不當(dāng)，將會(huì)給環(huán)境帶來很大的危害。熱處理法兼容了物理法的低成本和化學(xué)法的高純度回收優(yōu)點(diǎn)，但是熱處理法對(duì)于技術(shù)的要求較高，目前，熱處理法的技術(shù)還不完善，存在很多的技術(shù)困難，在回收過程中也很不穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)外部分相關(guān)企業(yè)正在努力攻克技術(shù)壁壘。晶體硅光伏組件回收行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)2021274461萬千瓦，已達(dá)到12.04%25年左右。根據(jù)預(yù)測(cè)，2030年將達(dá)到光伏組件報(bào)廢的一個(gè)高峰。由此可見，光伏組件回收市場(chǎng)蘊(yùn)含著極大的商業(yè)價(jià)值。但我國(guó)的光伏組件回收行業(yè)發(fā)展的并不理想，因?yàn)榇饲皬U舊光伏組件的回收技術(shù)并不完善，大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，我國(guó)很多學(xué)者將目光關(guān)注于光伏組件的生產(chǎn)技術(shù)革新以及在生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境有害的污染物防治，只有很少部分人關(guān)注能耗低、污染小，經(jīng)濟(jì)可行的光伏組件回收的技術(shù)和政策體系，致使我國(guó)對(duì)于報(bào)廢光伏組件的處理方法研究較少，還沒有形成完整的處理工藝。我國(guó)光伏組件的回收規(guī)模目前還較小，更沒有[19]WEEE2009225日出臺(tái)了《廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理管理?xiàng)l例》201111組件。202171(以下簡(jiǎn)現(xiàn)資源高效利用和循環(huán)利用，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。為響應(yīng)《規(guī)劃》的要求，2021910日，零部件、廢塑料、廢舊紡織品等回收體系。10舊光伏組件回收產(chǎn)業(yè)