光伏組件回收難點(diǎn)

我們在興致勃勃的談?wù)撐覈夥塾嬔b機達到43GW、居世界第一的時(shí)候，是否想過(guò)光伏組件回收的問(wèn)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(wàn)噸，已經(jīng)并網(wǎng)的43GW將產(chǎn)生327萬(wàn)噸的電子垃圾。如果不妥善處理，將給環(huán)境帶來(lái)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(huán)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(jià)值大。對光伏組件回收實(shí)現循環(huán)再利用，可節約資源，減少對原生資源開(kāi)采并降低資源提煉的耗能，從而減輕生態(tài)環(huán)境影響及破壞。因此，光伏組件的回收與無(wú)害化處理是當前國際國內產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界十分關(guān)注的問(wèn)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(lèi)產(chǎn)品需要進(jìn)行強制回收處理。

2014年10月，在IECTC82WG2的會(huì )議上，一部分WG2成員也提議將《光伏組件的回收與環(huán)境安全評估》作為新的工作組項目提案(NWIP)展開(kāi)了討論，未來(lái)制訂出組件回收以及環(huán)境安全評估的IEC標準。

目前，歐洲已經(jīng)著(zhù)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(huì )已正式修改了廢棄電氣和電子設備(WEEE)規章。根據修訂，實(shí)用過(guò)的光伏組件必須集中收集85%以上，必須再循環(huán)利用80%以上。

在我國，隨著(zhù)近幾年光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，光伏組件回收的技術(shù)和政策體系也逐步受到關(guān)注，能耗低、污染小，經(jīng)濟可行的光伏組件回收再利用技術(shù)路徑已經(jīng)開(kāi)始研究探索。

2、光伏組件的組成

首先，我們一起來(lái)看看光伏組件的結構與重量組成，如下圖所示：

歐盟PVCYCLE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(lái)，一塊太陽(yáng)能組件的大部分重量來(lái)自可循環(huán)再造的材料。

此外，研究還指出，雖然太陽(yáng)能組件中包含的銀、銦、鎵等稀有金屬僅占組件總質(zhì)量的1~2%，但是仍具有回收價(jià)值。

3、光伏組件回收的方法

當回收廢舊的光伏組件時(shí)，需要對組件進(jìn)行拆分，將鋁邊框、玻璃和接線(xiàn)盒部分去除，得到硅晶片。有效的完整硅晶片回收方法有“無(wú)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(wú)機酸溶解法

用硝酸和過(guò)氧化氮混合酸，在一定的溫度條件下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間將EVA溶解掉，與玻璃分類(lèi)。此法可保持晶硅片的完整，但需要進(jìn)一步對硅晶片進(jìn)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(jìn)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?lèi)材料進(jìn)入相應的回收程序，塑料類(lèi)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(jìn)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(dòng)狀態(tài)，具有液體的物理性質(zhì)。將組件放入流化床中，EVA和背板材料會(huì )在反應器中氣化，廢氣則從反應器中進(jìn)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(shù)不斷發(fā)展，電池片逐代變薄，熱處理法已無(wú)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(shí)間較長(cháng)，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(wèn)題，因此該法仍處于實(shí)驗室研究階段。

5)物理分離法

先將組件鋁邊框與接線(xiàn)盒拆除，隨后粉碎無(wú)框組件，分離涂錫焊帶與玻璃顆粒，剩下的部分再進(jìn)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(shí)現單一組分的充分分離，仍處于實(shí)驗室研究階段。

各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

結合國內外已有報廢光伏組件的技術(shù)方法和經(jīng)驗來(lái)看，

無(wú)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(cháng)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

由FirstSolar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(diǎn)

1.技術(shù)層面：回收組件時(shí)的無(wú)害化處理，廢氣、廢液、廢物收集與處理

在光伏組件回收時(shí)，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(xué)結構，通常的掩埋處理方法甚至在千年內都無(wú)法降解這個(gè)成分;而且，氟化物的毒性很大，若通過(guò)焚燒處理會(huì )產(chǎn)生氟化氫等毒性氣體。之前聽(tīng)說(shuō)過(guò)光伏電站著(zhù)火后，救援人員產(chǎn)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(wèn)題。

2.經(jīng)濟效益：回收組件的經(jīng)濟收益低，市場(chǎng)對光伏組件回收動(dòng)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(shí)現對廢舊光伏組件進(jìn)行規?；厥盏哪繕?，仍然還有很長(cháng)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(wú)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(shù)路線(xiàn)，但是由于現階段國內光伏組件的回收規模較小，也沒(méi)有形成相應的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，在政策和法規方面，還需要相關(guān)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(guān)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，PVCycle協(xié)會(huì )的影響力較為突出。PVCycle協(xié)會(huì )成立于2007年7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(xié)會(huì )。

該協(xié)會(huì )可以對當今所有光伏技術(shù)(晶硅和非晶硅)組件進(jìn)行回收，并為正式會(huì )員組織報廢光伏組件的回收及循環(huán)利用工作。PVCycle協(xié)會(huì )預計到2035年全球光伏組件回收將成為總價(jià)值達到120億美元的產(chǎn)業(yè)。光伏組件回收不僅可以創(chuàng )造更多的就業(yè)機會(huì )，而且可以降低太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)對整體環(huán)境的影響。

在我國，也已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)工作，如國家863課題子任務(wù)“光伏設備回收與無(wú)害化處理技術(shù)研究”。隨著(zhù)我國光伏裝機總量逐年上升，不遠的將來(lái)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(shù)儲備才能有備無(wú)患，實(shí)現可持續發(fā)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(yè)及11家臺灣企業(yè)以加入了PVCycle協(xié)會(huì )。