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涨知识|光伏组件失效以后怎么处理?
日期:2021-04-06   [复制链接]
责任编辑:dingyi 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
 在我们兴致勃勃的谈论中国2020年新增装机量高达48.4GW,中国光伏世界第一的时候,是否想过光伏组件回收的问题?事实上第一批大规模使用的光伏系统,已经逐渐到了退休的年龄了。

你知道吗?太阳能电池板的使用寿命为20年至30年。随着近几年全球太阳能制造业的大量生产,若干年后,全世界将掀起一波光伏板的“报废潮”,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,截至2019年底我国累计并网的204.3GW装机量未来将产生1553万吨电子垃圾!

关于使用25年之后的光伏组件,许多人不禁要问,组件失效了以后怎么办?填埋?那还叫什么绿色能源!回收?会不会是赔本生意?带着这样的质疑,本文就光伏组件的回收标准、流程及收益进行探讨, 看完本文立即完成扫盲!

是否存在回收标准?

我们先来看看西方国家的做法。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。

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。

在中国,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。

国内未来的光伏组件废弃量

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,截至 2019 年底累计并网的204.3GW装机量未来将产生1553万吨电子垃圾!

据了解,光伏组件废弃品不经过回收处理,将会带来环境破坏,尤其是面对这么庞大的数据,而含氟背板就是一个威胁环境的重要问题,它需要经过回收,进行无害处理。

光伏组件回收可产生的价值

根据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。

经测算:到了2030年,中国废弃的光伏组件可以产生145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。

预计组件回收的高潮会于2030年到来,赚钱的生意,不能不干。

据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。

回收思路及回收方法

1. 有效分离贵重材料再利用。虽然光伏组件因为各种原因失效了,但是铝合金是不会跑的,玻璃总是在的,电池片和上面的金属材料都原封不动在那里。用最实惠的办法把值钱的东西分开再利用,是回收的基本思路。

2. 尽量完全回收、零垃圾填埋。回收方法:以下是完整理想的组件回收流程图,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)

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。

回收效果

这么一套工艺下来,玻璃、铝框、接线盒几乎完全回收,聚合物分解掉(当做燃料了所以也不太耗能),太阳能级纯度的硅回收90%,银和铜的回收超过70%,效果非常好。

基本上,回收的材料的价值,按照现在的市场价,会有每块组件11到12美元的收益。这基本上是解决掉了组件回收经济上最大的障碍,使得失效组件回收成为有利可图的生意!

面临的挑战及未来猜测

值得关注的是,在WEEE的强制规定回收废弃组件之前,已有一半的会员是中国公司,说明中国的企业已经认识到了这个问题,目前中国已有企业开始对此研究,2020年,我国碳中和、碳达峰目标已经公布,国家领导人反复强调低碳绿色发展,因此,这个问题在接下来会愈来愈受到重视,当然在回收过程中,也将面临一系列的挑战,如回收成本、技术、政策空白各方面等,谁能挑起这根大梁,我们只能拭目以待。

从这里,普通用户能发现什么利好呢?

(1)不用担心25年之后光伏组件该如何处置的问题了。

(2)废弃组件将不会带来污染。

(3)25年之后的光伏组件,还可以再次产生一笔经济效益。

这是我们一个大胆的猜测,随着行业的发展、技术的突破、国家的重视,相信组件大规模回收再利用是可以实现的!

 
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来源:光伏盒子
 
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