光伏組件回收方法及難點

　　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(jīng)并網(wǎng)的43GW將產(chǎn)生327萬噸的電子垃圾。如果不妥善處理，將給環(huán)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(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%，但回收價值大。對光伏組件回收實現(xiàn)循環(huán)再利用，可節(jié)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(tài)環(huán)境影響及破壞。因此，光伏組件的回收與無害化處理是當(dāng)前國際國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界十分關(guān)注的問題。

　　2014年初，報廢電子電氣設(shè)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(guī)定報廢的光伏組件和家用電器作為一類產(chǎn)品需要進行強制回收處理。

　　2014年10月，在IECTC82WG2的會議上，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）展開了討論，未來制訂出組件回收以及環(huán)境安全評估的IEC標(biāo)準。

　　目前，歐洲已經(jīng)著手從標(biāo)準法規(guī)層面出臺強制回收光伏組件的規(guī)定。歐盟議會已正式修改了廢棄電氣和電子設(shè)備（WEEE）規(guī)章。根據(jù)修訂，實用過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)開始研究探索。

　　2、光伏組件的組成

　　首先，我們一起來看看光伏組件的結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(huán)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(zhì)量的1~2%，但是仍具有回收價值。

　　3、光伏組件回收的方法

　　當(dāng)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(yīng)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(jīng)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(shè)置反應(yīng)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。回收的各類材料進入相應(yīng)的回收程序，塑料類的材料完全焚燒。

　　3）流化床反應(yīng)器熱處理法

　　使用流化床反應(yīng)器對廢棄光伏組件進行熱處理。將細沙放入流化床反應(yīng)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(tài)，具有液體的物理性質(zhì)。將組件放入流化床中，EVA和背板材料會在反應(yīng)器中氣化，廢氣則從反應(yīng)器中進入二次燃燒室，作為反應(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(yōu)缺點

　　結(jié)合國內(nèi)外已有報廢光伏組件的技術(shù)方法和經(jīng)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(jié)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

　　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

　　1.技術(shù)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(xué)結(jié)構(gòu)，通常的掩埋處理方法甚至在千年內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)生氟化物中毒的案例。而當(dāng)下興起的全PET薄膜背板或可解決以上問題。

　　2.經(jīng)濟效益：回收組件的經(jīng)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(shè)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(xiàn)對廢舊光伏組件進行規(guī)模化回收的目標(biāo)，仍然還有很長的路要走。

　　3.政策法規(guī)：國內(nèi)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(guī)仍是空白

　　目前國際和國內(nèi)對于光伏組件回收有多種可行的技術(shù)路線，但是由于現(xiàn)階段國內(nèi)光伏組件的回收規(guī)模較小，也沒有形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，在政策和法規(guī)方面，還需要相關(guān)的政策加以指導(dǎo)和要求，填補這部分空白。

　　6、光伏組件回收的前景

　　目前全球?qū)U舊光伏組件回收的關(guān)注度持續(xù)升高，但想要短期內(nèi)達到很好的效果也很有難度。在國際范圍內(nèi)，PVCycle協(xié)會的影響力較為突出。PVCycle協(xié)會成立于2007年7月，總部設(shè)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。

　　該協(xié)會可以對當(dāng)今所有光伏技術(shù)（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(huán)利用工作。PVCycle協(xié)會預(yù)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(chǎn)業(yè)。光伏組件回收不僅可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機會，而且可以降低太陽能光伏產(chǎn)業(yè)對整體環(huán)境的影響。

　　在我國，也已經(jīng)開展了相關(guān)工作，如國家863課題子任務(wù)“光伏設(shè)備回收與無害化處理技術(shù)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(guī)模的報廢不可避免，因此提早做好規(guī)模化、高效、低能耗、低成本的光伏組件回收技術(shù)儲備才能有備無患，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。目前，國內(nèi)的中盛光電、漢能控股、力諾等80家中國內(nèi)地企業(yè)及11家臺灣企業(yè)以加入了PVCycle協(xié)會。