组件回收难点及发展前景

新能源科学与工程学院新能源科学与工程学院 太阳能最新进展太阳能最新进展 项目课程项目课程 学学 院 院 新能源科学与工程学院 专业班级 专业班级 12 新能源科学与工程 3 班 学生姓名 学生姓名 曾声林 学学 号 号 1203223023 指导教师 指导教师 欧惠 实施时间 实施时间 2015 11 16 2015 11 27 课程成绩 课程成绩 一 项目课程目的一 项目课程目的 太阳能产业的最新进展是本科新能源科学与工程专业集中实践教学环节专 业必修课程中的一门核心实践课程 化石资源的枯竭 环境污染 新能源中太 阳能的使用已颇受关注 太阳能产业的最新进展的主要目的是研究太阳能各个 领域的最新进展 主要涵盖太阳能辐射热 太阳光伏发电 太阳能制氢三个部 分 通过本项目课程的学习 有利于学生增强对太阳能利用学习的兴趣 了解 国内外太阳能产业的现状 帮助学生广泛地了解太阳能产业各领域的研究基础 研究进展和发展趋势 促进学科交叉和知识迁移 使之获取新能源科学与工程 学科的相关基本知识 前沿知识 拓宽学生的视野 启迪科学思维 让学生对 新能源材料与器件领域有一个整体的概念和了解 对学生将来从事太阳能产业 相关的科研方向等都有所裨益 二 项目课程日程安排二 项目课程日程安排 实施实施 时间时间 实习内容安排实习内容安排地点地点 11 月 16 日 讲座 项目课程安排 文献数据库 介绍及中英文学术论文查阅方法 主 A 教室 11 月 17 日 布置太阳能产业的新进展相关文献 查阅 图书馆电子阅 览室 11 月 18 日 讲座 太阳能产业的最新进展一主 A 教室 11 月 19 日 讲座 太阳能产业的最新进展二主 A 教室 11 月 20 日 学术论文撰写指导主 A 教室 11 月 23 日 讲座 太阳能产业的最新进展三主 A 教室 11 月 24 日 讲座 撰写学术论文方法及注意事项以 及学生所出现问题答疑 主 A 教室 11 月学术论文撰写指导主 A 教室 25 日 11 月 26 日 学术论文撰写指导主 A 教室 11 月 27 日 上交学术论文和答辩主 A 教室 三三 项目课程任务 项目课程任务 1 撰写一篇有关太阳能产业最新进展的学术论文 2 项目课程任务答辩 四 项目课程成绩四 项目课程成绩 教学出勤率 论文以及答辩采用百分制打分评定 其中教学出勤率占 20 撰写论文占 60 答辩成绩占 20 项目课程的总成绩 平时成绩 学术论文成绩 项目课程答辩成绩 五 附件五 附件 1 学术论文 附件附件 1 光伏组件回收难点及前景光伏组件回收难点及前景 摘要 光伏组件中的硅 银 铜 铝等有价值的资源 大部分都能够通过回收实现循环再利用 可节约资 源 减少对原生资源开采并降低资源提炼的耗能 从而减轻生态环境影响及破坏 因此 光伏组件的回收 与无害化处理是当前国际国内产业界和环境界十分关注的问题 2014 年初 报废电子电气设备 WEEE 指令修订版在欧盟全面正式生效 其中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 在 IECTC82WG2 的会议上 一部分 WG2 成员也提议将 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 NWIP 展开了讨论 未来制订出组件回收以及环境安全评估的 IEC 标准 在我国 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 关键词 光伏组件 循环利用 组件回收 一 光伏组件的组成一 光伏组件的组成 1 首先 我们一起来看看光伏组件的结构与重量组成 如下图所示 欧盟 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 二 光伏组件回收的方法二 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 无机酸溶解法是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 热处理法分为 固定容器热处理法 和 流化床反应器热处理法 2 固定容器热处理法是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是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 有机酸溶解法是用有机溶剂溶胀 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 物理分离法是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 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 三 光伏组件的回收流程三 光伏组件的回收流程 由 First Solar 提出的较成熟的光伏组件回收流程如下图所示 四 光伏组件回收中的难点四 光伏组件回收中的难点 1 技术层面 回收组件时的无害化处理 废气 废液 废物收集与处理在光伏组件回 收时 含氟背板更是给人们出了一道难题 由于含氟背板含有卤族元素 在组件报废后 若通过焚烧处理会产生氟化氢等毒性气体 改用其他方式 氟同样也很难处理 加之碳氟 化合物异常牢固的化学结构 通常的掩埋处理方法在 1000 年内都无法降解该成分 另外 使用有机 无机酸溶液处理组件后的废液收集和处理也是个难题 2 经济效益 回收组件的经济收益低 市场对光伏组件回收动力不大由于光伏组件回 收成本高 比如回收组件的设备购置和维护又是一比额外的成本 光伏组件回收的收益低 若要实现对废旧光伏组件进行规模化回收的目标 仍然还有很长的路要走 3 政策法规 国内在光伏组件回收方面或光伏组件无害化处理方面的政策法规仍是空 白目前国际和国内对于光伏组件回收有多种可行的技术路线 但是由于现阶段国内光伏组 件的回收规模较小 也没有形成相应的产业链 因此 在政策和法规方面 还需要相关的 政策加以指导和要求 填补这部分空白 五 光伏组件回收的前景五 光伏组件回收的前景 目前全球对废旧光伏组件回收的关注度持续升高 但想要短期内达到很好的效果也很 有难度 光伏回收的倡议已经在欧盟开始执行 PVCYCLE 组织预计到 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 在我国 也已经开展了相关工作 如国家 863 课题子任务 光伏设备回收与无害化处理 技术研究