光伏發(fā)電技術(shù)是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需燃料消耗和建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。
據(jù)統(tǒng)計，截止到2021年，全球太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)920GW；新增裝機(jī)量達(dá)到170GW，同比增長30.8％。
世界各國在碳中和目標(biāo)指引下，太陽能光伏發(fā)電將迎來快速發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計全球光伏新增裝機(jī)將由2021年的170GW增長到2025年的270~330GW。
據(jù)統(tǒng)計，2021年我國光伏累計裝機(jī)量連續(xù)7年位居全球首位，光伏新增裝機(jī)量連續(xù)9年位居全球首位，新增裝機(jī)容量為54.88GW，累計裝機(jī)容量達(dá)到308GW。2021年我國光伏發(fā)電量為3259億千瓦時，光伏發(fā)電量占全國總發(fā)電量的3.9％。
晶硅光伏組件的使用壽命一般為20~25年，投入運(yùn)營的組件由于在戶外受到風(fēng)吹日曬雨淋等各種自然因素影響，其使用壽命一般達(dá)不到20年，會提前報廢或退役。
晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)組成包括鋁邊框、接線盒、鋼化玻璃、晶硅電池片、背板和EVA膠膜，其中，鋼化玻璃、背板與晶硅電池片間都是通過EVA封裝膠膜層粘合。
晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)組成見圖1，晶硅光伏組件中各組分分布比例及價值占比如表1所示(以60片型晶硅光伏組件為例)。
圖1 晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)組成示意
表1 60片型晶硅光伏組件中各組分分布比例及價值占比
由表1可知，晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)中各組分質(zhì)量占比從高到低排序?yàn)椋轰摶ＡВ句X邊框＞EVA封裝膠膜＞硅片＞背板層＞涂錫焊帶＞電纜＞接線盒＞內(nèi)部導(dǎo)體鋁＞硅膠＞金屬銀。
光伏組件中各組分價值占比從高到低排序?yàn)椋航饘巽y＞鋁邊框＞硅片＞鋼化玻璃＞涂錫焊帶＞內(nèi)部導(dǎo)體鋁＞電纜＞接線盒。
鋁合金邊框是常用的金屬邊框，其作用是用來保護(hù)晶硅光伏組件、提高組件整體機(jī)械強(qiáng)度、便于組件運(yùn)輸和安裝，它與組件用硅膠黏結(jié)在一起。鋁合金邊框一般采用國際通用的6063T6號鋁合金材料，通常會對鋁合金邊框表面進(jìn)行氧化處理，其具體成分如表2所示。
表2? 鋁合金邊框材料成分構(gòu)成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))／％
鋼化玻璃具有強(qiáng)度高、透光率高、機(jī)械性能好、使用壽命長和化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。玻璃表面涂布的減反射涂層可以有效降低鋼化玻璃的反射率。
晶硅電池片分為單晶硅電池片和多晶硅電池片。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22％左右；多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率比單晶硅略低，生產(chǎn)成本也相對較低。
背板在光伏組件中起到反射太陽光、保護(hù)硅片電池、絕緣、密封和防潮等作用，具有提高紅外反射效率、降低組件工作溫度和提升組件工作效率等功能。目前太陽能電池的背板材料主要為TPT含氟背板。
近80％的光伏組件采用EVA(全稱乙烯?醋酸乙烯共聚物)作為封裝材料。EVA具有抗震、防潮、隔熱、無毒、柔韌性好、透光率高、耐腐蝕性、熔融黏結(jié)性強(qiáng)和不吸水等特點(diǎn)，不僅價格低廉，而且能與填充劑和著色劑很好地相容，是太陽能電池非常合適的封裝材料。
在法律法規(guī)方面，目前無論是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)還是國際電工組織(IEC)，暫時都沒有專門針對光伏組件回收再利用的國際標(biāo)準(zhǔn)。
在專利申請方面，將專利申請人按公司、研究機(jī)構(gòu)(包括大學(xué))和個人三大類進(jìn)行劃分(見圖2)后，可以看出，歐洲、法國、美國、中國和日本等申請專利主要以公司申請形式為主，只有韓國大部分專利是由研究機(jī)構(gòu)完成申請。
圖2 國內(nèi)外不同組織機(jī)構(gòu)晶硅光伏組件回收專利申請情況
近20年來，機(jī)械、熱學(xué)、化學(xué)、光學(xué)及復(fù)合方法回收晶硅光伏組件專利都有授權(quán)，其中機(jī)械方法專利數(shù)量最多，在所有晶硅光伏組件回收專利中占比達(dá)40％左右，如圖3所示。
目前，退役晶硅光伏組件回收研究的處理技術(shù)主要包括無機(jī)酸溶解法、有機(jī)溶劑溶解法、熱處理法、機(jī)械分離法、化學(xué)提純法和聯(lián)合分離法等。
在常溫或加溫條件下，將去除背板晶硅光伏組件浸泡在硝酸等無機(jī)酸中，經(jīng)過一段時間后可實(shí)現(xiàn)鋼化玻璃、EVA和硅電池片等的分離。無機(jī)酸溶解法操作簡單、流程短、能耗低，但無法保證銀等有價金屬的回收，溶解產(chǎn)生的廢酸液和氮氧化物有害氣體，需對其分別進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放。
有機(jī)溶劑溶解與無機(jī)溶劑溶解相比，過程更溫和，溶解效果也更好。通過有機(jī)溶劑溶脹EVA，實(shí)現(xiàn)硅電池片和鋼化玻璃的分離。缺點(diǎn)為有機(jī)溶劑溶解法消耗的時間較長，EVA膨脹后會使硅電池片碎裂，產(chǎn)生的大量有機(jī)廢液較難處理，且對環(huán)境和水體有嚴(yán)重污染。有機(jī)溶劑溶解法目前處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
熱處理法是指在高溫加熱條件下將EVA封裝膠膜分解，以達(dá)到分離鋼化玻璃、硅電池片和其他部分的目的，具體實(shí)施可以采用固定容器熱處理法或流化床反應(yīng)器熱處理法。
機(jī)械分離法是采用切割、破碎、篩分和磨削等機(jī)械力對晶硅光伏組件進(jìn)行分離的方法。機(jī)械分離法目前處于工業(yè)化應(yīng)用研究階段。
采用技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的化學(xué)方法將退役光伏組件中的硅電池片回收利用，既可以實(shí)現(xiàn)硅資源循環(huán)利用，又可以解決環(huán)境問題。目前，采用化學(xué)提純法進(jìn)行退役光伏電池中銀及硅材料的回收尚處于中試研究階段，缺點(diǎn)為需對化學(xué)提純法產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢酸堿進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放。
使用單一回收處理方法往往不能很好地回收退役光伏組件各組成部分，采用機(jī)械分離法、熱處理法和化學(xué)提純法等幾種方法相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光伏組件各有價組分分離和回收的目的。聯(lián)合分離法當(dāng)前處于中試研究階段。
晶硅光伏組件回收應(yīng)用研究進(jìn)展
當(dāng)前國內(nèi)外退役晶硅光伏組件回收技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室或中試研究階段，光伏組件回收還有很多難題亟待解決，比如含氟背板的高效去除、硅電池片中硅材料的回收再利用、晶硅光伏組件回收工業(yè)化智能設(shè)備開發(fā)、光伏組件回收智能化信息化生產(chǎn)等等。
當(dāng)前國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn)組織中，暫無光伏組件回收利用標(biāo)準(zhǔn)體系，尚未形成相關(guān)組件回收政策及相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)機(jī)制。
光伏組件退役即將進(jìn)入大爆發(fā)階段，開發(fā)可產(chǎn)業(yè)化晶硅光伏組件回收技術(shù)與裝備，充分再生利用退役晶硅光伏組件中的鋁、硅、銀和銅等有價資源，在資源回收、環(huán)境保護(hù)和增加就業(yè)等方面意義重大。
我國雖已具備完善的廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理管理政策體系，但缺乏關(guān)于退役光伏組件回收的法律法規(guī)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策。
未來，隨著光伏組件回收技術(shù)不斷進(jìn)步和日臻完善，退役晶硅光伏組件回收將實(shí)現(xiàn)高效、低耗、環(huán)保和低成本化，這是光伏組件回收行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化良性發(fā)展的前提。
大型光伏電站是未來光伏組件大規(guī)模退役的主戰(zhàn)場。
為節(jié)約退役光伏組件的回收成本，應(yīng)在大型光伏電站附近建立光伏組件回收點(diǎn)和在光伏組件退役比較集中的地方建設(shè)退役光伏組件回收工廠，不僅能有效降低退役光伏組件回收過程的成本投入，而且是保證退役光伏組件回收利用實(shí)現(xiàn)盈利的有效途徑。
通過分析晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)組成、退役晶硅光伏組件回收方法和國內(nèi)外退役光伏組件回收應(yīng)用研究進(jìn)展等，可以得出以下結(jié)論：
從晶硅光伏組件組分分布比例看，主要為鋼化玻璃，其次為鋁邊框、硅電池片、涂錫焊帶和金屬銀；從有價組分價值占比分析，金屬銀的價值占比最高，其次為鋁邊框、硅電池片、鋼化玻璃和涂錫焊帶。
回收退役晶硅光伏組件的處理技術(shù)主要有無機(jī)酸溶解法、有機(jī)溶劑溶解法、熱處理法、機(jī)械分離法、化學(xué)提純法和聯(lián)合分離法等，開發(fā)高效、環(huán)保、成本低、可產(chǎn)業(yè)化的聯(lián)合分離法是未來退役光伏組件回收處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。
當(dāng)前國內(nèi)外退役晶硅光伏組件回收技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室或中試研究階段，光伏組件回收還有很多亟待解決的技術(shù)難題。
比如含氟背板的高效去除、硅電池片中硅銀金屬的高效回收等，亟需國內(nèi)高等院校、科研院所和光伏回收企業(yè)積極開展可產(chǎn)業(yè)化回收技術(shù)和裝備開發(fā)技術(shù)攻關(guān)，突破制約退役光伏組件回收的瓶頸問題和卡脖子難題，開發(fā)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的可產(chǎn)業(yè)化組件回收工藝技術(shù)路線和建設(shè)一批退役光伏組件回收工程示范項(xiàng)目，為光伏組件大規(guī)模退役提供產(chǎn)業(yè)化綜合利用技術(shù)和裝備支撐。
來源：退役晶硅光伏組件回收技術(shù)研究進(jìn)展
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：退役晶硅光伏組件回收技術(shù)研究進(jìn)展
