上海太阳能工程技术研究中心有限公司 高级工程师 郭群超
上海太阳能工程技术研究中心有限公司 硅材料研究室工程师 柳琴
由于人为造成的气候负面影响变得更加严重,对于碳排放量和低排放可再生能源给予了更多的关注,太阳能光伏发电技术正在经历快速增长。
进入21世纪以来,全球太阳能电池产量由2000年的287.7MW增加到2010年的27.2GW,年平均增长率高达57.6%,是目前发展速度最快的高新技术产业之一。2010年是1999年以来光伏产业增长最快的一年,一年27.2GW的产量等价于一年生产了27个核反应堆或者50个中等水平的火力发电厂。许多欧洲国家已经受益于这种强烈的光伏增长经济和环境,并将光伏技术看成是一个真正的可持续发展的能量来源。然而,这个快速扩张的受公众支持推动的光伏行业,预计将在25到30年后产生巨量的废弃物,光伏系统的处理将会成为一个重要问题。2012年1月18日,欧盟议会已正式修改了废弃电气和电子设备(WEEE)规章,规定使用过的光伏组件必须要进行收集和回收利用。
全球光伏年生产总量和预计20年后废弃物总量
巨量的光伏废弃物最核心部分是寿命到期的晶硅太阳电池组件,它由以下部分组成,依次为:玻璃、铝边框、EVA、太阳能电池、接线盒、背板和装配螺栓。从经济学角度出发,考虑到成本和市场需求水平,从太阳能电池组件中回收电池或者纯硅是最有价值的再利用方式。回收的硅一方面可继续作为光伏产业的原材料加以利用,一方面可以作为合金钢的添加剂改变其机械性能(硬度,拉伸强度,冲击强度),也可用作基于制造非金属粉末的陶瓷材料。针对于此,本文就一些典型的组件回收技术的应用和研究进展进行阐述,并对此技术在未来的前景进行分析。
技术进展
(1) 美国的John R. Bohland早在1997年就研究过固化后的EVA在温度升到350℃时开始分解,到520℃全部分解。但是EVA在空气中加热到200℃时会容易发生碳化,在氮气等惰性气体中加热不仅可以避免碳化,而且可以防止组件中EVA以及电池片表面金属的氧化,从而可以得到表面干净的电池片。组件在520℃石英炉中,氮气流量为10LPM的氛围下保持一个小时,然后冷却至室温。最终回收的电池片效率为10.73%,而未封装前的电池效率为12.8%。
(2) 日本的Takuya Doi等在2001年,就对各种溶剂如油漆稀释剂、 丙酮、甲苯、汽油、乙醇、异丙醇、甲乙酮、甲基异丁基酮、四氢呋喃、乙二醇、三氯乙烯,甘油等进行筛选,以求能有效溶解EVA。实验结果发现只有采用三氯乙烯为溶剂,并在80℃的温度下,EVA才能有效溶解。但是这种工艺要想得到完整没有破碎的电池片,必须在对组件加压的情况下进行,而且需要7天以上的时间,十分漫长,不适合作为产业化工艺。