到2034年报废光伏组件累计达60GW 回收不是小事!

作者: | 发布日期: 2019 年 02 月 27 日 15:48 | 分类: 行业知识

近年来,我国光伏事业有了突飞猛进的发展,虽然目前国内光伏组件的废弃量不大,但如果按照目前市场上光伏组件标称的25使用寿命来估算,到21世纪中期光伏组件的报废量将必然会出现激增,据估算到2034年累计废弃量将达到近60GW,如果这些组件处理不当也将给环境、社会带来负担,从而使原本“绿色”的初衷变得不再“绿色”。

大规模应用生产光伏组件,已经大幅度增加一些稀有金属的应用。比如晶体硅电池的电极制备需要消耗银,碲化镉、铜铟镓硒、砷化镓等材料。这些材料在其他尖端技术应用领域也有着广泛应用前景,已被作为战略性材料受到重点关注。如果这些材料没有得到恰当的回收与循环利用,将会造成极大的浪费。

1.光伏组件回收标准

(1)欧洲

ISO,IEC暂时都没有专门针对光伏组件回收再利用的国际标准。

2012 年最新修订的《欧盟废弃电子电器产品管理条例》(WEEE)率先将太阳能光伏组件纳入管理范围。要求2019年以前电子产品回收率需要达到85%以上,其中材料的再循环率要达到80%以上。

(2)日本

2000年4月日本太阳能发电协会(JPEA)组建了太阳能电池循环再利用实施小组。

2004 年底日本全国发行《关于太阳能电池类物品废弃处理的法律事项》;

(3)中国

尚未有光伏组件回收再利用的相关标准,仅有一本国家标准《光伏组件回收再利用通用技术要求》已经立项,但尚未编写完成。

2.光伏组件回收机构

(1)欧洲

2012 年,欧盟已经将光伏组件纳入了《欧盟废弃电子电器产品管理条例》(WEEE),并成立了“PV CYCLE”和“CERES CYCLE”等回收组织负责处理境内的废旧光伏组件。

PV CYCLE 是一家成立于 2007 年的非盈利性协会,旨在支持欧洲的光伏生产商、供货商、安装商和进口商以简单而经济有效的方式履行废旧物处置的强制义务。

CERES CYCLE 是一家成立于 2011 年的非盈利组织,总部位于巴黎。CERES CYCLE开创了废旧光伏组件回收的创新性方案,对终端用户不收取任何费用。废旧光伏组件可被丢弃在注册的回收点,并由再利用合作方进行处理。

(2)美国

First Solar (第一太阳能)公司,有一套完整的产品回收机制。当 First Solar 每卖出一套产品,就划拨一定比例的销售收入作为回收基金。这个基金由独立的第三方机构所管理。

当购买 First Solar 光伏电池组件的任何客户在产品使用寿命结束时提出回收要求,第三方基金设立的回收公司会将产品回收,并负担回收和循环利用这些产品的成本。由于第三方基金独立运作,不受 First Solar 运营状况好坏的影响,因此可以保证光伏电池组件产品全部回收,不会在产品超过使用年限后被任意丢弃。同时,第三方基金设立的回收公司将回收的光伏电池组件产品精炼后,把其中的部分稀有材料(如碲元素)再卖给First Solar,供其再利用。

(3)中国

我国中山大学太阳能研究所的团队也对光伏组件回收再利用进行了相关课题的研究,但国内尚无专门的太阳能电池回收厂。

3.光伏组件回收方法

组件拆解技术的核心是如何有效破坏 EVA/PVB 胶膜。目前常用的拆解方法可以分为两类,

利用有机溶剂使 EVA/PVB 胶膜溶解—–湿式拆解法

利用高温使 EVA/PVB 胶膜发生热解—–干式拆解法。

湿式拆解法

第1步使用有机溶剂使EVA胶膜产生膨胀,从废旧光伏组件中回收钢化玻璃;

第2步通过热分解除去EVA胶膜,将得到的光伏电池片浸在化学腐蚀溶液中20min,在室温下辅表面活性剂,可以回收86%纯度大约能达到99.99%的硅。

采用湿式拆解法缺点是:有机溶剂价格昂贵且大多数有机溶剂有毒。

干式拆解法

第1步是热处理过程,把去除背板的电池板放在管式炉或者马弗炉中,将封装材料 EVA 去除干净,得到分离的边框,焊带,玻璃。

第2步是将分离后的电池片进行湿法化学处理,分离铝背场、银浆电极、减反膜和PN结,得到纯硅。

4.经济效益

回收废旧光伏组件的经济收益低,市场对光伏组件回收驱动力不大。

品种 CIGS x-Si
峰值发电功率/(W·m-2) 100 136
组建质量/(kg·m-2) 17.68 16.64
可回收半导体材料/(g·m-2) 镓:5.23;铟:8.62 多晶硅:279.6
半导体材料价格/(元·g) 镓:1.5;铟:4 多晶硅:0.12
材料回收收益/元 42.33 33.55
循环处理成本/元 20.24 32.11
注:金属价格参考Metal-Pages,2014[22],回收多晶硅价格参考阿里巴巴商户报价,2014.

参考McDonald等人综合不同数据来源对光伏材料构成及回收成本收益的估算结果,比较了每平米多晶硅(x-Si)与铜铟镓硒(CIGS)光伏组件材料循环的成本收益,从中可以看出单位面积铜铟镓硒薄膜组件材料回收的经济效益相对略高。

5.结语

在光伏行业迅速发展的今天,组件回收和再利用的需求已迫在眉睫。然而无论国际还是国内,这方面的法律和标准都不多。因此,在目前回收机制不完善的大背景下需要有机构用前瞻性的眼光站在社会和环境角度对组件回收的经济性和技术做进一步研究。同时,这方面的技术缺失也意味着巨大的潜在市场,相信在这部分市场和回收技术进步的刺激下,国内、外必将有更多的企业和研究机构投入这方面的研究。

参考文献:

1.废旧光伏组件回收再利用研究现状回顾及展望_邓鑫

2.废旧晶硅太阳能组件回收技术的发展现状_赵江英

3.End-of-life of silicon PV panels_ Asustainable materials recovery process

文章来源:坎德拉学院

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