太阳能光伏组件的回收路线

作者: | 发布日期: 2017 年 08 月 30 日 11:19 | 分类: 产业资讯
 太阳能光伏组件有二十五年的质保寿命,现在正往三十年延伸。三十年很长,很了不起,但毕竟不是永生。事实上第一批大规模使用的光伏系统,已经逐渐到了退休的年龄了。组件失效了以后怎么办?填埋?那还叫什么绿色能源!回收?会不会是赔本生意?本文就光伏组件的回收进行探讨,看完本文立即完成扫盲。
为什么要回收
1. 社会影响。很早期的迷思说“光伏发电是绿色能源根本就是骗人啊,生产本来就是个耗能大户,若干年失效以后还要产生垃圾。”这个兔子都辟谣到口干舌燥了——晶硅提纯早就降低能耗了,生产工艺排污早就解决了,将失效组件的回收工艺算进去,能量回收期也不会超过5年,如果是阳光充足的热带地区,可能1年都要不到。话虽如此,但可见这个辩论的重要前提是:组件是要回收的,否则还叫什么再生能源!
2. 经济影响。欧盟对组件回收是有硬性要求的,这个要求正在拓展到其他的光伏市场。具体操作怎么搞,谁来买单?权衡各种方案以后,最终是决定向组件生厂商追加回收成本。组件生厂商又不傻,当然是给批发商加价咯,批发商不傻当然是给零售商加价咯,零售商不傻当然是给用户加价咯。所以最后归根到底是用户买单。最后就是度电成本提升,影响光伏发电收益。所以组件回收降本是有直接经济效益的——这是回收技术发展的源动力。
预计组件回收的高潮会于2030年到来,赚钱的生意,不能不干。
回收的思路
1. 有效分离贵重材料再利用。虽然光伏组件因为各种原因失效了,但是铝合金是不会跑的,玻璃总是在的,电池片和上面的金属材料都原封不动在那里。用最实惠的办法把值钱的东西分开再利用,是回收的基本思路。
2. 尽量完全回收,尽量零垃圾填埋。不用解释了。
回收的方法
(完整理想的组件回收流程图,越往后对技术要求越高,废料越少,同时理论收益也越高。Huang, Solar Energy, 2017)
1. 简单粗暴一刀切。无论什么回收技术方案,第一步一定是拿掉塑料接线盒,这是和光伏组件其他材料最不搭杠,而且最好分离的部分。第二步是拆铝边框,最值钱而且好拆。
拿掉以后呢?现有最成熟、最简单粗暴、同时收益最少的办法就是整体碾压切成渣,做成玻璃。反正玻璃是氧化硅,里面的电池大部分也是硅,烧一烧又成玻璃了,顶多有一点有机胶膜和背板的杂质,高温下也没有了。但是贵重的金属电极材料比如银、铜、铝、锡、铅等等就可惜咯,统统也当成杂质处理了。玻璃的价值含量是相当低的。
2. 重新利用组件里面的电池。很多时候失效的组件是因为背板不行了,胶膜变色了,玻璃坏了,但电池本身依旧坚挺。而电池又是组件里面最值钱的部分。自然而然的思路就是,重新回收电池再利用。可是,要把组件拆了不损害里面的电池,这很难!撕开背板后,要么泡盐酸去掉EVA胶膜(耗时,损害金属电极);要么有机溶剂去掉EVA(更耗时);要么超声波超掉EVA(费电);要么加热热解EVA(电池基本上就废了)。理想很丰满,现实很骨感,想要回收性能不受影响的电池,基本上做不到!
3. 重新利用组件里面的硅片。既然电池收不回来,那我们就退而求其次,重新再利用电池里面最值钱的部分——硅片。回收以后把硅片重新做成电池。这就需要各种化学方法去掉氮化硅、金属电极、发射极和背电场。具体的搭配可能是氢氟酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾等等。现实再次骨感了一把——人算不如天算,随着技术的发展和降本的要求,硅片的厚度从300微米降到200微米以下而且还要继续降低,导致的后果就是硅片根本就经不起化学处理的折腾——碎碎碎!这条路,再次堵死。
4. 重新利用太阳能级硅。既然硅片也收不回来,那就再退一步,我们回收太阳能级硅吧。虽然说还要重新拉单晶或者铸锭然后切片,至少提纯的步骤我们省下来了啊!这个方案,就是现今主流的方向。碎就让它碎吧,碎了我们重新拉晶或者铸锭就好了。和上一种方法一样,正面发射极和背电场是不能要的。用氢氧化钠快速的去掉几个微米的表层,再用方阻检测是不是完全去掉了发射极和背电场,就可以制成可资利用的太阳能级硅了。
至于金属回收的部分,一般是用硝酸从电池片上拿掉,再用电解萃取(electrowinning)的办法收集高纯度的金属材料。
回收效果
这么一套工艺下来,玻璃、铝框、接线盒几乎完全回收,聚合物分解掉(当做燃料了所以也不太耗能), 太阳能级纯度的硅回收90%,银和铜的回收超过70%,效果非常好。
总结
基本上,回收的材料的价值,按照现在的市场价,会有每块组件11到12美元的收益。这基本上是解决掉了组件回收经济上最大的障碍,使得失效组件回收成为有利可图的生意!平价上网的这条路必然是越走越顺。
来源:PV兔子
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