报废晶硅光伏组件回收研究进展浅析.pdf
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1、第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023报废晶硅光伏组件回收研究进展浅析李 林,张英婷,李 龙,高 然(重庆远达烟气治理特许经营有限公司科技分公司,重庆 401122)摘 要:我国光伏组件回收是处于婴儿期的新兴产业,未来市场空间巨大,预计在 2030 年左右迎来光伏组件报废的高潮期,如何绿色高效处理报废光伏组件成为新时代的一大难题。介绍了晶硅光伏组件的结构、国内外在组件回收方面的政策法规、组件回收的一般流程及主流方法,分析了多种主流回收方法的发展现状及其优劣势,讨论了目前组件回收在技术、
2、经济和政策上的难点,最后梳理了晶硅光伏组件回收的发展趋势。关键词:新兴产业;报废;绿色高效;晶硅光伏组件;回收中图分类号:TM914 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)09-0010-03 第一作者:李林(1991-),男,工程师,主要从事土壤修复和固废处置。Research Progress on Recycling of Discarded Crystalline Silicon PV ModulesLI Lin,ZHANG Ying-ting,LI Long,GAO Ran(Technology Branch,Chongqing Yuanda Flue Gas Tre
3、atment Franchise Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)Abstract:PV module recycling is an emerging industry in its infancy in China,with a huge market space in thefuture.It is expected to meet the peak of pv module scrapping around 2030.How to deal with the scrapping PV module ina green and efficient mann
4、er has become a major problem in the new era.The structure of crystalline silicon photovoltaicmodule and the policies and regulations of module recycling at home and abroad were introduced,the development statusand advantages and disadvantages of three mainstream recycling methods were analyzed,the
5、difficulties in technology,economy and policy of module recycling at present was discussed,and finally the development trend of crystalline siliconphotovoltaic module recycling was summarized.Key words:emerging industries;scrap;green and efficient;crystalline silicon PV modules;recycling随着能源短缺和环保问题凸
6、显,具有安全、清洁、低碳和可持续等特点的光伏发电技术在全球欣起一股热潮。截至2020 年底,全球累计光伏装机 760.4 GW,新增光伏容量超过 1 GW的国家有 20 个,其中我国累计光伏装机占比在 6.3%以上。目前,晶硅太阳能电池技术在太阳能电池中发展最成熟、光电转换效率高、应用最广,其产量占市场份额的 95%以上1。晶硅光伏组件在理想环境下使用寿命一般可达 25 30 年,但在环境侵蚀和紫外线照射会导致其实际使用寿命在 20 年左右2-3。据中国光伏行业协会预测,到 2030 年左右,我国将迎来光伏组件报废的第一次高峰,会面临回收 150 万吨报废光伏组件的局面,2050 年将达到 2
7、000 万吨。同时,据国际能源署(IEA)预计,到 2050 年全球将有近 8000 万吨、约 43 亿块报废光伏组件,约 150 亿美元的市场价值。为打通光伏回收产业上下游,避免造成资源浪费和重金属污染,本文通过对晶硅光伏组件的组成和回收研究进展进行论述,旨在为今后报废晶硅光伏组件回收的发展提供参考和建议。1 晶硅光伏组件的组成传统晶硅光伏组件的基本结构有晶硅太阳电池、玻璃、有机封装层、背板、接线盒及外边框,其中由正面到反面依次是玻璃、有机封装层、晶硅太阳电池、有机封装层、背板、接线盒及外边框。目前,已投入使用的大多数晶硅光伏组件主要是由玻璃、背板、铝边框、晶体硅太阳电池、EVA、铜焊带和接
8、线盒组成4,其各组成部分材质及主要作用见表 1。表 1 晶硅光伏组件各组成部分的材质及作用5-7Table 1 Material and function of each component ofcrystalline silicon PV module组成部分材质作用玻璃钢化玻璃保护太阳电池和减少反射率铝边框铝保护玻璃、加强密封、提供整体强度、便于安装运输EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物光伏组件的有机封装层,黏接玻璃、电池和背板,保护硅晶片,延长其使用寿命。晶硅太阳电池硅光伏组件的核心,厚度为180 200 m,表面为一层金字塔形绒面,并覆有一层可提高电池光电转换效率的氮化硅减反层。背板聚氟乙烯保
9、护太阳电池和减少反射率电缆铜及有机聚合物 传输电力栅线及铜焊带铝、铜、银、锡、铅连接电池第 51 卷第 9 期李林,等:报废晶硅光伏组件回收研究进展浅析11 典型的晶硅光伏组件中各种成分的质量占比见图 1。图 1 晶硅光伏组件基本结构及其质量占比8Fig.1 Basic structure and mass ratio of crystallinesilicon photovoltaic modules由图 1 可见,在典型晶硅光伏组件中,玻璃和铝边框的质量占比高达 85%以上,两者的回收价值较高,且回收难度不大;EVA 胶膜的质量占比约 5%,其中如何有效破坏 EVA 层功能是晶硅光伏组件回
10、收的技术难点;晶体硅太阳电池的质量占比约3.65%,其生产成本约占电池成本的50%以上,但近年来其质量占比和生产成本都有所下降;其他铜、银、铅和锡等重金属元素的质量占比约 0.75%,特别是银具有较高的回收价值,而铜、铅、锡等重金属的回收能消除对环境污染的风险。综上所述,晶硅光伏组件中有超过 90%的材料可资源化利用,而且硅、铜、银、铅和锡等重金属的回收,不仅可以带来经济效益,还能保护生态环境。2 晶硅光伏组件回收研究进展2.1 光伏组件回收政策21 世纪初,日本、德国等发达国家就已经开始关注光伏组件的回收问题,也陆续出台和完善一系列政策。日本在2004 年发行了 关于太阳能电池类物品废弃处理
11、的法律事项,并于 2016 年规定废旧光伏设备需执行 废弃物处理法 和建设回收法9。欧盟在 2012 年公布了 关于报废电子电气设备指令(简称 WEEE),将太阳能光伏组件纳入管理范围,2014 年推出法规要求对已满足报废的光伏组件须妥善处理,并对废弃光伏组件的回收率和再利用率分阶段作出详细要求10。2020 年,美国华盛顿州发布了光伏组件回收新政策,要求最终设计和执行一个综合性的光伏产品回收技术。同时,澳大利亚在光伏组件回收方面针对不同的城市发布了不同的管理和处理办法。我国光伏产业起步晚于国外,尽管光伏组件报废高潮期还未到来,但回收规模还不能支撑相应产业链的形成,且仍未有系统的政策和法规。但
12、在 2021 年,光伏组件回收再利用通用技术要求(2022 年 2 月 1 日起实施)和 国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见 的发布,填补了国内在光伏组件回收政策和法规方面的空白,也为打通光伏产业链从“浅绿”走向“深绿”这关键一步奠定坚实的基础。2.2 光伏组件回收的一般流程目前,光伏组件回收的一般流程是光伏组件的报废、光伏组件的回收分离、回收材料的资源化利用,其流程图见图 2。首先,将退役的、破损的的光伏组件报废,并运输至回收场地开展回收分离工作。图 2 光伏组件回收的一般流程Fig.2 General process of photovoltaic module re
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