光伏組件回收的背景

光伏組件中的硅、銀、銅、鋁等有價值的資源，大部分都能夠通過回收實現(xiàn)循環(huán)再利用，可節(jié)約資源，減少對原生資源開采并降低資源提煉的耗能, 從而減輕生態(tài)環(huán)境影響及破壞。因此，光伏組件的回收與無害化處理是當(dāng)前國際國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界十分關(guān)注的問題。

隨著近幾年我國光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，光伏組件回收的技術(shù)和政策體系也逐步受到關(guān)注，能耗低、污染小，經(jīng)濟可行的光伏組件回收再利用技術(shù)路徑已經(jīng)開始研究探索。

光伏組件的組成

首先，我們一起來看看光伏組件的結(jié)構(gòu)與重量組成，如下圖所示：

歐盟PV CYCLE組織的研究[1]顯示，以一塊250W的光伏組件為例，玻璃約占總重量的70%左右，鋁邊框約占18%，半導(dǎo)體材料約占4%。如此看來，一塊太陽能組件的大部分重量來自可循環(huán)再造的材料。此外，研究還指出，雖然太陽能組件中包含的銀、銦、鎵等稀有金屬僅占組件總質(zhì)量的1~2%，但是仍具有回收價值。

光伏組件回收的方法

當(dāng)回收廢舊的光伏組件時，需要對組件進(jìn)行拆分，將鋁邊框、玻璃和接線盒部分去除，得到硅晶片。有效的完整硅晶片回收方法有無機酸溶解法和熱處理法。

無機酸溶解法[2]是用硝酸和過氧化氮混合酸，在一定的溫度條件下，經(jīng)過一段時間將EVA溶解掉，與玻璃分類。此法可保持晶硅片的完整，但需要進(jìn)一步對硅晶片進(jìn)行處理。

熱處理法分為“固定容器熱處理法”和“流化床反應(yīng)器熱處理法”。

固定容器熱處理法[3]是將光伏組件放入焚燒爐中，設(shè)置反應(yīng)溫度600℃進(jìn)行焚燒。焚燒完成后，將電池、玻璃和邊框等手工分離。回收的各類材料進(jìn)入相應(yīng)的回收程序，塑料類的材料完全焚燒。

流化床反應(yīng)器熱處理法[4]是使用流化床反應(yīng)器對廢棄光伏組件進(jìn)行熱處理。將細(xì)沙放入流化床反應(yīng)器中，在一定溫度、流速的空氣作用下，細(xì)沙處于滾燙流動狀態(tài)，具有液體的物理性質(zhì)。將組件放入流化床中，EVA和背板材料會在反應(yīng)器中氣化，廢氣則從反應(yīng)器中進(jìn)入二次燃燒室，作為反應(yīng)器的熱源。對于厚度達(dá)到400微米以上的電池片，可以回收完好的硅片。由于制造技術(shù)不斷發(fā)展，電池片逐代變薄，熱處理法已無法獲得完好的硅片，因此也只能夠適用于回收硅料。

有機酸溶解法[5]是用有機溶劑溶脹EVA，以達(dá)到分離電池片、EVA、玻璃和背板的目的。該法所需時間較長，大約7天為一次反應(yīng)周期。另外，EVA膨脹后使電池片破碎且存在有機廢液處理問題，因此該法仍處于實驗室研究階段。

物理分離法是先將組件鋁邊框與接線盒拆除，隨后粉碎無框組件，分離涂錫焊帶與玻璃顆粒，剩下的部分再進(jìn)行研磨，用靜電分離方法得到金屬、硅粉末、背板顆粒和EVA顆粒。該法最終得到是不同材料的混合物，未能實現(xiàn)單一組分的充分分離，仍處于實驗室研究階段。

結(jié)合國內(nèi)外已有報廢光伏組件的技術(shù)方法和經(jīng)驗來看，無機酸和有機酸溶解只針對EVA的去除和分離，未考慮到邊框的拆除和硅晶片再利用，且剩下的廢液也難處理。物理分離法不夠完善，未能分離各單一的組分。可采取多種處理方法相結(jié)合的方式，取長補短，探索出合適的光伏組件處理方法。

光伏組件的回收流程

由First Solar提出的較成熟的光伏組件回收流程如下圖所示：

光伏組件回收中的難點

1. 技術(shù)層面：回收組件時的無害化處理，廢氣、廢液、廢物收集與處理

在光伏組件回收時，含氟背板更是給人們出了一道難題。由于含氟背板含有鹵族元素，在組件報廢后，若通過焚燒處理會產(chǎn)生氟化氫等毒性氣體，改用其他方式，氟同樣也很難處理。加之碳氟化合物異常牢固的化學(xué)結(jié)構(gòu)，通常的掩埋處理方法在1000年內(nèi)都無法降解該成分。另外，使用有機/無機酸溶液處理組件后的廢液收集和處理也是個難題。

2. 經(jīng)濟效益：回收組件的經(jīng)濟收益低，市場對光伏組件回收動力不大

由于光伏組件回收成本高，比如回收組件的設(shè)備購置和維護又是一比額外的成本。光伏組件回收的收益低，若要實現(xiàn)對廢舊光伏組件進(jìn)行規(guī)模化回收的目標(biāo)，仍然還有很長的路要走。

3. 政策法規(guī)：國內(nèi)在光伏組件回收方面或光伏組件無害化處理方面的政策法規(guī)仍是空白

目前國際和國內(nèi)對于光伏組件回收有多種可行的技術(shù)路線，但是由于現(xiàn)階段國內(nèi)光伏組件的回收規(guī)模較小，也沒有形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，在政策和法規(guī)方面，還需要相關(guān)的政策加以指導(dǎo)和要求，填補這部分空白。

光伏組件回收的前景

目前全球?qū)U舊光伏組件回收的關(guān)注度持續(xù)升高，但想要短期內(nèi)達(dá)到很好的效果也很有難度。光伏回收的倡議已經(jīng)在歐盟開始執(zhí)行，PV CYCLE組織預(yù)計到2035年全球光伏組件回收將成為總價值達(dá)到120億美元的產(chǎn)業(yè)。光伏組件回收不僅可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機會，而且可以降低太陽能光伏產(chǎn)業(yè)對整體環(huán)境的影響。

在我國也已經(jīng)開展了相關(guān)工作，如國家863課題子任務(wù)“光伏設(shè)備回收與無害化處理技術(shù)研究”。隨著我國光伏裝機總量逐年上升，不遠(yuǎn)的將來我國光伏組件大規(guī)模的報廢不可避免，因此提早做好規(guī)模化、高效、低能耗、低成本的光伏組件回收技術(shù)儲備才能有備無患，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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參考資料：淘光伏資料庫

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