CN111957715A - 一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，属于晶硅材料技术领域。废旧晶硅太阳能电池经切割后，通过热分解法处理EVA（乙烯‑醋酸乙烯共聚物）胶黏剂来实现组件各部分的成功拆分；本发明的回收工艺能够保持晶硅太阳能组件各部分的的原有性能，具有低耗能、处理能力强、回收率高等特点，最大化的实现了废旧晶硅太阳能电池组件各部分材料的高效回收利用，可以用于大批量处理废旧晶硅太阳能组件材料。
Description
技术领域
本发明属于晶硅材料技术领域，涉及废旧晶硅太阳能电池，具体涉及一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺。
背景技术
化石能源的大量使用所排放出的大量的硫化物、氮化物会造成酸雨等环境污染。同时二氧化碳等温室气体也会随之排放，影响全球气候。传统化石能源面临着高污染以及枯竭的问题，大力发展可再生能源对我国有着十分重要的意义。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，受到了行业内的广泛关注。随着近年来全球太阳能发电市场的快速发展，太阳能电池的产量的增长率基本保持在30%～40%。其中，在太阳能光伏发电领域中的晶硅太阳能电池，由于其较高的发电效率、便于后期维护等优点而大范围使用。据预测，到2030年，全球太阳能电池将继续以约25%的速度增长。太阳能电池装机容量将从21世纪初的0.5 GW增长到2030年的300 GW。
大多数的光伏组件寿命为25年，经过估计，2020年之后我国所兴建的第一批太阳能光伏电站将迎来大量的更新升级。废旧的光伏组件如果随意丢弃将会给环境造成一定的破坏，违背了清洁能源的设计初衷。其次，在光伏组件的生产的过程中也会产生不合格的残次品，增加企业的运行成本。废旧组件如何进行回收处理使其减少对环境的破坏，让其不违背绿色清洁能源的发展宗旨是值得关注的方向。从废旧太阳能电池成分来说其中含有硅、银、铜、铝、玻璃和塑料等材料。废旧光伏组件约含有70%玻璃、10%铝、10%黏合封胶、5%硅、5%其他。晶体硅太阳能电池中有回收价值的部分包括硅、铝边框、钢化玻璃以及银、铜、铝等金属。废旧晶体硅太阳能电池具有很大的资源化回收价值。同时，废旧晶体硅太阳能电池中含有锡和铅等重金属，随意处理也会对环境和人体产生危害。从法律、经济和环境角度来看，废旧光伏组件的回收具有重要的现实意义与科学研究价值。
EVA是一种透明材料，用于封装晶硅太阳能电池组件并用作面板各层之间的粘合。EVA在晶硅太阳能组件中起到了“承上启下”的作用，其维持了晶硅太阳能组件的结构。如果将EVA处理掉就很容易将晶硅太阳能组件拆解成不同的部分。因此，处理EVA成为处理废旧光伏组件的关键技术。
发明内容
本发明提供一种回收处理废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，利用热分解法去除电池组件中EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）胶膜实现组件中各部分的成功分离。
本发明采用的技术方案如下：一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，具体包括以下步骤：
S1.将废旧晶硅太阳能电池切割成块状，在无水乙醇中浸泡1小时，除去表面的杂质，晾干备用；
S2.将废旧晶硅组件放于坩埚内400-600℃，处理30-40min，分解电池组件中的EVA胶黏剂实现组件的拆分，回收组件的各部分材料。
优选的，S1中，将废旧晶硅太阳能电池切割成长*宽为3 cm × 3 cm的块状。
下面对本发明的热分解法回收废旧晶硅太阳能电池组件材料的性能进行测试。
图1为废旧晶硅太阳能电池组件的热重图；
从图1可以看到，废旧晶硅太阳能组件的热重变化；第一个阶段从221.5 ℃-360 ℃之间，此阶段失重率约为18.3%左右；第二阶段发生在360 ℃-412.4 ℃，样品在此阶段被快速热分解，此阶段失重率约为42 %左右；412.4 ℃时，废旧晶硅太阳能电池组件材料样品的失重率达到了61%。
图2为350 ℃、400 ℃和600 ℃处理30分钟的废旧晶硅太阳能组件的热重图；
经过350 ℃处理过后组件的热重证明，350 ℃不足以将组件上的EVA完全分解，所以热重图也出现了三个失重阶段。此结论与未处理原样废旧晶硅太阳能电池组件的热重图一致。第一阶段出现在258.7 ℃-330 ℃，失重率约为26.38 %；第二阶段出现在330 ℃-370℃左右，失重率-11.96 %；第三个阶段约为370 ℃-412.5 ℃左右，此阶段样品发生快速热分解失重率约为48.5 %。由于电池在制造过程中，面板经过层压和固化过程，首先在真空中将晶硅光伏面板板加热到高于EVA熔点的温度（72 ℃），以使EVA熔化并使密封剂均匀分布，然后将面板在150 ℃下进行60分钟的标准固化EVA处理或10分钟进行快速固化，密封剂会经历交联过程，从而改变其物理性质，封装太阳能电池，从而保护其免受湿气和电绝缘的影响。也保证了光伏***在整个生命周期中的可靠性，并在面板的每一层之间起到了持久的强力粘合作用。而提高热分解温度至400 ℃和600 ℃时，很难看到热失重峰。证明400 ℃、600 ℃的高温可以去除光伏废旧组件绝大部分的EVA。
图3为未处理、350 ℃和400 ℃处理30分钟的废旧晶硅太阳能组件的扫描电镜图；
图3中可以清晰的看到中间的白色条形结构，是晶硅太阳能电池的栅线。因为有着EVA的包覆未处理的废旧光伏电池片的栅线较为光滑平整。其上可以看出明显的EVA层状结构覆盖在栅线的表面。350 ℃加热后的废旧电池组件我们可以看到栅线上面EVA层状结构已经开始被破坏，露出下面经过丝网印刷形成的银栅线。但因加热温度不够银栅线上还是可以看见大量的连续的EVA层状结构。400 ℃加热后的废旧电池组件可以看出经过高温热分解银栅线表面的EVA层状结构已经消失，银栅线表面出现经丝网印刷所形成的不平整的金属颗粒。经过扫描电镜的观察，可以清晰直观的看到热分解法对废旧光伏组件上的EVA有着明显的处理效果。结合前期的热重分析后，得到废旧组件中的EVA热处理的最佳温度应为400 ℃。且高温热分解对光伏废旧组件中其他物质的结构影响较小。不影响光伏废旧组件其他部分的回收。
从图4a中可以看到废旧晶硅太阳能组件首先经过分割后，即使最外层的钢化玻璃已经破碎，但仍不能徒手将废旧晶硅太阳能组件成功分离。切割后置于坩埚内400 ℃加热30分钟，可以看出晶硅太阳能组件各部分完全分离开来（图4b）。说明EVA热分解温度为400℃左右，此温度下，可以将废旧组件中的EVA分解完全。最后，对已经分离开来的材料进行分拣（图4c），可以实现钢化玻璃、硅晶片和栅线的分离，进而完成组件各部分的下一步资源化回收和再利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过将废旧晶硅太阳能电池切割后，通过热分解法处理EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）胶黏剂来实现组件各部分的成功拆分；该回收工艺能够保持晶硅太阳能组件各部分的的原有性能，具有低耗能、处理能力强、回收率高等特点，最大化的实现了废旧晶硅太阳能电池组件各部分材料的高效回收利用。本发明的热分解法处理废旧晶硅太阳能组件工艺可以用于大批量处理废旧晶硅太阳能组件材料。
附图说明
图1.为废旧晶硅太阳能电池组件的热重图；
图2.为350 ℃、400 ℃和600 ℃处理30分钟的废旧晶硅太阳能组件的热重图；
图3.为未处理、350 ℃和400 ℃处理30分钟的废旧晶硅太阳能组件的扫描电镜图；
图4.为350 ℃热分解法前后废旧光伏组件的外观照片。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明热分解法处理废旧晶硅太阳能电池组件中的EVA的工艺进一步说明；
实施例1
一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，具体包括以下步骤：
S1.将一种废旧晶硅太阳能电池组件切割后（3 cm × 3 cm），在无水乙醇中浸泡1小时除去其中一部分表面杂质，烘干备用；
S2.然后将废旧晶硅太阳能电池组件放于坩埚内，在350 ℃处理30分钟；检测到EVA部分分解，观察到废旧晶硅太阳能电池组件不能彻底分离，组件各部分仍然粘连在一起，拆卸困难。
实施例2
一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，具体包括以下步骤：
S1.将一种废旧晶硅太阳能电池组件切割后（3 cm × 3 cm），在无水乙醇中浸泡1小时除去其中一部分表面杂质，烘干备用；
S2.然后将废旧晶硅太阳能电池组件放于坩埚内，在400 ℃处理30分钟；检测到EVA已经分解完全，观察到废旧晶硅太阳能电池组件可以完全分离，组件各部分性能完好，可以回收利用。
实施例3
一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，具体包括以下步骤：
S1.将一种废旧晶硅太阳能电池组件切割后（3 cm × 3 cm），在无水乙醇中浸泡1小时除去其中一部分表面杂质，烘干备用；
S2.然后将废旧晶硅太阳能电池组件放于坩埚内，在600 ℃处理30分钟后；检测到EVA已经分解，观察到废旧晶硅太阳能电池组件实现完全分离，组件各部分性能完好，但高温带来的电能损耗较大，且钢化玻璃高温加热熔融再冷却后会将晶硅和栅线包裹覆盖，致使晶硅和栅线回收利用效率较低。
Claims (2)
1.一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1.将废旧晶硅太阳能电池切割成块状，在无水乙醇中浸泡1小时，除去表面的杂质，晾干备用；
S2.将废旧晶硅组件放于坩埚内，在400-600 ℃下，处理30-40 min，分解电池组件中的EVA胶黏剂实现组件的拆分，回收组件的各部分材料。
2.根据权利要求1所述的一种回收废旧晶硅太阳能电池组件的工艺，其特征在于：S1中，将废旧晶硅太阳能电池切割成长*宽为3 cm × 3 cm的块状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201120 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |