淺談光伏組件的回收再利用技術

許海園 劉子靖 梁東義 張興 郭婧瀅

摘要：隨著光伏發電裝機容量和發電量比重的快速提升，光伏組件的報廢量迅速增長，研究光伏組件的回收技術迫在眉睫。現根據光伏產業發展現狀及光伏組件回收現狀，分析并對比了熱處理法、化學處理法和物理回收法3種主流的光伏組件回收利用技術，并對光伏組件的回收再利用前景進行了展望。

關鍵詞：光伏組件;回收;資源化;光伏產業鏈

0 引言

自20世紀70年代的全球石油危機后，各國開始尋找可以替代傳統化石能源的清潔能源，新能源得以正式發展，太陽能成為各國一致認為潛力最大的一次能源。在各類太陽能利用技術中，光伏組件由于在發電期間無噪聲、無二氧化碳，操作維護簡單而受到各國青睞。隨著經濟的不斷發展以及政策的推動，我國光伏發電技術和成本控制均具有明顯的競爭優勢。據統計，2019年全球光伏累計裝機容量達627 GW，其中我國光伏累計裝機容量為204.7 GW，遠超“十三五”規劃目標。光伏產業在飛速擴張的同時，也面臨著新的嚴峻問題：光伏組件的壽命一般為25年，未來我國光伏組件的廢棄量將劇增，而光伏組件中含有少量的銀、碲、銦、鎵等稀有金屬，以及硅、玻璃、鋁、EVA膠等可利用資源，有非常高的回收價值。如果廢棄的光伏組件處理不當，不僅會造成資源浪費，還會對生態環境造成不可預估的危害。目前國內關于光伏組件的回收利用技術尚未成熟，為了推進光伏產業的健康可持續發展，開展對廢棄光伏組件的回收再利用研究刻不容緩。

1 光伏產業發展現狀

隨著新能源需求的不斷增加以及半導體技術的發展，光伏產業作為新興的朝陽產業，發展潛力巨大，全球增長態勢明顯。2010—2019年，全球光伏發電累計裝機容量從40 GW提升至627 GW，規模持續擴張，且光伏供應鏈各環節主要產品價格均持續下降，組件價格下降幅度超90%，系統成本隨之下降。國際可再生能源署（IRENA）發布的《2019年可再生能源發電成本報告》稱，過去10年間，在各類可再生能源中，光伏發電平均成本降幅最大，超過80%。近10年來，我國光伏裝機量位居全球榜首，占據相當大的規模，已經具備完善的光伏產業鏈。

光伏發電的核心是將太陽能轉化為電能?；诠夥?，市場上采用的主流原材料是硅，晶體硅太陽能電池占據的市場份額最大。光伏產業鏈分為上游（太陽電池片）、中游（光伏組件）和下游（光伏系統）三部分。上游包括對晶硅原材料的提純、晶體硅生產和晶硅片生產，目前主要分為單晶硅片和多晶硅片兩種。中游包括太陽能電池及光伏組件的制造，其制造工藝流程主要有切片、制絨、擴散、刻蝕、沉積減反射膜、電極印刷、燒結等。下游包括光伏發電系統的集成與運營，通過將光伏組件與控制器、逆變器、配電箱等設備進行組合，形成離網型或并網型的光伏發電系統。

在光伏產業制造端各環節中，我國多晶硅產能達到46.2萬t，硅片產量134.6 GW，電池片產量108.6 GW，組件產量98.6 GW。光伏組件以25年的壽命計算，預計到2042年，我國光伏廢棄物將達到1 250萬～1 650萬t[1]。

太陽能電池組件的制備需要將電池串、鋼化玻璃、熱融膠黏膜（EVA）和熱塑聚氯乙烯復合膜（TPT）層壓粘接在一起，再封裝鋁框、接線盒后，形成完整的光伏組件。光伏組件中九成以上的材料都可以回收再利用，經過無害化處理和有效資源的回收再利用，能夠有效避免組件產生有毒氣體，還可以保護生態環境，促進光伏產業的可持續發展。

2 光伏組件回收技術

目前國內光伏產業中各企業的關注熱點在于提高光伏組件的產能效率，研究熱點是提高太陽電池片的轉換效率，均缺乏對廢棄組件處理的重視。而在國外，歐洲一些國家已經成立了相關組件回收組織，如PV Cycle，該組織基于經濟、可行的回收網絡，已經回收了上萬噸的廢棄光伏組件，具有一定的借鑒意義。

根據所述光伏組件的封裝結構，在對光伏組件進行回收時需要對組件進行拆解，去除鋁邊框、鋼化玻璃和TPT背板。其中，EVA膠膜與電池組的分離技術是組件回收中的關鍵技術。目前主流的回收技術主要有：熱處理法、化學處理法和物理回收法，新興的回收技術有震蕩法、熱刀熱絲法等[2]。

2.1? ? 熱處理法

熱處理法有固定容器和流化床反應器熱處理法等，一般是對整個組件進行高溫分解，可將EVA膠、電池組串、玻璃等層壓部分分離，得到較完整的分離件。田建軍[3]采用熱重分析和傅里葉變換紅外光譜（TGA-FTIR）聯用技術對EVA的熱穩定性和熱分解產物進行了研究，通過熱重分析計算出EVA中乙酸乙烯酯的含量，通過熱重-紅外光譜聯分析得出逸出氣體全部為揮發性脂肪烴，可能含有1-異丙烯、1-庚烯、3-癸烷等。

該方法可保持光伏組件本身的完整性，但在熱處理過程中容易產生部分有害氣體及其衍生物等有害物質，若可以將產生的廢氣二次利用，如作為熱源使用等，將會有很好的前景。

2.2? ? 化學處理法

化學處理法主要采用化學溶劑，如有機溶劑溶解（三氯乙烯等）和無極酸堿溶解（氫氧化鉀等）。張雷[4]等針對廢舊多晶硅太陽能電池的回收工藝進行了研究，去除電池的鋁背和鋁硅層后，再經去離子水洗凈干燥，去除氮化硅減反射膜、磷擴散層以及金屬雜質，可得到高純硅片。該工藝路線回收的硅片進行檢測發現，多晶硅的回收率為76.4%。董莉[5]等對晶硅太陽能電池的資源化回收路線進行了實驗研究，采用20%的鹽酸反應40 min去除鋁，35%的硝酸反應30 min去除銀，40%硝酸-6%氫氟酸反應75 min去除硅，通過對太陽電池的分步回收，實現了85.5%的硅回收率。

化學處理法技術較為成熟，但在處理過程中，會產生大量的酸性液體和有機廢液，處理難度較大且會造成較為嚴重的環境污染。

2.3? ? 物理回收法

該方法一般需要先拆除組件鋁邊框和接線盒，對無框組件進行機械粉碎處理，再對粉碎后的顆粒進行分離。國內英利集團率先進行了相關技術的探索[6]，提供了一種模塊化光伏組件分解回收處理裝置，可剪切并擠壓拆除后的光伏組件中的電池，得到光伏電池顆粒，在低溫環境下磨削EVA顆粒，最后振動篩分含硅、背板和EVA的混合顆粒。

相較于熱處理法和化學處理法，物理回收的過程中不會造成環境污染，可實現無害化處理，但最終得到的是不同材料的混合物，無法實現單一組分的充分分離，因此該方法還處于優化階段。

3 結語

我國對光伏組件回收再利用的探索起步較晚，在技術層面上尚未做到無害化處理，經濟層面上成本高、收益低，政策層面上缺乏政策和法規的指導，因此尚無成熟可行的技術路線。根據上述對目前主流回收技術的介紹可以發現，不同的處理方法各有優缺點，且我國現有光伏組件的使用區域多集中在偏遠郊區，在具體的實施過程中會增加不少運輸成本。針對我國目前光伏組件的回收現狀，首先要在思想上充分認識到光伏組件回收的必要性和緊迫性;其次，要增強與國外的調研合作，引進國外較成熟的回收路線，加快我國自主研發速度;最后，促進相關實驗室的建設，加大研發投入力度，解決回收率低、有害物處理等技術難題，建立適合我國的光伏組件回收產業鏈。

[參考文獻]

[1] 肖敏志，劉璐，宋巍巍.光伏廢棄物及其回收技術綜述[C]//

2019中國環境科學學會科學技術年會論文集（第二卷），2019：1076-1080.

[2] 鄭璐，馬昀鋒，楊紫琪，等.晶硅光伏組件回收技術發展現狀及展望[J].電源技術，2020，44（5）：778-780.

[3] 田建軍，姜恒，蘇婷婷，等.基于TGA-FTIR聯用技術的EVA熱解研究[J].分析測試學報，2003，22（5）：100-102.

[4] 張雷，吳翠姑，陳志軍，等.廢棄多晶硅太陽電池回收高純硅片工藝研究[J].半導體技術，2017，42（8）：626-630.

[5] 董莉，馮晉堯，劉景洋，等.廢晶硅太陽能電池資源化分類回收技術研究[J].環境污染與防治，2020，42（6）：678-681.

[6] 英利集團有限公司.一種光伏組件分解回收的方法及其裝置：CN201210058374.X[P].2012-07-04.