在当今全球积极迈向可持续能源发展的道路上 ,光伏发电作为清洁能源的重要代表之一,正以前所未有的速度蓬勃发展,随着大量光伏电站的持续运行以及光伏技术的不断更新换代,废旧光伏板的回收问题逐渐浮出水面 ,成为亟待解决的关键议题,而其背后所涉及的回收技术更是关乎整个光伏产业能否实现绿色、循环且可持续发展的重要环节。
一 、废旧光伏板回收的背景与意义
近年来,光伏发电凭借其清洁、可再生以及日益凸显的经济性等优势 ,在能源领域中占据了越来越重要的地位,从大型集中式光伏电站到分布式屋顶光伏项目,光伏板被广泛安装应用于各类场景 ,如同诸多电子产品一样,光伏板也有其使用寿命期限,一般而言 ,传统晶硅光伏板在经过约20至30年的户外服役后,发电效率会显著衰减,达到报废标准 。
光伏技术处于快速迭代升级阶段 ,新型光伏板不断涌现,这使得部分早期安装的光伏板即使尚未完全达到寿命终点,也可能因性能相对落后而提前被淘汰,据行业相关预测数据显示 ,未来数年内全球废旧光伏板的数量将呈现爆发式增长态势,若不妥善处理这些废旧光伏板,将会对环境造成诸多潜在危害。
废旧光伏板中含有多种重金属物质 ,如铅、镉、汞等,若随意丢弃或进行不规范的填埋处理,这些重金属极有可能渗入土壤 、地下水中 ,造成土壤污染、水源污染,进而通过食物链的富集作用对生态环境以及人类健康构成严重威胁,光伏板中的玻璃、硅材料以及金属边框等成分也具备一定的回收价值 ,若能实现高效回收再利用,不仅能够缓解资源供应压力,还能降低光伏产业的原材料开采成本 ,实现资源的循环利用,契合绿色发展的理念。
探索科学合理 、高效可行的废旧光伏板回收技术,对于推动光伏产业走向可持续发展之路具有深远的意义,既能有效应对废旧光伏板带来的环境挑战 ,又能挖掘其中蕴含的资源价值,形成闭合的产业循环链条。
二、废旧光伏板的成分与回收难点分析
(一)废旧光伏板的主要构成成分
典型的晶硅废旧光伏板主要由玻璃、硅材料(包括晶体硅电池片) 、金属边框、封装材料(如EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物、背板材料等)以及一些电气连接部件组成,玻璃占比较大,通常位于光伏板的正面和背面 ,起到保护电池片和透光的作用;硅材料是光伏板的核心发电部分,承载着将光能转化为电能的关键功能;金属边框多为铝合金材质,用于固定光伏板并提供一定的结构支撑;而封装材料则用于粘结各组件 ,确保光伏板在长期使用过程中的稳定性和密封性 。
(二)回收过程中面临的难点
1 、材料复合与粘连问题:光伏板在制造过程中通过多层封装工艺将不同材料紧密结合在一起,例如玻璃与EVA、背板之间,以及电池片与封装材料之间都存在较强的粘连情况 ,在回收时,要将这些复合在一起的材料逐一分离开来难度颇大,传统的物理拆解方式容易破坏材料结构,影响后续的回收利用率 ,而采用化学溶解等方法又可能引入新的环境污染风险或者增加复杂的工艺控制要求。
2、硅材料的回收提纯挑战:硅材料作为光伏板的核心组成部分,其回收后的提纯复用至关重要,但硅电池片在长期使用过程中会受到光照 、温度、湿度等多种因素影响 ,表面产生一些杂质、损伤层以及可能存在的老化变质情况,要从废旧电池片中高效提取高纯度的硅材料,需要克服现有提纯技术在去除杂质、修复晶格缺陷等方面的瓶颈 ,且整个提纯过程能耗较高,成本控制难度大。
3 、有害物质的处理难题:如前文所述,废旧光伏板中含有重金属等有害物质 ,在回收流程中需要对这些成分进行精准识别、安全收集和妥善处置,避免其在回收过程中发生泄漏、扩散等情况,这要求具备严格的环保管控措施以及专业的处理设备和技术 ,增加了回收环节的复杂性和成本投入 。
4 、回收成本与经济效益平衡:由于废旧光伏板回收技术研发尚处于不断完善阶段,规模化程度较低,导致回收过程中的人工成本、设备折旧成本、化学试剂消耗成本等相对较高,而回收后得到的一些材料市场价格波动较大 ,有时候难以覆盖回收成本,使得企业在开展废旧光伏板回收业务时面临经济效益不佳的困境,这也在一定程度上影响了整个行业回收积极性的提升。
三 、现有的废旧光伏板回收技术及方法
(一)物理回收技术
1、机械分离法:这是较为基础的一种物理回收手段,主要是通过破碎机、研磨机等设备将废旧光伏板进行破碎 、研磨处理 ,使其成为较小的碎片或粉末状物质,然后利用筛分、气流分选、磁选等工艺,依据不同材料的大小 、密度、磁性等物理特性差异 ,将玻璃、金属边框和硅材料等进行初步分离,可以先通过振动筛将较大颗粒的玻璃和金属碎片筛选出来,再利用磁选设备分离出铁磁性金属杂质 ,剩余的硅材料碎屑则进一步通过气流分选等方式进行富集,不过,机械分离法往往只能实现粗分离,对于粘连紧密的材料部分分离效果有限 ,且容易造成硅材料的过度破碎,降低其后续再利用的价值。
2、热处理法:热处理技术是利用不同材料在不同温度下的热学性质差异来实现分离的目的,对于废旧光伏板而言 ,可以通过加热的方式使封装材料软化 、分解或者挥发,从而便于将玻璃、硅材料和金属边框等进行分离,在一定温度条件下 ,EVA等封装材料会逐渐熔化并失去粘结性,此时可以通过机械外力辅助将各层材料剥离开来,但热处理法也存在一些问题 ,如加热过程能耗较高,而且如果温度控制不当,可能会对硅材料的性能产生负面影响 ,同时高温环境下还可能产生一些有害气体,需要进行有效的尾气处理 。
(二)化学回收技术
1、酸浸法:酸浸法主要针对废旧光伏板中的金属部分进行回收,通过将含有金属成分的部分浸泡在酸性溶液中,使金属与酸发生化学反应 ,溶解在溶液中,然后再通过电解 、置换等化学方法将金属从溶液中提取出来,对于铝金属边框 ,可以将其浸泡在稀硫酸或盐酸溶液中,铝与酸反应生成铝离子进入溶液,之后通过电解等工艺获得纯净的铝金属 ,酸浸法在使用过程中会产生大量的酸性废水,若处理不当极易造成环境污染,而且酸液对设备的腐蚀性较强 ,需要使用耐腐蚀的特殊材质设备,增加了设备成本投入。
2、碱蚀法:碱蚀法常用于硅材料的回收处理,利用强碱溶液对硅电池片表面的腐蚀作用 ,去除表面的杂质、损伤层以及部分封装材料等,将废旧光伏板中的硅电池片浸泡在氢氧化钠等强碱溶液中,硅与碱反应生成硅酸盐等可溶性物质,然后通过过滤 、清洗等操作 ,可以得到相对纯净的硅材料,但碱蚀法同样存在弊端,一是碱液对操作人员存在安全隐患 ,二是后续产生的废碱液处理难度较大,需要经过复杂的中和、沉淀等工艺才能达标排放,否则会对水体环境造成严重破坏。
(三)新兴回收技术探索
1、生物降解法:随着生物技术的不断发展 ,一些科研人员开始尝试利用微生物来降解废旧光伏板中的封装材料等有机成分,从而实现各组分的有效分离,筛选出特定的微生物菌株 ,这些微生物能够在适宜的温度 、湿度和营养条件下,分解EVA等封装材料,使其失去粘结性 ,进而方便后续通过简单的机械操作将玻璃、硅材料和金属边框等分离开来,生物降解法具有环境友好、成本低等优点,但目前还处于实验室研究阶段,距离大规模实际应用尚有诸多技术难题需要攻克 ,如微生物的培育和繁殖效率 、对不同类型封装材料的适用性以及降解周期较长等问题 。
2、电化学回收法:电化学回收技术是利用电极反应原理来实现废旧光伏板中金属材料的回收以及硅材料的提纯等,通过构建合适的电解槽体系,将废旧光伏板的相关部件作为阳极或者阴极材料 ,在电流的作用下,金属离子在电极上发生氧化还原反应而被溶解或者析出,达到回收金属的目的;对于硅材料 ,也可以通过电化学腐蚀与修复机制,去除表面杂质并在一定程度上修复晶格缺陷,提高其纯度和性能 ,不过,电化学回收法需要精确控制电流、电压、电解液成分等诸多参数,对设备和技术要求较高 ,且在大规模应用时面临能耗和成本控制的挑战。
四 、国内外废旧光伏板回收现状对比与案例分析
(一)国外废旧光伏板回收现状
在一些欧美发达国家,由于环保意识觉醒较早以及对可再生能源产业可持续发展的重视 ,废旧光伏板回收已经形成了相对完善的体系和较为成熟的技术模式,德国制定了一系列严格的法律法规,明确了光伏板生产企业、安装企业以及使用者等各环节主体在废旧光伏板回收方面的责任和义务 ,通过强制回收政策推动了回收产业的发展,在技术层面,德国的一些企业采用了先进的自动化机械分离与化学提纯相结合的工艺 ,能够高效地处理大量废旧光伏板,实现了玻璃、硅材料和金属等资源的高回收率,并且在整个回收过程中严格遵守环保标准 ,对有害物质进行妥善处理,做到了环境效益与经济效益的双赢。
日本也是在废旧光伏板回收领域走在前列的国家之一,其借助自身在电子工业和精细化工等领域的技术优势 ,研发
转载请注明来自廊坊市盛年再生资源回收有限公司,本文标题:《废旧光伏板的回收技术,挑战与机遇并存》
还没有评论,来说两句吧...