CN107425094B - 一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所揭示的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，包括如下步骤：先对铝边框进行拆解；然后将背板与组件进行分离；将分离后的背板进行清洗；清洗后对背板先破碎，再通过醇解类试剂进行降解，得到不溶于醇类溶剂的含氟材料混合物和溶于醇类溶剂的PET降解产物，最后对醇解产物进行处理。本发明针对光伏组中含氟的光伏背板进行无害化处理，采用对环境友好型的醇类试剂，将光伏背板中的PET进行降解，剩余的含氟材料用于聚酯涂料行业，PET降解后的产物用于水性聚氨酯生产，回收过程中用到的醇类试剂可以循环利用，真正做到光伏背板的回收再生再利用，做到光伏背板无害化处理。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件报废处理领域，具体涉及一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法。
背景技术
各种可再生能源中，太阳能以其清洁、安全、取之不尽、用之不竭等显著优势，已成为发展最快的可再生能源。开发利用太阳能对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设均具有重要意义。2016年全球光伏年度新增装机达到76GW 以上，随着全球气候协议《巴黎协定》落实以及光伏发电度电成本的不断下降，光伏发电应用地域和领域将会继续扩大，逐渐实现平价上网，全球光伏市场将会逐年增加，2017-2020年间全球光伏市场将以9%复合增长率继续扩大市场规模。
随着我国光伏装机总量逐年上升，不远的将来我国光伏组件大规模的报废不可避免，因此提早做好规模化、高效、低能耗、低成本的光伏组件回收技术储备才能有备无患，实现可持续发展。光伏组件的寿命周期一般为25年，当转化效率降低到一定程度时，组件失效，需要报废更新。一般情况下，太阳能被视为一种废物产生量最小的能源，在组件的使用过程中不会产生对环境有害的废物，但太阳能电池报废后产生的固体废弃物也不能够忽视。根据中国可再生能源协会对太阳能电池对太阳能电池废弃量的预测推算，从2020年之后，我国的太阳能电池的固体废弃物会出现大幅度增长，累计废弃量也会逐渐增加。
截止到2016年底，我国累计光伏装机量达到75GW，如果按一块250W的光伏组件19kg估计，1GW的报废组件就可以达到7.6万吨，75GW将产生570万吨的废弃物。随着光伏均化发电成本的持续降低以及我国节能减排压力的加大，我国组件装机量必定会逐年增加，将会产生越来越多的废弃组件。对体量如此大的废弃光伏组件回收一方面可以创造更多的就业机会，另一方面还可以减少对原生资源开采，从而达到降低资源提炼的耗能和减轻生态环境影响及破坏的目的。
2012年1月，欧盟会议正式更改了废弃电气和电子设备(WEEE)规章，将废弃光伏组件列为废弃电子设备，归于WEEE四个类别之下。至此，废弃太阳能光伏组件已被正式列为电子废弃物，必须进行收集和回收利用。光伏发电作为一种绿色能源，随着光伏发电的逐渐普及，会要求其全生命周期均为绿色无害化，从而成为全绿色能源。
晶硅太阳能电池组件包括八大材料，分别是玻璃、封装胶膜、电池片、焊带、硅胶、铝边框、接线盒、光伏背板，其中光伏背板作为晶硅太阳能电池组件最重要的封装材料之一，以为需要保障组件25年工作寿命，大部分光伏背板所用材料中都含有氟材料，光伏背板是由多种材料组合成的复合材料，其中主要包括含氟树脂、聚烯烃、无机填料和PET，而现有的报废组件处理方法仅仅是对电池片、玻璃、金属等有用的材料进行回收，对于光伏背板，边框等外部结，目前采用的方式是直接高温焚烧处理，这无疑会对人体和环境带来极大的危害。光伏背板作为含氟材料，无论是掩埋和焚烧都会对环境造成破坏。
因此如何处理报废的光伏背板，是未来光伏行业发展面临的一个重要课题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，针对光伏组中含氟的光伏背板进行无害化处理，采用对环境友好型的醇类试剂，将光伏背板中的PET进行降解，剩余的含氟材料用于聚酯涂料行业，PET降解后的产物用于水性聚氨酯生产，回收过程中用到的醇类试剂可以循环利用，真正做到光伏背板的回收再生再利用，做到光伏背板无害化处理。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下 ：一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，具体包括如下步骤：
（1）铝边框拆解：使用木槌或橡胶锤与铲子配合，将报废光伏组件的封装铝边框从组件上拆卸下来；
（2）背板与组件分离：将上述步骤（1）拆卸后的组件用美工刀在背板面划线，然后将其放到提前预热好的加热台或层压机上进行加热，加热结束后用尖嘴钳和老虎钳配合将背板一条一条从组件上扒下来，分别得到报废背板和去掉背板的组件，将报废背板收集存放，不含背板的组件可送去进行硅材料、玻璃和金属材料回收；
（3）背板清洗：将收集的报废背板表面进行清洗，去除表面的污垢，清洗干净后的背板晾干后收集；
（4）背板降解：将步骤（3）得到的预处理好的背板使用粉碎机进行破碎，控制碎片长宽尺寸小于3cm，然后将碎片投入醇解类试剂中并加入添加剂进行醇解，得到不溶于醇类溶剂的含氟材料混合物和溶于醇类溶剂的PET降解产物，其中醇解类试剂的用量为背板碎片质量的2~6倍，催化剂用量为背板碎片质量的0~5%，控制醇解过程温度为160℃~200℃，醇解过程的时间为0.5h~4h；
（5）醇解产物的处理：步骤（4）中得到的固液混合物转移到压滤机中进行固液分离，得到的滤渣进行清洗干燥后用于生产含氟涂料，得到的溶液采用蒸发的方式分离溶质和溶剂，溶质可用作生产聚酯的单体或是合成其它化工产品的原料，溶剂可回收后继续用于步骤（4）的背板降解。
所述步骤（2）中划线的具体做法为采用美工刀沿焊带方向在背板面划5~10条线，且两条线之间的间隔为10~20cm。
所述步骤（2）中采用加热台或层压机进行加热时，控制加热温度为120~150℃，加热时间为5~30min，加热时压力为0.2~1个大气压。
所述步骤（4）中醇解类试剂包括甲醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、1,4丁二醇及三元醇中的一种或多种。
所述步骤（4）中催化剂为醋酸盐类催化剂，如醋酸锌。
所述报废背板为报废组件拆卸下来的背板或者组件加工中的报废背板。
本发明所揭示的一种绝缘背板无害化处理方法，将背板中的含氟材料进行回收再利用，在回收利用的操作过程中，采用对环境友好的醇类试剂对粉碎的背板进行醇解，得到不溶于醇类试剂的含氟材料混合物以及溶于醇类试剂的PET降解物，后续对不溶于醇类试剂的含氟材料混合物进行过滤清洗干燥处理，处理后的产物用于生产含氟涂料，使其适用于需要长期接受暴晒的场所的粉刷，如桥梁建筑表面、风电建筑表面、建筑屋顶；或者直接铸塑成包装或外壳，替代金属箱体，质量轻且不易生锈腐蚀，将溶于醇类试剂的PET降解物进行分离提纯，提纯后的产物可以作为生产聚酯的单体或合成其他化工产品的原料，而提出后的醇类试剂可以回收再循环利用，避免了二次污染。
有益效果：本发明所揭示的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，具有如下有益效果：
1、解决含氟材料对环境的污染问题：与焚烧或填埋相比，本发明将含氟材料回收再利用，避免了对环境的污染；
2、材料再生再利用，提高产品附加值：回收的含氟材料用于涂料或外壳，耐候性好，为产品内部提供更好的保护，同时可以替代金属，节约资源；
3、试剂循环利用，不会产生二次污染：本发明中用到的醇类试剂本身不会对环境友好，同时可以回收循环利用，避免对环境产生二次污染；
4、提高我国光伏行业绿色国际竞争力：全球光伏行业正在朝着谁安装、谁处理的方向发展，但是为了保障光伏组件寿命，又必须使用以含氟材料作为组件寿命保护层，因此含氟材料封装组件往往在组件出口到欧洲等发达地区时往往为当地所诟病。本发明可为光伏组件寿命到期后含氟背板回收提供一套完整的解决方案，可提高我国光伏组件的市场接受程度，提高我国光伏行业绿色国际竞争力。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体内容，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，具体包括如下步骤：
（1）铝边框拆解：使用木槌或橡胶锤与铲子配合，将报废光伏组件的封装铝边框从组件上拆卸下来；
（2）背板与组件分离：将上述步骤（1）拆卸后的组件用美工刀在背板面沿焊带方向划5~10条线，且两条线之间的间隔为10~20cm，然后将其放到提前预热好的加热台或层压机上进行加热，控制加热温度为120~150℃，加热时间为5~30min，加热时压力为0.2~1个大气压，加热结束后用尖嘴钳和老虎钳配合将背板一条一条从组件上扒下来，分别得到报废背板和去掉背板的组件，将报废背板收集存放，不含背板的组件可送去进行硅材料、玻璃和金属材料回收（这些回收参见现有的回收技术，再次不做赘述）；
（3）背板清洗：将收集的报废背板表面用水进行清洗，去除表面的污垢，清洗干净后的背板晾干后收集；
（4）背板降解：将步骤（3）得到的预处理好的背板使用粉碎机进行破碎，粒径不超过3cm，然后使用乙二醇试剂对其中的PET进行醇解并且在醇解过程中添加醋酸锌，其中乙二醇用量为背板碎片质量的4倍，醋酸锌用量为背板碎片质量的0.5%，反应温度为200℃，反应时间为4h，得到不溶于醇类溶剂的含氟材料混合物和溶于醇类溶剂的PET降解产物；
（5）醇解产物的处理：步骤（4）中得到的固液混合物转移到压滤机中进行固液分离，得到的滤渣进行清洗干燥后用于生产含氟涂料，该含氟涂料适用于需要长期接受暴晒的场所的粉刷，如桥梁建筑表面、风电建筑表面、建筑屋顶；或者直接铸塑成包装或外壳，替代金属箱体，质量轻且不易生锈腐蚀；得到的溶液采用蒸发的方式分离溶质和溶剂，溶质可用作生产聚酯的单体或是合成其它化工产品的原料，而醇类溶剂可回收后继续用于步骤（4）的背板降解。
所述步骤（4）中采用的乙二醇还可以替换为其余的醇解类试剂，比如甲醇、二甘醇、丙二醇、1,4丁二醇或三元醇中的一种或多种，醋酸锌作为催化剂还可以采用其他醋酸盐类催化剂进行替换。
本发明中虽然描述的是报废的光伏组件拆卸下来的背板处理，但对于组价加工过程中出现的报废背板或者其他情况的报废背板，也可以采用这种方式进行回收处理。
以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)铝边框拆解：使用木槌或橡胶锤与铲子配合，将报废光伏组件的封装铝边框从组件上拆卸下来；
(2)背板与组件分离：将上述步骤(1)拆卸后的组件用美工刀在背板面划线，然后将其放到提前预热好的加热台或层压机上进行加热，加热结束后用尖嘴钳和老虎钳配合将背板一条一条从组件上扒下来，分别得到报废背板和去掉背板的组件，将报废背板收集存放，不含背板的组件可送去进行硅材料、玻璃和金属材料回收；
(3)背板清洗：将收集的报废背板表面进行清洗，去除表面的污垢，清洗干净后的背板晾干后收集；
(4)背板降解：将步骤(3)得到的预处理好的背板使用粉碎机进行破碎，控制碎片长宽尺寸小于3cm，然后将碎片投入醇解类试剂中并加入催化剂进行醇解，最终得到固液混合物，其中包括不溶于醇类溶剂的含氟材料混合物和溶于醇类溶剂的PET降解产物，其中醇解类试剂的用量为背板碎片质量的2～6倍，催化剂用量为背板碎片质量的0～5％，控制醇解过程温度为160℃～200℃，醇解过程的时间为0.5h～4h；
(5)醇解产物的处理：步骤(4)中得到的固液混合物转移到压滤机中进行固液分离，得到的滤渣进行清洗干燥后用于生产含氟涂料，得到的溶液采用蒸发的方式分离溶质和溶剂，溶质可用作生产聚酯的单体或是合成其它化工产品的原料，溶剂可回收后继续用于步骤(4)的背板降解。
2.根据权利要求1所述的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中划线的具体做法为采用美工刀沿焊带方向在背板面划5～10条线，且两条线之间的间隔为10～20cm。
3.根据权利要求1所述的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用加热台或层压机进行加热时，控制加热温度为120～150℃，加热时间为5～30min，加热时压力为0.2～1个大气压。
4.根据权利要求1所述的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中醇解类试剂包括甲醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、1，4丁二醇及三元醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中催化剂为醋酸盐类催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种报废晶体硅光伏组件用绝缘背板无害化处理方法，其特征在于：所述报废背板为报废组件拆卸下来的背板或者组件加工中的报废背板。
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