CN111438161A - 一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法，所述光伏组件拆除边框及接线盒后得到光伏电池层压件，该方法包括以下步骤：(1)将所述光伏电池层压件粉碎成颗粒物；(2)将所述颗粒物加入至有机溶剂中，超声并搅拌，同时使得有机溶剂回流，处理结束后，停止有机溶剂的回流，得到含背板的上层漂浮物、含EVA胶的水溶物以及含玻璃和电池片的底层沉淀物，完成解离。与现有技术相比，本发明的方法成本低，且解离效果好。

Description

一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法
技术领域
本申请涉及光伏组件回收技术领域，具体涉及一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法。
背景技术
随着石化能源的日益减少，世界各国都在寻求可以替代石化能源的新能源，太阳能就是一种重要的新能源。目前，在太阳能的利用方法中，通过光伏组件进行发电是应用最广泛的。光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。光伏组件一般包括八大主材和四大辅材，其中，八大主材包括电池片、焊带、玻璃、EVA、背板、硅胶、铝边框和接线盒，四大辅材包括助焊剂、灌封胶、标签和包材。
光伏组件的理论寿命约为25年，在维护良好的情况下，部分光伏组件的寿命甚至可达40年。不过，由于早期的光伏组件在生产等过程中的条件不成熟，早期光伏组件并不会有如此长的服役时间。按照最早一批的光伏机组推算，到2030年中国或将现光伏废弃高峰，含有重金属及有机物的报废光伏板会变成电子垃圾。如果不妥善处理，将给环境带来巨大的污染，与发展清洁能源的初衷背道而驰。到2030年，中国废弃的光伏组件可以产生约145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。
现有的光伏组件回收分离方法，一般通过特定的溶剂通过高温溶解来实现，该方法成本较高，且回收效率低。因此，本领域迫切需要开发一种安全、高效的光伏组件解离方法。
发明内容
本申请的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全、高效的光伏组件解离方法。
为了实现本申请之目的，本申请提供以下技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法，所述光伏组件拆除边框及接线盒后得到光伏电池层压件，该方法包括以下步骤：
(1)将所述光伏电池层压件粉碎成颗粒物；
(2)将所述颗粒物加入至有机溶剂中，超声并搅拌，同时使得有机溶剂回流，处理结束后，停止有机溶剂的回流，得到含背板的上层漂浮物、含EVA胶的水溶物以及含玻璃和电池片的底层沉淀物，完成解离。
在本申请中，光伏组件经过边框及接线盒的拆除之后，光伏电池层压件中主要还有电池片、焊带、玻璃、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、背板，其中EVA用于将电池片、玻璃和背板粘结在一起，焊带焊接在电池片内。EVA聚合物是比较稳定的高分子，在一般的环境中能稳定存在很长时间。但在非极性溶剂，如甲苯，中，EVA会发生溶解或溶胀，组件失去与玻璃，电池和背板的结合力。本发明采用超声的技术，大大加速了非极性溶剂对EVA的溶胀过程，且不需要很高的温度，是一种经济环保的组件颗粒物解离方案。
在第一方面的一种实施方式中，所述颗粒物的粒径≤5cm。优选的，颗粒物的粒径≤3cm。更优选的，颗粒物的粒径在1cm左右。
在第一方面的一种实施方式中，所述有机溶剂为非极性溶剂，优选为甲苯、苯、环己烷、氯仿或二氯代苯中的一种或多种混合物。更优选的，所述有机溶剂包括甲苯、苯或邻二氯苯中的一种或多种混合物。最优选的，所述有机溶剂为甲苯。本申请采用非极性溶剂，对EVA有较好的溶胀能力。
在第一方面的一种实施方式中，所述超声的超声功率为25-120kHz，优选为50-100kHz。
在第一方面的一种实施方式中，所述超声的超声强度可为100-3000W/m2，优选地为100-500W/m2。
在第一方面的一种实施方式中，在处理过程中，所述有机溶剂的温度为50～200℃。优选的，所述有机溶剂的温度为有机溶剂的沸点。如甲苯110摄氏度，苯80摄氏度，二氯代苯180摄氏度。如果为混合物，则优选为共沸点温度。在沸点温度条件下，溶剂的溶解能力最强，且不需要加压达到更高的温度，属于常压下最好的选择
在第一方面的一种实施方式中，所述处理的时间为1～12h。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
(1)采用常见的有机溶剂，进行超声、搅拌、回流等基本操作就能实现分离，成本低；
(2)本申请所得上层漂浮物中基本为背板，底层沉淀物中基本为电池片和玻璃，背板、电池片和玻璃上附着的高分子含量低于5％，符合光伏组件解离要求。
附图说明
图1为本申请方法所用设备的示意图；
图2实施例1中底层沉淀物热失重分析结果。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。
以下将描述本申请的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本申请的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本申请的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本申请的保护范围之内。
传统的光伏组件解离方法成本较高且分离能力较差，在本申请中，所述解离方法包括以下步骤：
(1)光伏层压件件破碎至5cm以下颗粒(优选为1cm以下)；
(2)将破碎颗粒加入非极性有机溶剂(如甲苯，苯，氯仿，二氯代苯等，及其混合溶剂中)的液槽中，在50-200摄氏度下，不断搅拌，同时对整个液槽加入超声。有机溶剂不断回流以避免损失。这样条件处理一段时间后，EVA完全溶解进入溶剂体系中。EVA作为层压件的联合胶，他的溶解使得背板，硅片，玻璃解离。将最底下的硅片，玻璃，悬浮的背板，以及溶解的EVA分别回收，进入后续回收。
其中，有机溶剂优选为甲苯，邻二氯苯，苯及其混合物。
处理温度为50-200℃，优选为溶剂的沸点，如甲苯110℃，苯80℃，二氯代苯180℃。如果有机溶剂为混合物，则处理温度优选为共沸点温度。
超声功率为25-120khz，优选为50-100khz。超声强度可为100-3000W/m2，优选地为100-500W/m2。
处理时间为1～12h，取决于EVA的交联度，粉碎颗粒的大小，以及温度。
实施例
下面将对本申请的实施例作详细说明，本实施例在以本申请技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本申请的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种光伏组件的解离方法，包括如下步骤：
将回收的晶硅光伏组件，机械去除掉铝边框和接线盒，剩余部分用齿轮破碎机破碎至1cm大小颗粒。
取2kg颗粒加入到含有50L甲苯的甲苯液槽中，加热至110℃，将甲苯液槽放置在超声池中，并持续施加800W/m2超声，搅拌2小时，同时甲苯液槽中的甲苯进行回流，其使用的装置如图1所示。
处理结束后，自然冷却，将有机溶剂(EVA的甲苯溶液)，和底层沉淀(玻璃与电池碎片)分开。分别干燥后获得约1.4kg沉底固体，200g悬浮背板材料。EVA的甲苯溶液，经减压蒸馏获得约350g固体(为EVA高分子材料)。
所获得的沉底固体经热失重分析，其结果如图2所示，其中高分子含量低于5％，达到了将组件成分分离的效果。
实施例2
一种光伏组件的解离方法，由如下步骤组成：(1)将2kg光伏电池层压件件破碎至5cm以下颗粒；(2)取2kg颗粒加入到含有50L苯的苯液槽中，加热至80℃，将苯液槽放置在超声池中，并持续施加500W/m2超声，搅拌8小时，同时苯液槽中的苯进行回流；(3)处理结束后，自然冷却，将有机溶剂(EVA的苯溶液)，和底层沉淀(玻璃与电池碎片)分开，实现解离。
最终得到背板220g，玻璃和电池片共1390g，经热失重分析，所得背板、玻璃及电池片表面的高分子含量低于5％。
实施例3
一种光伏组件的解离方法，由如下步骤组成：(1)将2kg光伏电池层压件件破碎至1cm以下颗粒；(2)取2kg颗粒加入到含有50L邻二氯苯的液槽中，加热至180℃，将液槽放置在超声池中，并持续施加1000W/m2超声，搅拌1小时，同时液槽中的邻二氯苯进行回流；(3)处理结束后，自然冷却，将有机溶剂(EVA的邻二氯苯)，和底层沉淀(玻璃与电池碎片)分开，实现解离。
最终得到背板210g，玻璃和电池片共1381g，经热失重分析，所得背板、玻璃及电池片表面的高分子含量低于5％。
实施例4
一种光伏组件的解离方法，由如下步骤组成：(1)将2kg光伏电池层压件件破碎至3cm以下颗粒；(2)取2kg颗粒加入到含有50L氯仿的液槽中，加热至61℃，将液槽放置在超声池中，并持续施加100W/m2超声，搅拌12小时，同时液槽中的氯仿进行回流；(3)处理结束后，自然冷却，将有机溶剂(EVA的氯仿溶液)，和底层沉淀(玻璃与电池碎片)分开，实现解离。
最终得到背板206g，玻璃和电池片共1366g，经热失重分析，所得背板、玻璃及电池片表面的高分子含量低于5％。
实施例5
一种光伏组件的解离方法，由如下步骤组成：(1)将2kg光伏电池层压件件破碎至3cm以下颗粒；(2)取2kg颗粒加入到含有50L有机溶剂的液槽中，其中有机溶剂为苯和甲苯的混合物，苯和甲苯的质量比为1:1；加热至93℃(两者混合物的共沸温度)，将液槽放置在超声池中，并持续施加600W/m2超声，搅拌7小时，同时液槽中的有机溶剂进行回流；(3)处理结束后，自然冷却，将有机溶剂(EVA在甲苯和苯中的混合溶液)，和底层沉淀(玻璃与电池碎片)分开，实现解离。
最终得到背板210g，玻璃和电池片共1402g，经热失重分析，所得背板、玻璃及电池片表面的高分子含量低于5％。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种通过化学溶剂法分离光伏组件的方法，所述光伏组件拆除边框及接线盒后得到光伏电池层压件，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将所述光伏电池层压件粉碎成颗粒物；
(2)将所述颗粒物加入至有机溶剂中，超声并搅拌，同时使得有机溶剂回流，处理结束后，停止有机溶剂的回流，得到含背板的上层漂浮物、含EVA胶的水溶物以及含玻璃和电池片的底层沉淀物，完成解离。
2.如权利要求1所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述颗粒物的粒径≤5cm。
3.如权利要求1所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述有机溶剂为非极性溶剂。
4.如权利要求3所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述有机溶剂为非极性溶剂包括甲苯、苯、环己烷、氯仿或二氯代苯中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲苯、苯、环己烷或邻二氯苯中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述超声的超声功率为25-120kHz，优选为50-100kHz。
7.如权利要求6所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述超声的超声强度可为100-3000W/m2，优选地为100-500W/m2。
8.如权利要求1所述的光伏组件解离方法，其特征在于，处理过程中，所述有机溶剂的温度为50～200℃。
9.如权利要求8所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述有机溶剂的温度为有机溶剂的沸点。
10.如权利要求1所述的光伏组件解离方法，其特征在于，所述处理的时间为1～12h。
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