CN111632994A - 基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法，方法中，预处理废弃太阳能电池板，拆除金属边框、电缆和逆变器的太阳能电池片机械切割为预定尺寸和预定重量的块状太阳能电池片，块状太阳能电池片放入高压脉冲水中放电腔体中，注入浸没放电电极和块状太阳能电池片的水，调整放电电极的电极间距并设置放电参数，响应于脉冲电压，放电电极之间在水中产生脉冲放电以破碎块状太阳能电池片，滤网过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物，太阳能电池片破碎固体混合物在预定温度下烘干和筛分，大于预定粒径的太阳能电池片破碎固体混合物重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池板资源化回收技术领域，特别是一种基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法。
背景技术
近年来，得益于光伏产业政策体系的建立，发展环境不断优化，特别是分布式光伏、“光伏+”应用和光伏扶贫的大力推广，太阳能发电技术高速发展。随着装机容量的不断增加，废弃的太阳能电池板数目也相应增长，预测到2050年，我国废弃光伏组件将达2000万吨，回收总量较大。另外废弃的太阳能电池板也是资源宝库，资源化回收利用具有可观的经济效益。如何对太阳能电池板进行合理地资源化回收是迫切需要解决的一个关键问题。
目前废弃太阳能电池板的回收规模较小，回收时常采用主要为机械、化学、热处理方式，单纯的机械处理方式破碎程度较低，无法有效分离有价值的组分，热处理方式能耗较大，在处理时容易产生废气，化学处理耗费大量化学试剂，处理完毕后遗留的废液对环境造成了极大的威胁。水中高压脉冲放电技术是具有广阔应用前景的新兴技术，应用已深入到工程和工业领域并且取得了很大的经济效益。目前已有学者将液电效应应用于废旧印刷电路板的拆解，取得了很好的破碎效果，与机械破碎相比具有明显的能耗优势。
综上所述，针对太阳能电池板的资源化回收难题，寻找一种高效、清洁、资源化利用率高的回收方法具有重要的意义。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提出一种基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法，以实现废弃太阳能电池板中金属边框、玻璃、硅、金属以及高聚物的资源化回收。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法包括以下步骤：
第一步骤中，预处理废弃太阳能电池板，拆除金属边框、电缆和逆变器的太阳能电池片机械切割为预定尺寸和预定重量的块状太阳能电池片；
第二步骤中，块状太阳能电池片放入高压脉冲水中放电腔体中，注入浸没放电电极和块状太阳能电池片的水，调整放电电极的电极间距并设置放电参数，响应于脉冲电压，放电电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述块状太阳能电池片，滤网过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物，
第三步骤中，所述太阳能电池片破碎固体混合物在预定温度下烘干和筛分，大于预定粒径的太阳能电池片破碎固体混合物重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎，筛分太阳能电池片破碎固体混合物以回收高聚物，随后依次通过分离方法回收其中的玻璃、金属和硅粉。
所述的方法中，第一步骤中，预定尺寸在30mm×30mm-90mm×90mm之间，本尺寸范围可保证在相对较低的能耗下获得更好地破碎效果，预定重量为5kg-8kg。
所述的方法中，第二步骤中，电极间距为5cm-40cm，在本电极间距范围，水中脉冲放电通道更易于形成与发展。。
所述的方法中，放电参数包括脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数，预定幅值为0-500kV，频率1-200Hz，脉宽数百ns-ms，放电次数为1-5000次，该参数范围可满足多尺寸、多种类太阳能电池板的回收要求。
所述的方法中，第二步骤中，滤网为300-500目，滤除水中悬浮物，过滤后的水注入放电腔体中循环使用。
所述的方法中，第三步骤中，为保证高聚物性能与完整性，预定温度为80-100℃，预定粒径为10mm-15mm，在4mm-8mm的粒径范围内回收高聚物，高聚物包括背板和胶膜，余下的混合粉末依次通过静电分离和重力分选以回收玻璃、金属和硅粉。
所述的方法中，放电电极中的一个电极与放电腔体中的水平面具有预定夹角，预定夹角为20-60度，使得物料易于因重力作用发生移动。
所述的方法中，放电电极中的多组高压电极和地电极之间的距离依次等差递减，因筛网存在倾斜夹角而移动的物料可在更小的间距下进一步破碎。
所述的方法中，所述放电腔体为双层结构，内层为绝缘层，外层为金属层，金属层接地。
所述的方法中，所述放电电极包括多个针电极和筛网状电极，便于收集样品的同时增大了放电体积。
本发明采用高压脉冲方式替代传统机械、热处理、化学方式进行层状结构的分离，大大降低了回收流程的能耗和废物排放，分离更为彻底，提高了有效组分的回收率，便于二次生产。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1为本发明一个实施例的基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法的步骤流程示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法包括，
第一步骤中，预处理废弃太阳能电池板，拆除金属边框、电缆和逆变器的太阳能电池片机械切割为预定尺寸和预定重量的块状太阳能电池片；
第二步骤中，块状太阳能电池片放入高压脉冲水中放电腔体中，注入浸没放电电极和块状太阳能电池片的水，调整放电电极的电极间距并设置放电参数，响应于脉冲电压，放电电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述块状太阳能电池片，滤网过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物，
第三步骤中，所述太阳能电池片破碎固体混合物在预定温度下烘干和筛分，大于预定粒径的太阳能电池片破碎固体混合物重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎，筛分太阳能电池片破碎固体混合物以回收高聚物，随后依次通过分离方法回收其中的玻璃、金属和硅粉。
所述的方法的优选实施方式中，第一步骤中，预定尺寸在30mm×30mm-90mm×90mm之间，预定重量为5kg-8kg。
所述的方法的优选实施方式中，电极间距为5cm-40cm。
所述的方法的优选实施方式中，放电参数包括脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数，预定幅值为0-500kV，频率1-200Hz，脉宽数百ns-ms，放电次数为1-5000次。
所述的方法的优选实施方式中，第二步骤中，滤网为300-500目，过滤后的水注入放电腔体中循环使用。
所述的方法的优选实施方式中，第三步骤中，预定温度为80-100℃，预定粒径为10mm-15mm，在4mm-8mm的粒径范围内回收高聚物，高聚物包括背板和胶膜，余下的混合粉末依次通过静电分离和重力分选以回收玻璃、金属和硅粉。
所述的方法的优选实施方式中，放电电极中的一个电极与放电腔体中的水平面具有预定夹角，预定夹角为20-60度。
所述的方法的优选实施方式中，放电电极中的多组高压电极和地电极之间的距离依次等差递减。
所述的方法的优选实施方式中，所述放电腔体为双层结构，内层为绝缘层，外层为金属层，金属层接地。
所述的方法的优选实施方式中，所述放电电极包括多个针电极和筛网状电极。
为了进一步理解本发明，在一个实施例中，方法包括预处理过程，水中脉冲放电破碎过程和后续分离处理过程，其中，
所述预处理过程包括以下步骤：将报废太阳能电池板的金属边框、电缆和逆变器拆除、修理并回收再利用，拆除金属边框、电缆和逆变器的太阳能电池片经过机械切割为等大小、适合脉冲破碎腔体尺寸的块状，尺寸在30mm×30mm-90mm×90mm之间。
所述中脉冲放电破碎过程包括以下步骤：不多于5kg-8kg的大小相等块状太阳能电池片放入水中脉冲放电腔体中，注入浸没放电电极和电池片的自来水，在5cm-40cm范围内调整电极间距，并设置放电参数，随后开始高压脉冲放电破碎最终得到太阳能电池片破碎混合产物，经过300-500目的滤网过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物与自来水，过滤后的自来水注入腔体中循环使用。
所述后续分离处理过程包括以下步骤：将太阳能电池片破碎固体混合物在不高于80-100℃的温度下烘干并进一步筛分，粒径大于10mm-15mm的大尺寸破碎混合物收集后重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎，在4mm-8mm的组分中直接回收背板、胶膜等高聚物，进行加工后二次回收再利用，余下的混合粉末依次通过静电分离和重力分选等物理分离方法回收其中的玻璃、金属和硅粉。
如图1所示，回收方法包括预处理过程，高压脉冲放电过程和后续分离处理过程。
进一步地，预处理过程包括以下步骤：将报废太阳能电池板1的金属边框2、电缆4和逆变器5拆除、修理并回收再利用，拆除金属边框2、电缆4和逆变器5的太阳能电池片3经过机械切割为等大小、适合脉冲破碎腔体尺寸的块状6，尺寸在30mm×30mm-90mm×90mm之间。
进一步地，高压脉冲放电破碎过程包括以下步骤：大小相等块状太阳能电池片6放入水中脉冲放电腔体中，注入自来水9，调整电极间距并设置放电参数，随后开始高压脉冲放电破碎最终得到太阳能电池片破碎混合产物7，过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物8与自来水9，过滤后的自来水注入腔体中循环使用。
进一步地，所述的高压脉冲放电破碎过程每次处理的太阳能电池片质量上限为5kg-8kg，电极间距调整范围为5cm-40cm，脉冲电压范围0-500kV，放电频率1-200Hz，过滤过程滤网为300-500目。
进一步地，后续分离处理过程包括以下步骤：将太阳能电池片破碎固体混合物8烘干、筛分，为保持组件完整，烘干温度最高温度在80-100℃，粒径不满足后续分离条件的大尺寸破碎混合物10收集后需重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎，后续分离条件为产物最大粒径在10mm-15mm以下，在4mm-8mm的组分中直接回收高聚物12，高聚物12一般包括背板和胶膜，属于可再生塑料，进行加工后二次回收再利用，余下的混合粉末11依次通过静电分离和重力分选等物理分离方法回收其中的玻璃13、金属14和硅粉15。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (10)
1.一种基于高压脉冲水中放电的废弃太阳能电池板的回收方法，所述方法包括以下步骤：
第一步骤中，预处理废弃太阳能电池板，拆除金属边框、电缆和逆变器的太阳能电池片机械切割为预定尺寸和预定重量的块状太阳能电池片；
第二步骤中，块状太阳能电池片放入高压脉冲水中放电腔体中，注入浸没放电电极和块状太阳能电池片的水，调整放电电极的电极间距并设置放电参数，响应于脉冲电压，放电电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述块状太阳能电池片，滤网过滤后得到太阳能电池片破碎固体混合物，
第三步骤中，所述太阳能电池片破碎固体混合物在预定温度下烘干和筛分，大于预定粒径的太阳能电池片破碎固体混合物重新放入脉冲放电腔体进行再次高压脉冲水中破碎，筛分太阳能电池片破碎固体混合物以回收高聚物，随后依次通过分离方法回收其中的玻璃、金属和硅粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤中，预定尺寸在30mm×30mm-90mm×90mm之间，本尺寸范围可保证在相对较低的能耗下获得更好地破碎效果，预定重量为5kg-8kg。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤中，电极间距为5cm-40cm，在本电极间距范围，水中脉冲放电通道更易于形成与发展。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，放电参数包括脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数，预定幅值为0-500kV，频率1-200Hz，脉宽数百ns-ms，放电次数为1-5000次，可以满足多种类、多尺寸太阳能电池板处理的条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤中，滤网为300-500目，滤除水中悬浮物，过滤后的水注入放电腔体中循环使用。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，第三步骤中，为保证高聚物性能与完整，预定温度为80-100℃，预定粒径为10mm-15mm，在4mm-8mm的粒径范围内回收高聚物，高聚物包括背板和胶膜，余下的混合粉末依次通过静电分离和重力分选以回收玻璃、金属和硅粉。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，放电电极中的一个电极与放电腔体中的水平面具有预定夹角，预定夹角为20-60度，使得物料易于因重力作用发生移动。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，放电电极中的多组高压电极和地电极之间的距离依次等差递减。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电腔体为双层结构，内层为绝缘层，外层为金属层，金属层接地。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述放电电极包括多个针电极和筛网状电极。
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