CN111790723A - 完整玻璃光伏组件的回收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种完整玻璃光伏组件的回收方法，包括：采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板；加热软化EVA材料；剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃；将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；加热颗粒状的混合物，气化EVA材料，使硅片和金属焊带呈相互分离状态；筛分呈分离状态的硅片和金属焊带，分别回收硅片与金属焊带。本发明还公开了一种完整玻璃光伏组件的回收装置。本发明通过采用机械、热分解相结合的联合分离方式对完整玻璃光伏组件进行回收，实现了光伏组件中单一组分的充分分离，由于事先对玻璃进行了剥离，因此降低了后续回收过程中的单体分离难度，且不会产生影响环境的废气，降低了分离难度、运营成本低，且回收率高。

Description

完整玻璃光伏组件的回收方法及装置
技术领域
本发明涉及光伏产品回收技术领域，尤其涉及一种完整玻璃光伏组件的回收方法及装置。
背景技术
我国从2015年开始成为全球光伏发电装机容量和发电量最大的国家。光伏组件使用寿命约为20～25年，寿命到期后光伏组件的回收处理将是未来面临的重大难题。从2020年开始我国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。到2030年，光伏组件的回收规模将达到60GW，约450 万吨光伏板。组件中含有铜、铝、锡和银等有价金属和太阳能级硅等，具有相当高的回收价值和经济价值。庞大的光伏组件装机量也使得开发光伏组件回收处理技术与装备的开发成为亟待解决的难题。
目前，光伏组件的处理方法有无机酸溶解法、有机溶剂溶解法、热处理法、机械处理法和联合处理法等。无机酸溶解法可保持硅片的完整性，但无法保证有价金属的回收率，且操作过程中会产生需要进行尾气处理的氮氧化物；有机溶剂溶解法所需时间较长，会产生大量有机废溶剂，对环境和水体有严重污染；热处理法可将光伏组件中的电池、玻璃和边框等单体解离，还需要其他方法进行分离；机械分离法先将组件铝边框与接线盒拆除，随后粉碎无框组件，分离涂锡焊带与玻璃颗粒，剩下的部分再进行研磨，用静电分离方法得到金属、硅粉末、背板颗粒和EVA(Ethylene Vinyl Acetate，即乙烯-乙酸乙烯共聚物)颗粒，该法最终得到的是不同材料的混合物，未能实现单一组分的充分分离，而且，由于完整玻璃的光伏组件的玻璃并没有破碎，采用现有的机械破碎方法必将导致破碎玻璃的分离难度的增大。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种完整玻璃光伏组件的回收方法及装置，克服了现有的光伏组件的处理方法的缺陷，可以实现光伏组件中单一组分的充分分离，且不会产生影响环境的废气，降低了分离难度、运营成本低，且回收率高。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种完整玻璃光伏组件的回收方法，包括：
采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板；
加热软化EVA材料；
剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃；
将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；
加热颗粒状的混合物，气化EVA材料，使硅片和金属焊带呈相互分离状态；
筛分呈分离状态的硅片和金属焊带，分别回收硅片与金属焊带。
作为其中一种实施方式，所述加热软化EVA材料的步骤包括：
在密闭的加热室内对光伏组件进行预加热，预加热温度为200～225℃，加热时长为10～12分钟。
作为其中一种实施方式，所述剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃的步骤包括：
在多个部位吸取完整玻璃的外表面；
朝垂直于完整玻璃的方向向外分离完整玻璃。
作为其中一种实施方式，所述剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃的步骤还包括：
加热剥离刀；
将剥离刀从光伏组件的端部插入玻璃与所述EVA材料之间，直至整片完整玻璃与所述EVA材料完全分离。
作为其中一种实施方式，所述采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板的步骤还包括：
拆除前，将完整玻璃光伏组件进行清洗，去除组件表面粘附的泥沙、杂草杂物，使附着在光伏组件上的泥砂、杂草杂物残留的质量分数不高于全部杂物的1％。
作为其中一种实施方式，所述将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物的步骤包括：
使剥离完整玻璃后的光伏组件进入下破碎辊和上破碎辊之间，沿相反方向转动所述下破碎辊和所述上破碎辊，使剥离完整玻璃后的光伏组件呈颗粒状。
作为其中一种实施方式，所述将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物的步骤包括：
使剥离完整玻璃后的光伏组件依次进入多对下破碎辊和上破碎辊之间，沿相反方向转动所述下破碎辊和所述上破碎辊；
其中，沿光伏组件的传输方向，各对下破碎辊和上破碎辊之间的间隔逐渐减小。
作为其中一种实施方式，所述加热颗粒状的混合物，气化EVA材料的步骤中，加热温度为500～520℃，加热时长为20～25分钟。
本发明的另一目的在于提供一种完整玻璃光伏组件的回收装置，包括机械分离室、破碎机构、加热室、筛分机构、玻璃分离机构以及传送机构，所述传送机构用于依次在所述机械分离室、所述玻璃分离机构、所述破碎机构、所述加热室、所述筛分机构之间传输物料；所述机械分离室用于采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板；所述玻璃分离机构用于分离拆除接线盒、金属边框和背板后的光伏组件表面的完整玻璃，包括预热室和设于所述预热室内的真空吸盘组件、加热块，所述加热块用于对光伏组件加热，所述真空吸盘组件用于在EVA材料加热软化后分离完整玻璃；所述破碎机构用于将分离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；所述加热室用于加热气化EVA材料，所述筛分机构用于分离硅片与金属焊带。
作为其中一种实施方式，所述玻璃分离机构还包括剥离刀，所述剥离刀用于在加热后插入玻璃与EVA材料之间，以使EVA材料与玻璃脱离。
本发明通过采用机械、热分解相结合的联合分离方式对完整玻璃光伏组件进行回收，并采用以机械分离方式为主、热处理方式为辅的拆解回收方式，依次分离出接线盒、金属边框、背板、EVA材料、金属焊带以及硅片与玻璃，实现了光伏组件中单一组分的充分分离，且不会产生影响环境的废气，工艺简单、运营成本低，且回收率高。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种完整玻璃光伏组件的回收方法的流程框图；
图2为本发明实施例1的一种完整玻璃光伏组件在粉碎前的机械分离方式示意图；
图3为本发明实施例2的一种完整玻璃光伏组件的回收装置的结构示意图；
图中标号说明如下：
1-机械分离室；2-破碎机构；3-加热室；4-筛分机构；5-玻璃分离机构；6- 传送机构；50-预热室；51-真空吸盘组件；52-加热块；53-剥离刀；211-下破碎辊；212-上破碎辊；P-完整玻璃光伏组件。
具体实施方式
在本发明中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例的完整玻璃光伏组件的回收方法可用于对表面玻璃较完整、未出现玻璃破损的光伏组件进行回收，可以回收整片的完整玻璃，避免玻璃粉碎对于回收工艺难度的影响。参阅图1，本实施例的完整玻璃光伏组件的回收方法主要包括：
S01、采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板。
S02、加热软化EVA材料。
S03、剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃。
S04、将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物。
S05、加热颗粒状的混合物，气化EVA材料，使硅片和金属焊带呈相互分离状态。
S06、筛分呈分离状态的硅片和金属焊带，分别回收硅片与金属焊带。
本实施例在拆除接线盒、金属边框和背板、完整玻璃时采用机械分离法实现，然后将其余结构粉碎为颗粒状，接着将颗粒状混合物中的作为层间结合材料的EVA材料通过加热气化而去除，获得呈相互分离状态的硅片与金属焊带，这些分离状态的结构再通过筛分分离，即可获得分离硅片与金属焊带而分别回收。整个回收过程不会用到无机或有机溶剂，也不会产生有害废气，因此不会造成环境污染，而且工艺简单，可操作性强，各自材料的单体均可单独分离，最终的回收率高。
具体地，如图2所示，本实施例进一步给出了各步骤优选的具体的实现方式，可以理解的是，这些优选的实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围，本领域的技术人员根据该实施方式可以结合本领域的各自技术手段做出替换或改进。
(1)在步骤S01中，采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板。
如图2所示，具体地，该步骤可以包括：
S011、清洗：将完整玻璃光伏组件进行清洗，去除组件表面粘附的泥沙、杂草等杂物，使附着在光伏组件上的泥砂、杂草等杂物残留含量(质量分数) 不高于全部杂物的1％，不会影响光伏组件各组分的后续回收。
S012、拆除接线盒：将清洗后的完整玻璃光伏组件采用机械法拆除接线盒。这里，拆除接线盒的方式可以采用带机器视觉定位的拆盒工具完成，拆盒工具包括用于捕捉接线盒位置的图像传感器、微控制芯片、用于夹紧固定完整玻璃光伏组件的夹具以及用于夹紧并拆除接线盒的机械手，当图像传感器检测到接线盒相对于夹具平台的相对位置坐标时，微控制芯片控制机械手移动至指定位置并拆下接线盒。
S013、拆除金属边框：将拆除接线盒后的光伏组件采用机械法拆除金属边框。
在该步骤中，还需要同时清除光伏组件的背板面四周与金属边框之间填充的硅胶，使得附着在光伏组件背板面上的硅胶残留厚度不超过0.2mm，以免给后续的回收带来不必要的杂质。
S014、拆除背板。
拆除接线盒和金属边框后，光伏组件表面还具有背板，背板的清除可以采用磨削机构，如砂轮，通过逐层磨削去除，露出背板底部的玻璃，该玻璃通常为钢化玻璃。采用此种磨削方式，背板材料的去除率可达到95％以上，且对玻璃不产生破坏。
(2)在步骤S02中，需要将拆除接线盒、金属边框和背板后的完整玻璃光伏组件进行加热，软化完整玻璃与电池板之间的EVA材料。
该过程可以在密闭的加热室内进行，实现对EVA材料的预加热，其目的并不在于分离EVA材料，而在于分离出完整玻璃，预加热温度优选为200～225℃，加热时长为10～12分钟。预加热完成后，EVA材料与完整玻璃之间的结合力减弱，从而可以方便完整玻璃的剥离。
(3)在步骤S03中，预加热完成后，完整玻璃的剥离可以利用真空吸盘实现，具体是：
首先，利用真空吸盘在多个部位吸取完整玻璃的外表面，然后，朝垂直于完整玻璃的方向向外分离完整玻璃。
有时，EVA材料与完整玻璃仍然存在一定的结合力，剥离可能不太顺畅，步骤S02在采用吸盘吸取完整玻璃前，还可以进一步地包括：
加热剥离刀；
将剥离刀从光伏组件的端部插入玻璃与所述EVA材料之间，直至整片完整玻璃与所述EVA材料完全分离。如此，即可利用吸盘轻松取走整片完整玻璃。
(4)在步骤S04中，需要将拆除完整玻璃后的完整玻璃光伏组件粉碎为颗粒状的混合物。
该步骤具体可以包括：
使剥离完整玻璃后的光伏组件进入相对布置的下破碎辊和上破碎辊之间，沿相反方向转动下破碎辊和上破碎辊，即可使剥离完整玻璃后的光伏组件被碾碎呈颗粒状。
为提高粉碎效果，破碎处理的步骤具体可分多步实现，包括：
粗碎预处理：利用间距较大的下破碎辊和上破碎辊对剥离完整玻璃后的光伏组件进行粉碎，形成粗碎颗粒。
细碎处理：利用间距较大的下破碎辊和上破碎辊，对粗碎颗粒再次粉碎。
为实现该过程，只需使得沿光伏组件的传输方向，各对下破碎辊和上破碎辊之间的间隔逐渐减小，使剥离完整玻璃后的光伏组件依次进入多对下破碎辊和上破碎辊之间，沿相反方向转动每对下破碎辊和上破碎辊即可。
(5)在步骤S05中，需要加热粉碎后的颗粒状的混合物，气化其中的EVA 材料，使硅片和金属焊带呈相互分离状态。
在气化EVA材料的过程中，将步骤S02中得到的颗粒状的混合物在加热温度为500～520℃的环境下加热为20～25分钟，从而通过热分解气化EVA，使硅片和铜锡焊带单体呈分离状。
(6)在步骤S06中，通过筛分呈分离状态的硅片与金属焊带，分别回收硅片与金属焊带即可。
该筛分步骤具体可以根据硅片与金属焊带密度特性，采取离心筛、回转筛、重力沉降分离等方式进行分离。
经过上述机械分离、热软化剥离、热分解气化及筛分过程，完整玻璃光伏组件中的各自材料的单体均实现了单独分离，实现了较高的回收率，而且避免了玻璃材料对于后续回收过程的影响。
实施例2
如图3所示，本实施例的完整玻璃光伏组件的回收装置主要包括机械分离室1、破碎机构2、加热室3、筛分机构4、玻璃分离机构5以及传送机构6，其中，传送机构6作为整个装置的传送部分，用于依次在机械分离室1、玻璃分离机构5、破碎机构2、加热室3、筛分机构4之间传输物料，机械分离室1用于采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板，玻璃分离机构5用于分离拆除接线盒、金属边框和背板后的光伏组件表面的完整玻璃，包括预热室50和设于预热室50内的真空吸盘组件51、加热块52，加热块52用于对光伏组件加热，真空吸盘组件51用于在EVA材料加热软化后分离完整玻璃；破碎机构2用于将分离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；加热室3用于加热气化 EVA材料，筛分机构4用于分离硅片与金属焊带。
玻璃分离机构5除了包括真空吸盘组件51、加热块52外，还包括剥离刀 53，剥离刀53用于在加热后插入玻璃与EVA材料之间，以使EVA材料与玻璃脱离，便于真空吸盘组件51取走完整玻璃。剥离刀53的加热，也可以利用加热块52实现。
具体地，机械分离室1包括用于放置并固定完整玻璃光伏组件P的工作台和用于拆除接线盒、金属边框、背板的治具，例如，拆除接线盒的治具可以是拆盒工具，包括用于捕捉接线盒位置的图像传感器、微控制芯片、用于夹紧固定完整玻璃光伏组件的夹具以及用于夹紧并拆除接线盒的机械手，当图像传感器检测到接线盒相对于夹具平台的相对位置坐标时，微控制芯片控制机械手移动至指定位置并拆下接线盒。拆除金属边框的治具可以包括钳体，当完整玻璃光伏组件P的背板被夹具固定在工作台上后，可以利用钳体夹取并拆除金属边框。拆除背板的治具可以是悬于工作台上方的磨削机构，通过使拆除接线盒、金属边框后的光伏组件的背板朝上，利用磨削机构接触并磨削掉背板层，即可实现背板的清除。机械分离室1内还可以设置有清洗池，在拆除接线盒、金属边框、背板前后，都可以利用该清洗池清洗光伏组件，可以在机械拆除前去除组件表面粘附的泥沙、杂草等杂物，也可以在机械拆除后清洗组件表面附着的粉尘碎屑等杂质。
传送机构6可以采用辊式传送结构进行物理传送，破碎机构2可以将剥离完整玻璃后的光伏组件破碎为颗粒状的混合物。具体地，破碎机构2主要包括下破碎辊211和上破碎辊212，下破碎辊211和上破碎辊212间隔地正对设置，二者的表面均凸设有破碎齿，当传送机构6传送过来的光伏组件进入下破碎辊 211和上破碎辊212之间时，下破碎辊211和上破碎辊212在转动的过程中通过挤压的方式将光伏组件碾碎为细小的颗粒物。优选地，多对下破碎辊211和上破碎辊212间隔地布置在光伏组件的传输路径上，且位于传输路径下游的下破碎辊211和上破碎辊212之间的间隔小于位于传输路径上游的下破碎辊211和上破碎辊212之间的间隔，使得光伏组件被经过多次破碎且粒径依次变小，具有较好的破碎效果。可以理解的是，破碎组件也可以是其他方式的破碎结构，例如，脉冲式粉碎装置，冲击式粉碎装置等。上游的一部分下破碎辊211和上破碎辊212配合实现完整玻璃光伏组件的粗碎预处理，形成粗碎颗粒，粗碎颗粒的粒径范围d3满足d3＜50mm，下游的一部分下破碎辊211和上破碎辊212 配合实现完整玻璃光伏组件的细碎处理，细碎处理后的细碎颗粒的粒径范围d4满足d4＜15mm。
接着，在破碎机构2下游的是加热室3，破碎形成的由硅片、金属焊带及 EVA材料组成的混合物在此进行高温加热，加热室3内的加热温度为 500～520℃，加热20～25分钟后，EVA材料被热分解气化，留下呈分离状的硅片和铜锡焊带单体。
本发明通过采用机械、热分解相结合的联合分离方式对完整玻璃光伏组件进行回收，并采用以机械分离方式为主、热处理方式为辅的拆解回收方式，依次分离出接线盒、金属边框、背板、EVA材料、金属焊带以及硅片与玻璃，实现了光伏组件中单一组分的充分分离，且不会产生影响环境的废气，由于事先对玻璃进行了剥离，因此降低了后续回收过程中的单体分离难度，且回收率高，各单体的回收率均可达90％以上。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，包括：
采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板；
加热软化EVA材料；
剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃；
将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；
加热颗粒状的混合物，气化EVA材料，使硅片和金属焊带呈相互分离状态；
筛分呈分离状态的硅片和金属焊带，分别回收硅片与金属焊带。
2.根据权利要求1所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述加热软化EVA材料的步骤包括：
在密闭的加热室内对光伏组件进行预加热，预加热温度为200～225℃，加热时长为10～12分钟。
3.根据权利要求2所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃的步骤包括：
在多个部位吸取完整玻璃的外表面；
朝垂直于完整玻璃的方向向外分离完整玻璃。
4.根据权利要求3所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述剥离完整玻璃光伏组件表面的完整玻璃的步骤还包括：
加热剥离刀；
将剥离刀从光伏组件的端部插入玻璃与所述EVA材料之间，直至整片完整玻璃与所述EVA材料完全分离。
5.根据权利要求1所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板的步骤还包括：
拆除前，将完整玻璃光伏组件进行清洗，去除组件表面粘附的泥沙、杂草杂物，使附着在光伏组件上的泥砂、杂草杂物残留的质量分数不高于全部杂物的1％。
6.根据权利要求1所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物的步骤包括：
使剥离完整玻璃后的光伏组件进入下破碎辊(211)和上破碎辊(212)之间，沿相反方向转动所述下破碎辊(211)和所述上破碎辊(212)，使剥离完整玻璃后的光伏组件呈颗粒状。
7.根据权利要求6所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述将剥离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物的步骤包括：
使剥离完整玻璃后的光伏组件依次进入多对下破碎辊(211)和上破碎辊(212)之间，沿相反方向转动所述下破碎辊(211)和所述上破碎辊(212)；
其中，沿光伏组件的传输方向，各对下破碎辊(211)和上破碎辊(212)之间的间隔逐渐减小。
8.根据权利要求1～7任一所述的完整玻璃光伏组件的回收方法，其特征在于，所述加热颗粒状的混合物，气化EVA材料的步骤中，加热温度为500～520℃，加热时长为20～25分钟。
9.一种完整玻璃光伏组件的回收装置，其特征在于，包括机械分离室(1)、破碎机构(2)、加热室(3)、筛分机构(4)、玻璃分离机构(5)以及传送机构(6)，所述传送机构(6)用于依次在所述机械分离室(1)、所述玻璃分离机构(5)、所述破碎机构(2)、所述加热室(3)、所述筛分机构(4)之间传输物料；所述机械分离室(1)用于采用机械分离法拆除接线盒、金属边框和背板；所述玻璃分离机构(5)用于分离拆除接线盒、金属边框和背板后的光伏组件表面的完整玻璃，包括预热室(50)和设于所述预热室(50)内的真空吸盘组件(51)、加热块(52)，所述加热块(52)用于对光伏组件加热，所述真空吸盘组件(51)用于在EVA材料加热软化后分离完整玻璃；所述破碎机构(2)用于将分离完整玻璃后的光伏组件粉碎为颗粒状的混合物；所述加热室(3)用于加热气化EVA材料，所述筛分机构(4)用于分离硅片与金属焊带。
10.根据权利要求9所述的完整玻璃光伏组件的回收装置，其特征在于，所述玻璃分离机构(5)还包括剥离刀(53)，所述剥离刀(53)用于在加热后插入玻璃与EVA材料之间，以使EVA材料与玻璃脱离。
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