CN114505329A - 一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法。该方法，包括如下步骤：(1)拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件；(2)将核心组件放入第一热解炉中，设置第一热解炉热解温度，使玻璃板与电池片、电池片与TPT背板分别分离，获取核心组件的各个模块组件及未分解的EVA；(3)检查上述获得的玻璃板和电池片是否有EVA残留，对有EVA残留的模块组件放入第二热解炉中，设置第二热解炉热解温度，使残留的EVA完全分解，获得完整的玻璃板和电池片。本发明可回收接线盒、铝外框、完整的玻璃板和电池片，以及未分解的TPT背板，且避免化学法产生废液以及热处理法产生二次污染的弊端，简便清洁高效拆解光伏组件。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件的拆解技术领域，尤其涉及一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法。
背景技术
随着工业进程的加快和全球经济的不断发展，常规化石能源越来越不能满足人类的生存需求。太阳能作为一种储量丰富、可持续发展的清洁能源受到了各国的关注。尤其是采用光伏发电技术代替传统发电技术，因此在过去20年内，随着太阳能发电技术的不断更新、成本的逐年下降以及政府对光伏发电的大力支持，使得光伏产业在中国获得了突飞猛进的发展。由于光伏组件存在25～30年的使用寿命，20世纪90年代安装的光伏组件将相继进入报废期。因此，避免大量的资源浪费和环境污染问题，退役光伏组件的无害化和资源化回收成为亟待解决的问题。
现有的光伏组件回收方法包括物理法、化学处理法和热处理法。如使用物理切割、锤击、挤压和磨削等手段，将光伏组件粉碎为小的颗粒，然后对颗粒进一步分离，获得玻璃、硅和金属。但此方法无法回收完整的玻璃和硅晶片，且回收率较低。
化学处理法是通过有机溶剂或无机溶剂溶解封装材料EVA，达到玻璃板和电池片分离的效果，该方法对电池片损伤较小，有望无损回收硅晶片。但化学法存在溶剂消耗大、溶解速率低、溶解时间长和废液处理困难等缺点，无法大规模应用。
热处理法是通过高温加热是EVA分解，获取完整的玻璃板和电池片。但目前的高温加热方法存在加热不均匀的问题，容易导致电池片破碎，此外TPT背板也将在高温下分解，并产生含氟化合物，将对环境造成二次污染。
因此，建立一种可实现无损回收完整玻璃板和硅晶片的光伏组件拆解方法，对退役光伏组件的无害化和资源化回收处置具有重大意义。
发明内容
本发明解决了现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，该方法可回收接线盒、铝外框、完整的玻璃板和电池片，以及未分解的 TPT背板，且避免了化学法产生废液以及热处理法产生二次污染的弊端，简便清洁高效拆解光伏组件。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，包括如下步骤：
(1)通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)/电池片/EVA/TPT(聚氟乙烯复合膜)背板结构的核心组件；
(2)将步骤(1)得到的核心组件放入第一热解炉中，设置第一热解炉的热解温度，在该温度下使得核心组件中的封装材料EVA逐渐软化，待从第一热解炉中拿出冷却后，玻璃板与电池片、电池片与TPT背板分别分离，获取核心组件的各个模块组件以及未分解的EVA，所述的模块组件包括玻璃板、电池片和TPT背板；
(3)检查步骤(2)获得的玻璃板和电池片是否有EVA残留，对有EVA残留的模块组件(玻璃板和/或电池片)放入第二热解炉中，设置第二热解炉的热解温度，使得模块组件上残留的EVA完全分解，获得完整的玻璃板和电池片。
优选地，步骤(2)所述的第一热解炉的加热方式为微波加热、电辐射加热或燃料加热。
本发明中，第一热解炉和第二热解炉均使用链板炉，保证光伏组件的热分解过程的完整性，以及光伏组件的连续拆解。本发明通过低温热分层方法处理完核心组件后，通过剥离软化的EVA将玻璃板和电池片分离开来。由于残留在玻璃板和电池片上的EVA较少，且玻璃板和电池片处于单独热分解状态。在高温热分解过程中，避免了玻璃板和电池片的碎裂，从而得到完整的玻璃板和电池片，提高了退役光伏组件的回收价值。
进一步优选，所述的燃料加热的热量来自步骤(3)第二热解炉热解EVA产生的热解气。
优选地，步骤(2)所述的第一热解炉的气氛为空气气氛或者惰性气氛。
优选地，步骤(2)所述的第一热解炉的热解温度为70℃～200℃，热解时间为20～90min。第一热解炉的温度要避免TPT背板分解产生含氟化合物，造成二次污染，同时使使得核心组件中的封装材料EVA逐渐软化。
进一步优选，步骤(2)所述的第一热解炉的热解温度为150℃～200℃，热解时间为30～60 min。
优选地，步骤(3)所述的第二热解炉的气氛为惰性气氛或缺氧气氛，缺氧气氛时氧气含量小于10％。
优选地，步骤(3)所述的第二热解炉的热解温度为400℃～600℃，热解时间为10～60min。
进一步优选，步骤(3)所述的第二热解炉的热解温度为500℃～600℃，热解时间为10～30 min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明首先采用低温热分层方法处理核心组件，较之传统直接高温热分解方法，避免了TPT背板在高温分解下产生的污染性气体，从而减小二次污染。
2、本发明首先采用低温热分层方法处理核心组件，较之传统化学溶剂溶解法，未使用化学试剂，不会产生废液，二次污染小。
3、本发明在高温热分解阶段使用惰性气氛或缺氧气氛，可将残留EVA的热解气作为燃料用于热解炉供热，提高了处理过程的经济性。
4、本发明通过低温热分层方法处理完核心组件后，通过剥离软化的EVA将玻璃板和电池片分离开来。由于残留在玻璃板和电池片上的EVA较少，且玻璃板和电池片处于单独热分解状态。在高温热分解过程中，避免了玻璃板和电池片的碎裂，从而得到完整的玻璃板和电池片，提高了退役光伏组件的回收价值。
附图说明
图1是本发明一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法的流程示意图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。除特别说明，本发明使用的设备为本技术领域常规市购产品。本发明提出的机械手段指切割、磨削、锤击、挤压和粉碎等。
参阅图1，一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，包括如下步骤：
(1)机械拆解：通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。
(2)低温热分层：将上述核心组件放入第一热解炉中，设置第一热解炉的热解温度(低温)，在该温度下避免TPT背板分解产生含氟化合物，造成二次污染，核心组件中的封装材料EVA在该温度下逐渐软化，待从热解炉中拿出冷却后，可将玻璃板与电池片、电池片与TPT背板分别分离，获取核心组件的各个模块组件(玻璃板、电池片和TPT背板)以及未分解的EVA。
(3)残留EVA的高温热分解：检查上述获得的玻璃板和/或电池片是否有EVA残留，对有EVA残留的模块组件放入第二热解炉中，设置第二热解炉的热解温度(高温)，使得模块组件上残留的EVA在该温度下完全分解，获得完整的玻璃板和电池片。
本发明中步骤(2)和步骤(3)中的第一热解炉为链板炉。下述实施例中优选步骤(2)中第一热解炉的加热方式为微波加热、电辐射加热或燃料加热，当使用燃料加热时，可将步骤(3)中热解EVA产生的热解气作为燃料用于第一热解炉供热。步骤(2)中第一热解炉的气氛为空气气氛或者惰性气氛。下述实施例中，优选步骤(2)中第一热解炉的热解温度为70℃～200℃，加热时间为20～90min；进一步优选，热解温度为150℃～200℃，加热时间为30～60min。
步骤(3)中第二热解炉的气氛为惰性气氛或缺氧气氛，缺氧气氛时氧气含量小于10％。步骤(3)中第二热解炉的热解温度为400℃～600℃，热解时间为10～60min；进一步优选，热解温度为500℃～600℃，热解时间为10～30min。
本发明首先采用低温热分层方法处理核心组件，较之传统直接高温热分解方法，避免了 TPT背板在高温分解下产生的污染性气体，从而减小二次污染；较之传统化学溶剂溶解法，未使用化学试剂，不会产生废液，二次污染小。同时本发明在高温热分解阶段使用惰性气氛或缺氧气氛，可将残留EVA的热解气作为燃料用于热解炉供热，提高了处理过程的经济性。本发明通过低温热分层方法处理完核心组件后，通过剥离软化的EVA将玻璃板和电池片分离开来。由于残留在玻璃板和电池片上的EVA较少，且玻璃板和电池片处于单独热分解状态。在高温热分解过程中，避免了玻璃板和电池片的碎裂，从而得到完整的玻璃板和电池片，提高了退役光伏组件的回收价值。
本发明拆解的退役光伏组件为晶硅光伏组件，主要构造是接线盒、铝外框、玻璃板、EVA、电池片和TPT背板。其中TPT背板是目前国内已装载的光伏组件采用量最大的背板。
实施例1
如图1所示，首先通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。然后将核心组件放入第一链板热解炉中，设置热解温度为150℃，调节链板传输速度，保证核心组件在炉内热解60min，待EVA软化，将核心组件取出，将玻璃板、电池片和TPT背板分离开来。最后将残留有EVA的玻璃板和/或电池片放入第二链板热解炉中，向炉内通入氮气，排尽空气后，将玻璃板和电池片在550℃下高温加热20min，残留的EVA彻底分解，获得完整的玻璃板和电池片。
目前，常用的物理破碎法，需将光伏组件破碎，仅可回收金属和硅晶片颗粒，无法得到完整的玻璃板和电池片。
实施例2
如图1所示，首先通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。然后将核心组件放入第一链板热解炉中，设置热解温度为200℃，调节链板传输速度，保证核心组件在炉内热解30min，待EVA软化，将核心组件取出，将玻璃板、电池片和TPT背板分离开来。将残留有EVA的玻璃板和/或电池片放入第二链板热解炉中，向炉内通入氮气，排尽空气后，将玻璃板和电池片在550℃下高温加热20min。残留的EVA彻底分解，获得完整的玻璃板和电池片。
目前，常用的物理破碎法，需将光伏组件破碎，仅可回收金属和硅晶片颗粒，无法得到完整的玻璃板和电池片。
实施例3
如图1所示，首先通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。将核心组件放入链板热解炉中，设置热解温度为 180℃，调节链板传输速度，保证核心组件在炉内热解40min。待EVA软化，将核心组件取出，将玻璃板、电池片和TPT背板分离开来。将残留有EVA的玻璃板和/或电池片重新放入链板热解炉中，向炉内通入氮气，排尽空气后，将玻璃板和电池片在600℃下高温加热10min。残留的EVA彻底分解，获得完整的玻璃板和电池片。
目前，常用的物理破碎法，需将光伏组件破碎，仅可回收金属和硅晶片颗粒，无法得到完整的玻璃板和电池片。
实施例4
如图1所示，首先通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。将核心组件放入链板热解炉中，设置热解温度为70℃，调节链板传输速度，保证核心组件在炉内热解90min。待EVA软化，将核心组件取出，将玻璃板、电池片和TPT背板分离开来。将残留有EVA的玻璃板和/或电池片重新放入链板热解炉中，向炉内通入包含8％O2的空气，排尽炉内空气后，将玻璃板和电池片在400℃下高温加热60min。残留的EVA彻底分解，获得完整的玻璃板和电池片。
目前，常用的物理破碎法，需将光伏组件破碎，仅可回收金属和硅晶片颗粒，无法得到完整的玻璃板和电池片。
实施例5
如图1所示，首先通过机械手段拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/ 电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件。将核心组件放入链板热解炉中，设置热解温度为 180℃，调节链板传输速度，保证核心组件在炉内热解40min。待EVA软化，将核心组件取出，将玻璃板、电池片和TPT背板分离开来。将残留有EVA的玻璃板和/或电池片重新放入链板热解炉中，向炉内通入5％O2的空气，排尽炉内空气后，将玻璃板和电池片在500℃下高温加热30min。残留的EVA彻底分解，获得完整的玻璃板和电池片。
目前，常用的物理破碎法，需将光伏组件破碎，仅可回收金属和硅晶片颗粒，无法得到完整的玻璃板和电池片。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)拆除退役光伏组件的铝外框和接线盒，得到玻璃板/EVA/电池片/EVA/TPT背板结构的核心组件；
(2)将步骤(1)得到的核心组件放入第一热解炉中，设置第一热解炉的热解温度，在该温度下使得核心组件中的封装材料EVA逐渐软化，待从第一热解炉中拿出冷却后，玻璃板与电池片、电池片与TPT背板分别分离，获取核心组件的各个模块组件以及未分解的EVA，所述的模块组件包括玻璃板、电池片和TPT背板；
(3)检查步骤(2)获得的玻璃板和电池片是否有EVA残留，对有EVA残留的模块组件放入第二热解炉中，设置第二热解炉的热解温度，使得模块组件上残留的EVA完全分解，获得完整的玻璃板和电池片。
2.根据权利要求1所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(2)所述的第一热解炉的加热方式为微波加热、电辐射加热或燃料加热。
3.根据权利要求2所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，所述的燃料加热的热量来自步骤(3)第二热解炉热解EVA产生的热解气。
4.根据权利要求1所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(2)所述的第一热解炉的气氛为空气气氛或者惰性气氛。
5.根据权利要求1所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(2)所述的第一热解炉的热解温度为70℃～200℃，热解时间为20～90min。
6.根据权利要求5所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(2)所述的第一热解炉的热解温度为150℃～200℃，热解时间为30～60min。
7.根据权利要求1所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(3)所述的第二热解炉的气氛为惰性气氛或缺氧气氛，缺氧气氛时氧气含量小于10％。
8.根据权利要求1所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(3)所述的第二热解炉的热解温度为400℃～600℃，热解时间为10～60min。
9.根据权利要求8所述的基于低温热解的退役光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤(3)所述的第二热解炉的热解温度为500℃～600℃，热解时间为10～30min。
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