CN117943379A - 一种从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其方法包括如下步骤：步骤一，拆除废旧光伏组件的铝边框和接线盒，得到待分离的光伏层压件；步骤二，对光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃；步骤三，将减薄玻璃后的光伏层压件浸于有机溶剂中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；步骤四，过滤分离后对固相洗涤烘干，液相继续充当溶胀剂重复使用；步骤五，通过振动筛分去除小块的已脱落的碎薄玻璃；步骤六，通过风选分离大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；步骤七，通过热解或焚烧去除EVA，得到电池片。本发明可以解决现有的废旧光伏组件回收过程中产生大量有毒废液、废气的问题，预先碾薄玻璃增大试剂与EVA中的接触面积，重复使用绿色试剂可控溶胀EVA降低其黏性，不是使其完全溶解，大幅提高了分离速率。将玻璃和背板预先去除，将大幅减少后续热解去除EVA的能耗、降低污染和提高有价金属的回收率。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件回收技术领域。具体地说是一种从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法。
背景技术
光伏组件作为太阳能发电的核心设备，由铝边框、接线盒、玻璃、电池片层、EVA、背板等组成。其中，EVA胶膜的主要组成成分是乙烯-醋酸乙烯共聚物，在连接玻璃和电池片层方面具备关键的粘结性能。随着光伏发电的广泛应用，废旧光伏组件数量不断增加，全球废旧光伏组件的累计量预计将在2050年达到7800万吨。有效回收利用这些废旧光伏组件，提高其资源价值，减少环境污染，成为当前迫切需要解决的问题。
目前，针对光伏组件的回收，主要采用机械处理法、热处理法、化学处理法或它们的组合方法。然而，这些现有技术存在一系列问题：
机械处理法对废旧光伏组件进行粗处理，各组成部分难以有效分离。这类方法将废料中的玻璃、背板、电池片及其间的EVA等一起粉碎，混合在一起。因材料彼此黏连，最终回收物的纯度不高。为提高纯度，必须进行精细研磨、有机试剂溶解等步骤，再经过繁复的筛选和提纯，效率低下。
热处理法(焚烧或热解)是将光伏组件在空气或惰性气氛下加热，从而使有机封装层EVA燃烧或软化、从而实现压层间剥离与分层。对于退役光伏组件直接进行热处理存在三点难题：(1)玻璃等无效物质的升降温导致能耗过高；(2)含氟背板直接热解会产生挥发性氟化物，对人体和环境危害大；(3)产生的气相小分子受限于层压件内部封闭空间，局部高压会造成电池片的过粉碎，不利于后续有价金属的分选。
化学处理法是利用有机溶剂对光伏组件进行浸泡，使EVA溶解或溶胀，然后用机械力将其与玻璃和电池片层分离，该方法大多需要使用大量的有毒有机溶剂，且产生大量的有机废液，对环境造成严重的污染。同时压层间结合紧密，溶胀剂扩散速率慢。
可以看出，采用单一的废旧光伏组件处置方法均存在很多问题和挑战。因此，需要对不同方法进行整合和优化，形成整体处置工艺，为废旧光伏组件的回收利用提供有效技术支撑。未达到上述目的，国内已做了一些研究，以下相关专利对如何回收利用废旧光伏组件进行了报道：
专利CN202111287927.4报道了一种低能耗的光伏组件中各部件分离回收的方法。该专利通过两步溶胀处理来分离层压件中的玻璃、硅片、EVA和背板。由于没有高温预处理操作，因此本方法的整体能耗较小。然而，此方法直接将光伏层压件整体浸泡到有机溶剂中，由于光伏层压件玻璃厚度较厚、质量占比较高，因此需要较多的有机试剂，处理成本较高。其次，此方法采用的有机试剂均为有毒试剂，对人体和环境均会有可能造成危害。
专利CN202310162657.7报道了一种高效回收废旧光伏组件的方法。该专利主要是通过配置预浸泡液处理整块光伏板，得到的预浸泡光伏板再通过热处理、分离得到金属材料、晶体硅电池及玻璃板。此方法的优点是有可能得到整块光伏玻璃，对玻璃的短程利用起到关键作用。但是鉴于光伏组件尺寸较大，无法采用传统的反应釜对其进行处置，处理效率较低。其次，此方法也采用了甲苯和三氯乙烯等有毒试剂，有可能危害人体健康和造成环境风险。
专利CN201910922201.X报道了一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法。该专利将拆除铝边框和接线盒的层压件置入密闭容器中，对EVA进行受限溶胀，避免玻璃、电池片的过粉碎，进而造成后续分选效率低的难题。然后，对溶胀处理后的层压件进行高温处理，从而回收完整的钢化玻璃和晶硅片。此专利的主要目的是回收完整的硅片和玻璃，同样存在处理效率较低的问题。其次，在光伏组件处置过程中，由于电池片厚度仅为不足200微米，很难保证其完整性。最后，此方法同样采用了苯、甲苯、邻二氯苯、三氯乙烯等有毒有害试剂，且难以控制溶胀率。
综上，可以看出，现有专利尽管采用了物理、化学和热法的组合处理工艺。但是仍存在溶胀剂毒性高、消耗量大；光伏组件分离效率不高以及方法适用性不强等难题。因此，通过创造新的处置工艺，避免有毒试剂的使用、降低溶胀剂的消耗、提高不同组分的分离效率和处置能力至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，该系统及方法可以有效地分离废旧光伏组件的各个组成部分，提高其资源价值，同时减少对环境的污染。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种废旧光伏组件回收系统及方法，所述的废旧光伏组件包括铝边框、接线盒、玻璃、电池片层、EVA、背板，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，拆除废旧光伏组件的铝边框和接线盒，得到待分离的光伏层压件；
步骤二，对步骤一得到的光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃，得到玻璃减薄后的光伏层压件；
步骤三，将步骤二得到的玻璃减薄后的光伏层压件浸于有机溶剂中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；
步骤四，在步骤三溶胀分层后通过过滤分离，对分离出的固相(玻璃、背板与剩余组件)洗涤烘干，液相继续充当溶胀剂重复使用；
步骤五，对步骤四得到的固相通过振动筛分去除其中小块的已脱落的碎薄玻璃；
步骤六，通过风选分离固相中剩余的大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；
步骤七，对步骤六得到的含有EVA的电池片层通过热解或焚烧去除EVA，得到电池片。
优选地，步骤二中，利用光伏板去玻璃机物理碾薄光伏层压件的玻璃。
优选地，步骤三中，所述有机溶剂选自按照GBZ 230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》的危害程度分级范围处于轻度危害(Ⅳ级)并且在室温下(20℃～30℃)对EVA胶膜的平衡溶胀率小于100％。
优选地，步骤三中，所述有机溶剂的分子结构平面度在60％～95％之间；或者分子结构中至少含有一个以上的酯基。
优选地，步骤三中，所述有机溶剂可以为纯物质也可以为混合物。至少含有一种有机溶剂
优选地，步骤三中，强化传质的方式为加热、搅拌、超声中的一种或几种，加快EVA溶胀速率。
优选地，步骤四中，过滤分离后对固相进行洗涤所使用的试剂为醇类或者醚类试剂中的至少一种，优选无水乙醇。
优选地，步骤七中，热分解过程所需加热温度为400-600℃。
优选地，步骤七中，热分解气氛为空气气氛或者无氧惰性气体气氛。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明通过物理碾压减薄玻璃，可以有效地降低玻璃的厚度，增大EVA与试剂的接触，有效增大了试剂溶胀EVA的速率；通过筛选绿色有机溶剂可控溶胀EVA，可以有效地破坏EVA与玻璃和电池片层之间的粘结，使层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；通过过滤分离后对固相洗涤烘干，液相继续充当溶胀剂重复使用，可以有效地减少有机溶剂的消耗和有机废液的排放，降低对环境的污染。
2.本发明通过振动筛分和风选分离，可以有效地分离出已脱落的碎薄玻璃和背板，提高分离效率和纯度，提高回收价值；通过热解去除EVA，可以有效地分离出电池片。与传统的有机试剂溶解法和直接热解的方法相比，背板的预分离减少了热解的环境污染，降低了设备损耗。玻璃的预先分离降低了热解的能耗，减轻了炉料的重量，也避免了热解气体挤压导致的电池片的粉碎。
附图说明
图1本发明废旧光伏组件回收处理方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法包括如下步骤：
步骤一：取一块光伏组件，拆除铝边框和接线盒后得到待分离的光伏层压件。裁剪一块尺寸约200×200mm大小的层压件，称得其质量为30.15g；
步骤二：利用CRIMM-PSBL-01型光伏板去玻璃机对步骤一得到的光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃；
步骤三：将步骤二得到的玻璃减薄后的光伏层压件浸于100ml二羧酸酯(DBE)中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，加热至反应温度处于100℃，加快EVA溶胀速率，1h后取出，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；
步骤四：在步骤三溶胀分层后通过过滤分离，对分离出的固相(玻璃、背板与剩余组件)使用无水乙醇洗涤后烘干，液相可以继续充当溶胀剂重复使用；
步骤五：对步骤四得到的固相通过振动筛分去除小块的已脱落的碎薄玻璃；
步骤六：通过风选分离大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；
步骤七：在Ar气气氛下，通过500℃热解15min去除EVA，得到电池片。
最终回收到玻璃22.44g，背板1.52g，电池片1.79g。
实施例2
本实施例废旧光伏组件回收处理方法包括如下步骤：
步骤一：取一块光伏组件，拆除铝边框和接线盒后得到待分离的光伏层压件。裁剪一块尺寸约200×200mm大小的层压件，称得其质量为35.81g；
步骤二：利用CRIMM-PSBL-01型光伏板去玻璃机对步骤一得到的光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃；
步骤三：将步骤二得到的玻璃减薄后的光伏层压件浸于100ml二羧酸酯(DBE)中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，加热至反应温度处于120℃，加快EVA溶胀速率，0.5h后取出，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；
步骤四：在步骤三溶胀分层后通过过滤分离，对分离出的固相(玻璃、背板与剩余组件)使用无水乙醇洗涤后烘干，液相可以继续充当溶胀剂重复使用；
步骤五：对步骤四得到的固相通过振动筛分去除小块的已脱落的碎薄玻璃；
步骤六：通过风选分离大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；
步骤七：在Ar气气氛下，通过550℃热解10min去除EVA，得到电池片。
最终回收到玻璃26.94g，背板1.81g，电池片2.11g。
实施例3
本实施例废旧光伏组件回收处理方法包括如下步骤：
步骤一：取一块光伏组件，拆除铝边框和接线盒后得到待分离的光伏层压件。裁剪一块尺寸约200×200mm大小的层压件，称得其质量为33.43g；
步骤二：利用CRIMM-PSBL-01型光伏板去玻璃机对步骤一得到的光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃；
步骤三：将步骤二得到的玻璃减薄后的光伏层压件浸于100ml二羧酸酯(DBE)中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，加热至反应温度处于140℃，加快EVA溶胀速率，20min后取出，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；
步骤四：在步骤三溶胀分层后通过过滤分离，对分离出的固相(玻璃、背板与剩余组件)使用无水乙醇洗涤后烘干，液相可以继续充当溶胀剂重复使用；
步骤五：对步骤四得到的固相通过振动筛分去除小块的已脱落的碎薄玻璃；
步骤六：通过风选分离大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；
步骤七：在Ar气气氛下，通过600℃热解5min去除EVA，得到电池片。
最终回收到玻璃24.92g，背板1.71g，电池片1.98g。
对比例1
本对比例废旧光伏组件回收处理方法包括如下步骤：
步骤一：取一块光伏组件，拆除铝边框和接线盒后得到待分离的光伏层压件。裁剪一块尺寸约200×200mm大小的层压件，称得其质量为34.46g；
步骤二：将光伏层压件浸于500ml三氯乙烯中10h，EVA溶胀黏性降低，剥离光伏层压件上的玻璃；
步骤三：剥离玻璃后的光伏层压件继续置于三氯乙烯中10h，电池片层从背板上完全脱落；
本对比例采用不预先碾薄玻璃，直接将光伏层压件浸泡在高毒有机试剂中，玻璃、背板与EVA完全分离的时间大大增加，三氯乙烯试剂溶解EVA后的高毒废水处理难度大，试剂无法直接回用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，所述的废旧光伏组件包括铝边框、接线盒、玻璃、电池片层、EVA、背板，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，拆除废旧光伏组件的铝边框和接线盒，得到待分离的光伏层压件；
步骤二，对步骤一得到的光伏层压件通过物理碾压减薄玻璃，得到玻璃减薄后的光伏层压件；
步骤三，将步骤二得到的玻璃减薄后的光伏层压件浸于有机溶剂中，使其中的EVA可控溶胀，破坏界面粘结，层压件上的剩余薄玻璃和背板脱落；
步骤四，在步骤三溶胀分层后通过过滤分离，对分离出的固相(玻璃、背板与剩余组件)洗涤烘干，液相继续充当溶胀剂重复使用；
步骤五，对步骤四得到的固相通过振动筛分去除其中小块的已脱落的碎薄玻璃；
步骤六，通过风选分离固相中剩余的大块的已脱落的背板，得到含有EVA的电池片层；
步骤七，对步骤六得到的含有EVA的电池片层通过热解或焚烧去除EVA，得到电池片。
2.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤二中，利用光伏板去玻璃机物理碾薄光伏层压件的玻璃。
3.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤三中，所述有机溶剂选自按照GBZ 230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》的危害程度分级范围处于轻度危害(Ⅳ级)并且在室温(20℃～30℃)下对EVA胶膜的平衡溶胀率小于100％。
4.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤三中，所述有机溶剂的分子结构平面度在60％～95％之间；或者分子结构中至少含有一个以上的酯基。
5.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤三中，所述有机溶剂可以为纯物质也可以为混合物。至少含有一种有机溶剂。
6.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤三中，强化传质的方式为加热、搅拌、超声中的一种或几种，加快EVA溶胀速率。
7.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤四中，过滤分离后对固相进行洗涤所使用的试剂为醇类或者醚类试剂中的至少一种，优选无水乙醇。
8.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤七中，热分解过程所需加热温度为400-600℃。
9.根据权利要求1所述的从废旧光伏组件中分离得到不同组分的工艺及方法，其特征在于，步骤七中，热分解气氛为空气气氛或者无氧惰性气体气氛。
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