IT202100022670A1 - Processo e impianto industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici a fine vita - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?PROCESSO E IMPIANTO INDUSTRIALE PER IL RECUPERO DELLE MATERIE PRIME DA MODULI FOTOVOLTAICI A FINE VITA?

La presente invenzione ? relativa a un processo e a un impianto industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici con tecnologia al silicio a fine vita.

Il notevole sviluppo che negli ultimi anni ha avuto il fotovoltaico si ? concretizzato in un?importante quantit? di moduli installati. In particolare, la maggior parte dei moduli fotovoltaici installati sono quelli realizzati in silicio cristallino. Come pu? risultare immediato ad un tecnico del settore, nel prossimo futuro ci si trover? ad affrontare una seria congestione del sistema di conferimento, trattamento e recupero di questi moduli a fine vita.

Infatti, va considerato che il fotovoltaico nei prossimi anni produrr? inevitabilmente un volume di rifiuti pari a oltre 5 milioni di metri cubi (ammontare dell?attuale parco installato). Un tale problema, per essere affrontato efficacemente, richieder?, non solo una forte azione di contrasto alle attivit? illegali, ma soprattutto ulteriori investimenti per offrire una rete di servizio legittima, economicamente conveniente e capillarmente diffusa sul territorio.

Un sistema di riciclaggio dei moduli fotovoltaici a fine vita per risultare vantaggioso deve avere una sua economicit? e un basso impatto ambientale. Per questo motivo ? indispensabile realizzare un sistema che permetta di gestire il maggior numero di moduli trattati nell?unit? di tempo e con ridotti consumi di energia.

Ad oggi, la maggior parte dei processi di riciclo dei moduli non ? valutato economicamente vantaggioso nonostante dai moduli fotovoltaici si riescano a recuperare alcuni materiali, in particolare la cornice di alluminio e il vetro.

A tale riguardo, sia i trattamenti termici sia i trattamenti chimici, anche se tecnicamente fattibili, sono di difficile realizzazione a causa del loro costo elevato.

In particolare, i trattamenti termici richiedono temperature intorno ai 500?C e circa un?ora e mezza di permanenza in forno, mentre i trattamenti chimici hanno costi elevati e un importante impatto sull?ambiente.

Anche gli attuali metodi meccanici utilizzati non risultano economicamente convenienti. Tali metodi l?eliminazione della cornice di alluminio e poi la macinazione dei materiali rimanenti (vetro, celle al silicio, collegamenti elettrici, EVA e Tedlar o altri polimeri) per ottenere plastica, silicio, metalli non ferrosi e vetro in grani. In questo modo la macinazione del vetro risulta particolarmente impegnativa a causa della sua durezza, provocando un rapido consumo degli utensili, e un minor valore del vetro in grani a causa della sua scarsa purezza (il vetro risulta inquinato da altri materiali come ad esempio polimeri). Inoltre, anche la successiva separazione di grandi quantit? di materiali (circa 85% in peso del modulo fotovoltaico) rende questo processo poco conveniente. In ultimo, la maggior parte dei materiali recuperati con detti metodi meccanici tradizionali, hanno un grado di purezza estremamente basso, tale da non consentire il loro reimpiego per la realizzazione di nuovi prodotti (fatta eccezione della cornice di alluminio e altri metalli) e, quindi, la loro destinazione ultima ? la discarica, in disaccordo totale con la visione di economica circolare e del concetto di ?end-of-waste?.

Era quindi sentita l?esigenza di disporre di un procedimento di recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici a fine vita, le cui caratteristiche tecniche fossero in grado di garantire tempi e costi tali da rendere il procedimento stesso economicamente vantaggioso e, al tempo stesso, di garantire un basso impatto ambientale.

L?idea ? stata quella di utilizzare metodi meccanici asportando solo su una piccola parte del materiale costituente il modulo fotovoltaico (circa il 15%), non coinvolgendo nella lavorazione il vetro, ma agendo solo sullo strato di circa 3 mm di materiale posto nella parte posteriore del vetro, costituito di materiale polimerico, celle al silicio, collegamenti elettrici e argento.

Gli inventori della presente invenzione hanno realizzato un procedimento e un impianto industriale in grado di soddisfare l?esigenza di cui sopra, individuando una serie di tecnologie appropriate e realizzando dei ricavi derivanti dalla vendita delle materie prime, tali da rendere accettabili i costi di esercizio. Questo risultato ? stato raggiunto con una tecnologia che ha permesso una drastica riduzione dei tempi di lavorazione e dei consumi di energia, per la separazione delle materie prime presenti nel modulo fotovoltaico. I ridotti tempi di lavorazione rappresenteranno un ulteriore aspetto rilevante, ai fini del successo di questo processo, permettendo la lavorazione di milioni di moduli fotovoltaici nei prossimi anni.

Oggetto della presente invenzione ? un procedimento industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici con tecnologia al silicio; detto procedimento comprendendo in sequenza una fase di levigatura e una fase di vagliatura; detta fase di levigatura comprendendo una operazione di bloccaggio della lastra di vetro del modulo fotovoltaico, e una operazione di rimozione stratificata atta a realizzare una rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

Qui e nel seguito per ?rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro?, si intende la rimozione a partire dal materiale pi? distante alla lastra di vetro per procedere con la rimozione graduale del materiale sempre pi? vicino alla lastra di vetro.

Preferibilmente, la detta operazione di rimozione stratificata ? realizzata mediante un?azione abrasiva.

Preferibilmente, la fase di levigatura comprende un?operazione di aspirazione del materiale rimosso nella operazione di rimozione stratificata. Preferibilmente, detta operazione di aspirazione ? atta a rimuovere selettivamente il materiale seguendo la detta rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

Preferibilmente, detta fase di vagliatura comprende una operazione di separazione densimetrica.

Un altro oggetto della presente invenzione ? un impianto industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici con tecnologia al silicio; detto impianto comprende una stazione di levigatura e una stazione di vagliatura; detta stazione di levigatura comprende mezzi di bloccaggio della lastra di vetro del modulo fotovoltaico, e mezzi di rimozione meccanica stratificata atti a realizzare una rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

Preferibilmente, detti mezzi di rimozione meccanica stratificata sono dei mezzi abrasivi. Preferibilmente, detti mezzi abrasivi sono divisi in una pluralit? di unit? abrasive consecutive, in maniera tale che ognuna delle unit? abrasive sia deputata alla rimozione di un diverso strato di materiale aderente alla lastra di vetro dall?esterno verso l?interno.

Preferibilmente, la detta stazione di levigatura comprende dei mezzi di aspirazione del materiale abraso.

Preferibilmente, detti mezzi di aspirazione sono suddivisi in una pluralit? di unit? di aspirazione, parte delle quali ? connessa a una rispettiva unit? abrasiva per rimuovere selettivamente il materiale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

Preferibilmente, detti mezzi di bloccaggio comprendono un nastro trasportatore, in cui sono ricavati una pluralit? di fori e dei mezzi di depressione atti operare attraverso detti fori per mantenere detta lastra di vetro in una posizione bloccata su detto nastro trasportatore.

Preferibilmente, detta stazione di vagliatura comprende mezzi di separazione densimetrica.

Per una migliore comprensione dell?invenzione ? riportata di seguito una sua forma di realizzazione a puro titolo illustrativo e non limitativo con l'ausilio delle figure del disegno annesso, in cui:

- la figura 1 ? una sezione di una porzione di un modulo fotovoltaico con tecnologia al silicio;

- la figura 2 illustra in forma schematica l?impianto industriale oggetto della presente invenzione;

- la figura 3 illustra, con parti in forma schematica, una forma di realizzazione della stazione di levigatura dell?impianto oggetto della presente invenzione; e

- la figura 4 illustra la porzione in sezione della figura 1 con l?indicazione delle porzioni consecutivamente asportate nell?operazione di rimozione stratificata.

In figura 1 ? indicato nel suo complesso con 1 un generico modulo fotovoltaico.

Il modulo fotovoltaico 1 comprende in sequenza una lastra di vetro 2 comprendente, a sua volta uno strato superficiale prismatico 2a; un primo strato di materiale polimerico EVA 3; uno strato di celle fotovoltaiche e circuiti 4; un secondo strato di materiale polimerico EVA 5; e uno strato di materiale polimerico TEDLAR 6.

Il modulo fotovoltaico 1 comprende anche una cornice di alluminio, una cassetta di giunzione e eventuali residui di cavi elettrici non illustrati in figura 1, i quali vengono rimossi prima di cominciare il processo industriale oggetto della presente invenzione e prima di utilizzare l?impianto industriale oggetto della presente invenzione.

In particolare, il modulo fotovoltaico 1 ? composto dalle seguenti percentuali in peso: 15% di cornice di alluminio, 70% di lastra di vetro 2, 15% di materiale polimerico (primo strato di materiale polimerico EVA 3; secondo strato di materiale polimerico EVA 5; strato di materiale polimerico TEDLAR 6) e metalli non ferrosi (strato di celle fotovoltaiche e circuiti 4).

Nello specifico, i materiali non ferrosi sono rame, piombo, stagno, alluminio, argento. Il loro corretto recupero costituirebbe un importante ritorno economico nel recupero del modulo fotovoltaico nel suo complesso.

In figura 2 ? indicato nel suo complesso con 7 l?impianto industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici a fine vita. L?impianto 7 comprende una stazione di levigatura 8 e una stazione di vagliatura 9.

In figura 3 ? illustrata la stazione di levigatura 8 nel suo complesso.

La stazione di levigatura 8 comprende un nastro trasportatore 10 in cui sono ricavati una pluralit? di fori (non visibili in figura) e dei mezzi di depressione, illustrati schematicamente e indicati con 11, atti operare attraverso detti fori per mantenere la lastra di vetro 2 in una posizione bloccata sul nastro trasportatore 10.

La stazione di levigatura 8 comprende, inoltre, una pluralit? di unit? di abrasione 12 ognuna delle quali ? costituita da un rullo abrasivo 13 e da una pluralit? di unit? di aspirazione 14, parte delle quali sono connesse a una rispettiva unit? di abrasione 12. Ognuno dei rulli abrasivi 13 ? composto da un rullo di gomma e un nastro abrasivo montato sul rullo di gomma. In questo modo i rulli abrasivi permettono di esercitare la corretta pressione al fine di asportare i diversi strati di materiale senza provocare rotture della lastra di vetro del modulo fotovoltaico. La dimensione dei grani del nastro abrasivo, la velocit? di rotazione del nastro e di avanzamento del tappetino, su cui ? appoggiato il modulo fotovoltaico, sono altri parametri importanti ai fini di una corretta lavorazione dei suddetti moduli. Nello specifico, la stazione di levigatura 8 comprende quattro unit? di abrasione 12 ognuna delle quali comprende un rispettivo rullo abrasivo 13.

La figura 4 illustra quali sono le parti dei materiali aderenti alla lastra di vetro 2 che vengono consecutivamente rimosse dalle quattro unit? abrasive 12. In particolare, la zona di modulo indicata con la lettera A viene rimosso per abrasione dal primo rullo abrasivo 13, la zona di modulo indicata con la lettera B viene rimosso per abrasione dal secondo rullo abrasivo 13 e la zona di modulo indicata con la lettera C viene rimosso per abrasione consecutivamente dal terzo e dal quarto rullo abrasivo 13. I rulli abrasivi 13 sono identificabili come primo, secondo, terzo e quarto in funzione di quale sistema costituito da nastri abrasivi agisce prima sul modulo fotovoltaico. Nella figura 3 i rulli abrasivi 13 sono da considerarsi come primo, secondo, terzo e quarto in funzione dell?ordine temporale con cui operano sul modulo fotovoltaico.

In questo modo risulta chiara l?azione graduale dell?attivit? delle quattro unit? di abrasione 12.

In uso, il modulo fotovoltaico, dopo che gli ? stata tolta la cornice di alluminio, la cassetta di giunzione e gli eventuali residui di cavi elettrici, viene disposto con la lastra di vetro a contatto con il nastro trasportatore 10 e vengono azionati i mezzi di depressione 11 per realizzare un efficace bloccaggio della lastra 2.

Una volta bloccata la lastra di vetro 2, viene azionato l?avanzamento del nastro trasportatore 10 e la rotazione dei rulli abrasivi 13. La velocit? dei rulli abrasivi 13, la loro pressione, il loro materiale abrasivo e le dimensioni della loro grana possono variare a seconda della posizione dei rulli abrasivi rispetto allo stadio di levigazione.

Generalmente, i rulli abrasivi 13 deputati alla rimozione della parte pi? esterna dei materiali aderenti alla lastra di vetro 2, esercitano una azione abrasiva maggiore.

A tale riguardo va sottolineato come lo strato superficiale prismatico 2a, a contatto con l?EVA, dovrebbe il pi? possibile essere mantenuto integro. Tale necessit? comporta necessariamente che l?ultimo sistema costituito da nastri abrasivi, ossia quello che opera nelle vicinanze dello strato superficiale prismatico 2a, debba lavorare con una azione abrasiva meno intensa.

Il processo industriale oggetto della presente invenzione non prevede la macinazione del vetro, con i vantaggi relativi ad una riduzione dei materiali da trattare (circa il 70% in peso in meno), ad una minore usura delle macchine utensili, ad una pi? semplice separazione e ad un maggiore valore delle materie prime ricavate. Inoltre, una volta che il materiale abraso verr? rimosso, la lastra di vetro uscir? dalla stazione di levigatura senza subire alcuna ulteriore lavorazione.

Una volta che il materiale abraso ? stato raccolto dalle unit? di aspirazione 14, lo stesso viene lavorato nella stazione di vagliatura 9 dove i vari materiali sono separati tra loro. In particolare, la separazione dei materiali abrasi pu? avvenire con macchine progettate per la separazione densimetrica a secco. Tali macchine densimetriche hanno i vantaggi di essere senza emissioni di agenti inquinanti in atmosfera, di produrre un inquinamento acustico poco rilevante, di comportare un basso consumo energetico e bassi costi di manutenzione.

Nello specifico, i separatori vibranti a secco sono utilizzati allo scopo di ridurre i costi di produzione e di dividere i materiali granulati, macinati e granaglie di uguale granulometria e di diverso peso specifico.

Da queste lavorazioni si ottengono materie polimeriche (EVA e Tedlar), silicio, rame, polvere di argento, alluminio, stagno e piombo. Il separatore pu? essere alimentato da un sistema a flusso di aria. Un ulteriore vantaggio risiede nel fatto che il materiale abraso pu? essere inviato dalla stazione di levigatura direttamente nella macchina separatrice, senza ulteriori passaggi intermedi.

L?impianto industriale oggetto della presente invenzione pu? prevedere altre macchine, quali ad esempio una macchina dedicata alla eliminazione della cornice di alluminio incollata al vetro, senza provocare rotture del vetro per facilitarne le successive lavorazioni. Un?altra macchina sar? costituita da un robot per prelevare il modulo e posizionarlo sul nastro trasportatore della stazione di levigatura. Ancora un?altra macchina sar? costituita da un robot deputato a prelevare la lastra di vetro integra una volta terminata la fase di levigatura.

La presente invenzione ha il vantaggio di risolvere i problemi tecnici evidenziati nei processi dell?arte nota, per mezzo di un procedimento e di un impianto per il riciclo dei pannelli fotovoltaici con tecnologia al silicio che permetta di conseguire la separazione e il riutilizzo delle materie prime comportando costi e tempi di lavorazione estremamente contenuti. Inoltre, ? importante sottolineare come il processo e l?impianto della presente invenzione richiedano macchinari gi? presenti sul mercato, non particolarmente costosi, con basso consumo di energia, e basso impatto ambientale.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Procedimento industriale per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici con tecnologia al silicio; detto procedimento comprendendo in sequenza una fase di levigatura e una fase di vagliatura; detta fase di levigatura comprendendo una operazione di bloccaggio della lastra di vetro del modulo fotovoltaico, e una operazione di rimozione stratificata atta a realizzare una rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta operazione di rimozione stratificata ? realizzata mediante un?azione abrasiva.

3. Procedimento, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la fase di levigatura comprende un?operazione di aspirazione del materiale rimosso nella operazione di rimozione stratificata.

4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la detta operazione di aspirazione ? atta a rimuovere selettivamente il materiale seguendo la detta rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro.

5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di vagliatura comprende una operazione di separazione densimetrica.

6. Impianto industriale (7) per il recupero delle materie prime da moduli fotovoltaici con tecnologia al silicio; detto impianto comprende una stazione di levigatura (8) e una stazione di vagliatura (9); detta stazione di levigatura (8) comprende mezzi di bloccaggio (10, 11) della lastra di vetro (2) del modulo fotovoltaico (1), e mezzi di rimozione meccanica stratificata (12, 13) atti a realizzare una rimozione graduale dall?esterno verso l?interno dei materiali aderenti alla lastra di vetro (2).

7. Impianto secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rimozione meccanica stratificata (12, 13) sono dei mezzi abrasivi.

8. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi abrasivi sono divisi in una pluralit? di unit? abrasive (12) consecutive, in maniera tale che ognuna delle unit? abrasive (12) sia deputata alla rimozione di un diverso strato (A, B, C) di materiale aderente alla lastra di vetro (2) dall?esterno verso l?interno.

9. Impianto industriale (7) secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detta stazione di levigatura (9) comprende dei mezzi di aspirazione (14) del materiale rimosso da detti mezzi di rimozione stratificata (12, 13).

10. Impianto industriale (7) secondo una delle rivendicazioni da 6 a 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio comprendono un nastro trasportatore, in cui sono ricavati una pluralit? di fori e dei mezzi di depressione atti operare attraverso detti fori per mantenere detta lastra di vetro in una posizione bloccata su detto nastro trasportatore.