JP2019205982A

JP2019205982A - 太陽電池モジュールのリサイクル方法及びこれに用いるリサイクル装置

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Publication number: JP2019205982A
Application number: JP2018103462A
Authority: JP
Inventors: 泰裕諸澤; Yasuhiro Morosawa; 瀬川　昇; Noboru Segawa; 昇瀬川
Original assignee: Toshiba Environmental Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Environmental Solutions Corp
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: JP7072760B2

Abstract

【課題】太陽電池積層体のガラス基盤を破壊することなくアルミフレームの取外しを行うために、アルミフレームに対して回転方向の力を加えることなく、安定して取り外し方向の力を加えることが可能な太陽電池モジュールのリサイクル方法の提供。【解決手段】太陽電池積層体１に充填剤部を介してアルミフレームが形成された太陽電池モジュールを固定する第１工程と、一次元方向に移動可能でかつ斜めにカットした刃先の先端部を有するアーム部１２を充填剤部に刃先が食い込む方向にアーム部を挿入する第２工程と、アルミフレームの回転を抑えながら、アーム部を食い込む一次元方向に移動させてアルミフレームを太陽電池積層体から取り外す第３工程とを有する太陽電池モジュールのリサイクル方法。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、ガラス基盤の片面に１つ以上の太陽電池単位セルを平面状に配列し、それらを樹脂性のバックシートで覆うことで形成される太陽電池積層体に対し、この積層体の強度向上、または架台設置工事時における作業性の向上を目的として、太陽電池積層体外周部に額縁状に装着されるアルミフレームの取り外しについての太陽電池モジュールのリサイクル方法及びこれに用いるリサイクル装置に関する。

太陽電池モジュールは図１に示すように太陽電池積層体１、集電ボックス２、太陽電池積層体１の辺ごとに分割された複数のアルミフレーム３から構成される。太陽電池モジュールのリサイクル工程においては、前処理工程として太陽電池積層体１から集電ボックス２及びアルミフレーム３の取外し処理を行い、後処理工程として太陽電池積層体１の破壊、分別処理を行うことが一般的である。これは集電ボックス２やアルミフレーム３が太陽電池積層体１に比べて資源価値（銅、アルミ等）が高く、また分別が容易なためである。

以下に太陽電池モジュールの詳細な構造および従来のアルミフレーム３の取り外しにおける問題点を記載する。
尚、以下の図面では、同一部分は同一番号を付し、一度説明した部分はその詳細な説明を省略する。

図２は、図１に示した太陽電池モジュールの一部である太陽電池積層体１とアルミフレーム３の断面図を示す。太陽電池積層体１は、構成するアルミフレーム３のコの字部分４に挿し込むように固定され、このコの字部分４の内部に充填された有機性接着剤５、またはシーリング材を用いて接合される。また、この太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール設置用架台に接続する設置部６を有する。

図３に太陽電池モジュールの一部であるアルミフレーム角接合部の透過図を示す。アルミフレームの角の接合部はねじ７（図３(a)）、または返しのついたL型楔状のアルミ部材８（図３(b)）によって接合されており、図２に示すような外周部に比べアルミフレーム接合の鉛直方向に対して数倍から数十倍の非常に高い強度をもつ。

アルミフレームの取外し方法としては、設置部６等に対しては外方向の外力２１、２２を加えて外す方法、また専用の解体装置を用いた方法が知られている（特許文献１）。

太陽電池モジュールのアルミフレーム３は、この外力２１、２２を加えて押し出しする方法により、太陽電池積層体１から取り外すことが可能となる。

しかし、アルミフレーム３を太陽電池積層体１から取り外す場合、図２に示した外周部で数１００Ｎ以上、図３に示した補強された角接合部では１ｋＮ以上の大きな力を必要とする。これらの力を外力２１、２２としてアルミフレーム３に加えた場合、コの字部分４を支点として引抜き方向にモーメントが発生し太陽電池積層体１を破壊してしまう（図４(a)）。ここで、太陽電池積層体１のガラス基盤４０を含めた詳細な構造の断面図を図４(b)に示した。ガラス基盤４０の片面に太陽電池積層体１とバックシート４１を積層した構造となっている。ここでの太陽電池積層体１の破壊について、特にこのガラス基盤４０が破壊されることが問題となる。

特開２０１４−１１６３６３号公報

本発明は、アルミフレームに対して回転方向の力を加えることなく、安定して取り外し方向の力を加えることにより、太陽電池積層体のガラス基盤の破損を伴わずアルミフレームの取外しが可能な太陽電池モジュールのリサイクル方法及びこれに用いるリサイクル装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールのアルミフレーム取り外しのリサイクル装置は、太陽電池積層体に充填剤部を介してアルミフレームが形成された太陽電池モジュールを固定するクランプ部と、一方向に移動可能でかつ斜めにカットした刃先のアーム先端部を有し、前記充填剤部に前記刃先が食い込む方向に挿入可能なアーム部と、前記アルミフレームの回転を抑えながら、前記アーム部を前記食い込む一次元方向に移動させて前記アルミフレームを前記太陽電池積層体から取り外す圧力駆動部と、を備える。

また、本発明の一実施形態に係る、太陽電池モジュールのアルミフレーム取り外しによる太陽電池モジュールリサイクル方法は、太陽電池積層体に充填剤部を介してアルミフレームが形成された太陽電池モジュールを固定する第１工程と、一次元方向に移動可能でかつ斜めにカットした刃先の先端部を有するアーム部を前記充填剤部に前記刃先が食い込む方向に前記アーム部を挿入する第２工程と、前記アルミフレームの回転を抑えながら、前記アーム部を前記食い込む一次元方向に移動させて前記アルミフレームを前記太陽電池積層体から取り外す第３工程と、を備えるものである。

従来技術に係る太陽電池モジュール背面図アルミフレーム断面図アルミフレーム接合図アルミフレームの回転による太陽電池積層体の破壊を説明する図。本発明の実施形態に係るアルミフレーム取外し装置の外略図(平面図) 本発明の実施形態に係るアルミフレーム取外し装置の外略図(側面図) 本発明の実施形態に係る装置の要部拡大図本発明の実施形態に係る装置の要部拡大図

（第１の実施形態）
この実施形態として、本発明の太陽電池モジュールのリサイクル方法に主として使用するアルミフレームの取外し装置を、図５〜図８を参照して説明する。尚、この装置は、本発明の太陽電池モジュールのリサイクル方法以外の方法にも使用可能である事はいうまでもない。

本発明に係る装置は、太陽電池積層体１を作業台１５上に置いて動かないように固定するクランプ部１０、１１を有する。また、係る装置は、アルミフレームを取り外す治具であるアーム部１２を有し、取外し方向に油圧で動作する圧力駆動部１３を有する（図５）。圧力駆動部１３は油圧で動作するものに限定されるものではなく、電動モーター等で作動する電機式・機械式のアクチュエーターであっても良い。１５は、被処理用の太陽電池モジュールを置く作業台である。

クランプ部１０、１１は、アルミフレームの取外し時に太陽電池モジュールの太陽電池積層体１が移動、回転することを抑制するための固定器具である。また、クランプ部１０、１１は、アーム部１２の移動する方向とは反対方向でかつアーム部１２の中心線上１４を基準として、少なくとも中心線上の１点１０、望ましくは左右対称となる２点１１を含む複数点を抑えることが可能な構造を有する。これにより、アルミフレームの取外しの際に確実に太陽電池積層体１を固定し、太陽電池積層体１と相対的な位置関係においてアルミフレームの回転を防止することができる。

図７は、アーム部分１２を示したもので、開いた状態の拡大図である(図７(a) )。また、このアーム部分１２が閉じた状態も示した(図７(b))。
この上下の複数の刃先を有するアーム先端部１７に分かれたアーム部１２の形状をここでは楔形のアーム部１２と呼ぶ。この楔形のアーム部１２のアーム先端部１７の各サイズについて説明する(図７(b))。

具体的なサイズとしてa＝３０mm〜５０mm、 b≧５０mm、c＝a−１０mm〜２０mmであることが望ましい。また、d＝０〜５mmであることが望ましい。これは、以下の理由による。即ち、太陽電池積層体とアルミフレームの接合部であるコの字部分４は(図４(a))、バックシート４０面側に比べガラス基盤４１面側の方が短い場合が多い(図４(b))。これは、太陽電池モジュールの受光面にあたるガラス基盤４１面側の接合面積を減らすことで受光面の面積を広く確保するためであり、また背面側にあたるバックシート４０面側を長くすることで接合面積を増やし強度を確保することが可能となる。このため、引抜きアームのアーム先端部１７はガラス基盤４１面側を０〜５mm長い構造とすることでアルミフレームを太陽電池積層体１から平行に引き抜くことが可能となる。この際、実際のコの字部分４の寸法とアーム先端部１７上下の長さ寸法が多少異なっていたとしても、ガラス基盤４１面側のアーム先端部１７が長いことで、引抜き時においてアルミフレームの回転によるガラス基盤４１の破壊９を抑制することができる為である。

また、e＝５０〜８０mmであることが望ましい。これは、太陽電池モジュール厚と下刃の隙間分の幅の合計との理由からである。また、アーム先端部の刃先は斜めにカットされておりこの角度θは、アーム部をアーム先端部の刃先が充填剤部に食い込む一次元方向を基準とした角度にもなっている。この角度θは、４５°≦θ≦８０°であることが望ましい。それは、アーム先端部１７における上刃に対して下刃が外れる場合があるため、アルミフレームの隙間に入りこむ構造上必要だからである。この実施形態では例えばθは７０°とした。また、上刃及び下刃の刃先の材質は、例えばS４５Cである。アルミフレーム（モース硬度比較(以下同様)として硬度２.５〜３.０）に対し先の材質が鉄（硬度４〜５）の場合引抜き時に摩耗があるため、硬度６以上の材料が望ましい為である。

楔形のアーム先端部１７を有するアーム部分１２は、開いた状態からスプリング機構７０を介して外力５０方向に閉じる構造になっている(図７(a))。図６に示す如く、アーム部分１２の先端部１７が、太陽電池積層体１とアルミフレーム３との間に形成された充填材５に、閉じた状態で食い込む様になっている。

以上の実施形態に係る装置は、太陽電池積層体の受光面を構成するガラス基盤が、外部からの衝撃に対して脆く、容易に破壊されるといった問題を解消できる効果を有する。また、ガラス基板が破壊された場合、運搬やリサイクル処理の際に小さなガラス片となって周囲に飛散するため、作業の安全性の確保といった問題も解消できるという効果を有する。さらに、ガラス基板が破壊された太陽電池積層体は、背面のバックシートを内側とした強い反りを生じる性質がある。その為、本来、板状の太陽電池積層体を処理することを想定したリサイクル方法は、反りが生じてロール状となった太陽電池積層体には適用が困難となり、処理コストの増大といった問題も解消できるという効果を有する。

（第２の実施形態）
太陽電池モジュールのリサイクル方法について、一例として上記太陽電池モジュールのリサイクル装置を用いたアルミフレームのリサイクル方法を説明する。

まず、第１工程として、被処理用の太陽電池モジュールの太陽電池積層体１を回転させることなく確実に固定する(図６)。上記アルミフレームのリサイクル装置を使用することにより、作業台１５上に被処理用の太陽電池モジュールを置いて準備し、クランプ１０で太陽電池積層体１を固定することで、太陽電池モジュール全体を確実に固定することができる。

次いで、第２工程として、このアルミフレーム３に密着する充填剤部５にアーム部１７の刃先が食い込む方向にアーム部１２を挿入する(図８(a))。図８は、楔形のアーム部１２が太陽電池モジュールを処理している状況を説明する図である。

この工程では、図５、図８に示す如く、アーム部１２は、アルミフレーム側面部１６に密着して支持し、アルミフレーム３に回転方向への力が加わることを防ぐとともに、アルミフレーム３のコの字部分上下４、５に爪がかかる様に、アーム先端部１７を斜めにカットした楔型のアーム部１２の刃先を充填材部５に食い込ませる(図８(a))。太陽電池積層体１の表面及び裏面にそれぞれアーム先端部１７の刃先がそれぞれの充填材に食い込む様になっている(図８(a))。即ち、太陽電池積層体１は表面とこれに対抗する裏面を有しているが、その太陽電池積層体１の表面と裏面に形成された充填剤部に上下２つに分かれた複数のアーム先端部１７の刃先を同時に食い込ませることができる(図８(a))。上記アーム部１２は、アルミフレーム３の側面部１６に密着して支持し、回転方向への力が加わることを防ぐとともに、アルミフレーム３のコの字部分上下４、５に上刃及び下刃のそれぞれが、かかる構造を有する(図８(a))。ここで、コの字部分のアルミは厚さが１ｍｍ未満と薄く、取外し時に数１００Ｎ〜１ｋＮ以上の力を加えた場合、アーム部１２が外れてしまう危険性があるが、アーム部１２の先端部を斜めにカットした楔型構造とすることにより、充填材部に食い込ませることでこれを抑制している。

最後に、第３の工程として、太陽電池積層体の回転を抑えながら、アーム部１２をその上下の刃先が食い込む方向に移動させてアルミフレーム３を取り外す。アーム部１２を圧力駆動部によって太陽電池モジュールとは反対方向５０、即ち太陽電池積層体１の表面と平行する方向５０に引っ張る(図８(b)) 。このアーム部先端部１７を食い込ませるアーム部１２の移動方向と、圧力駆動部の取外し方向は一致している。ここで、圧力駆動部は取外し方向に最大２ｋＮ、駆動幅２０ｃｍ以上の機能を有することが望ましく、これにより確実にアルミフレームの除去を可能にする(図８(b))。

本実施形態の装置を用いたアルミフレームの取外し方法では、アルミフレームの取外しの際、太陽電池モジュールの各辺の中央部から開始した場合、アルミの変形によって生じる太陽電池積層体の歪みによって、太陽電池積層体のガラス基盤を破壊してしまう方向に力が働くことが抑えられる。このため、ガラス基盤の破壊を抑えつつ、太陽電池モジュール短辺の角接合部から３０ｃｍ以内を１点目とし、時計回り、または反時計回りに順に取り外しを行うことが可能である。

太陽電池モジュールが長方形でない多角形（三角形、台形、五角形等）の場合も短辺の角接合部から３０ｃｍ以内を１点目とし、同様の手順にて取り外しを行うことができる。

本発明により、太陽電池モジュールのリサイクル処理における前処理工程において、ガラス基盤を破壊することなくアルミフレームの取外しを行うことができる。これにより、様々なリサイクル方法が検討されている太陽電池モジュールの後処理工程に対し、安定して太陽電池積層体を供給することができる。

また、本発明における装置はクランプ部、アーム部、圧力駆動部から構成されるが、外部機器（電源、モーター等）を必要とするのは圧力駆動部のみである。このため装置の小型化、低コスト化が容易であり、作業時における操作を簡便にすることが可能である。

１太陽電池積層体
２集電ボックス
３アルミフレーム
４アルミフレームのコの字部分
５充填材
６架台接続用設置部
７固定用ネジ
８Ｌ型楔状のアルミ部材
９アルミフレームの回転による太陽電池積層体の破壊部
１０アーム直線上のクランプ
１１アームに対して左右対称な２点クランプ
１２アーム部
１３圧力駆動部
１４アームの基準線
１５作業台
１６アルミフレーム側面部
１７楔形のアーム先端部

Claims

太陽電池積層体に充填剤部を介してアルミフレームが形成された太陽電池モジュールを固定する第１工程と、
一次元方向に移動可能でかつ斜めにカットした刃先の先端部を有するアーム部を前記充填剤部に前記刃先が食い込む方向に前記アーム部を挿入する第２工程と、
前記アルミフレームの回転を抑えながら、前記アーム部を前記食い込む一次元方向に移動させて前記アルミフレームを前記太陽電池積層体から取り外す第３工程と、
を備える太陽電池モジュールのリサイクル方法。
前記太陽電池積層体の表面と裏面に形成された充填剤部に前記刃先を同時に食い込ませる第２工程を有する請求項１に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
前記アーム部の移動方向は前記太陽電池積層体の表面と平行する一次元方向である、請求項１に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
前記アーム部の移動する方向とは反対方向でかつ前記アーム部の少なくとも中心線上の前記表面で前記太陽電池モジュールを固定する、請求項１に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
前記アーム部の移動する方向とは反対方向でかつ前記アーム部の中心線を基準として左右対称となる２点の前記表面で前記太陽電池モジュールを固定する、請求項１に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
太陽電池積層体に充填剤部を介してアルミフレームが形成された太陽電池モジュールを固定するクランプ部と、
一次元方向に移動可能でかつ斜めにカットした刃先のアーム先端部を有し、前記充填剤部に前記刃先が食い込む方向に挿入可能なアーム部と、
前記アルミフレームの回転を抑えながら、前記アーム部を前記食い込む一次元方向に移動させて前記アルミフレームを前記太陽電池積層体から取り外す圧力駆動部と、
を備える太陽電池モジュールのリサイクル装置。
前記アーム部は、前記太陽電池積層体の表面と裏面に形成された充填剤部に前記刃先を食い込ませる複数の前記アーム先端部を有する請求項６に記載の太陽電池モジュールのリサイクル装置。
前記刃先は、前記一次元方向に対しての角度θが、４５°以上、８０°以下である請求項６に記載の太陽電池モジュールのリサイクル装置。
前記クランプ部は、前記アーム部の移動する方向とは反対方向でかつ前記アーム部の少なくとも中心線上に配置された請求項６に記載の太陽電池モジュールのリサイクル装置。
前記クランプ部は、前記アーム部の移動する方向とは反対方向でかつ前記アーム部の中心線を基準として左右対称となる２点に配置された請求項６に記載の太陽電池モジュールのリサイクル装置。