JP2021023839A - Selective decomposition method and decomposition device for solar panel - Google Patents

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Chiharu Tokoro
千晴 所
隆男 浪平
Takao Namihira
隆男 浪平
大亮 土居
Daisuke Doi
大亮 土居
悠介 浪越
Yusuke Namikoshi
悠介 浪越
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Abstract

To provide selective decomposition method and decomposition device for solar panel by which decomposition can be performed with less work time, and useful substances can be selectively separated and concentrated with low environmental load and low cost.SOLUTION: According to this decomposition method and decomposition device for a solar panel 1 as a disposal object, a cover glass 3 is removed from a cell sheet 4, which constitutes the solar panel 1, by use of a hot knife, a plurality of electrodes 9 are brought into contact with each other at positions separated from a conductor 5 on the cell sheet 4, a voltage is applied between the plurality of electrodes 9 to selectively take out useful substances from the cell sheet 4 by electric pulse.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電気パルスによる太陽光パネルの選択的解体方法および解体装置に関する。 The present invention relates to a method for selectively disassembling a solar panel by an electric pulse and a disassembling device.

近年、日本国内においても太陽光パネルの設置が進み、自然環境に対する負荷の軽減に一定の効果を上げている。しかし、太陽光パネルには製品寿命があり、製品によって異なるものの、20年程度が経過すると実用面での寿命に達する。また、太陽光パネルは、製品寿命に到達する前であっても、地震や台風等の自然災害によって一部または全体が破損するなどして使用に耐えなくなる場合もある。このような事情から、今後太陽光パネルの廃棄量は増大することが予想されている。 In recent years, the installation of solar panels has progressed in Japan as well, and it has achieved a certain effect in reducing the load on the natural environment. However, the solar panel has a product life, and although it varies depending on the product, it reaches the practical life after about 20 years. Further, even before the product life is reached, the solar panel may not be usable due to partial or total damage due to a natural disaster such as an earthquake or a typhoon. Under these circumstances, it is expected that the amount of solar panels discarded will increase in the future.

従来から、故障や製品ライフサイクルの変化に伴い使用されなくなった通信端末機器や家電製品などは、業者により回収された後、分解・解体してリサイクルやリユースされていた。通信端末機器や家電製品などは、人手による分解を経た後、破砕機などで物理的に解体されることが多かった。しかし、そのような作業では多くの人手を要し、解体後の部材のリサイクルやリユースにも問題があった。 Traditionally, communication terminal devices and home appliances that are no longer used due to breakdowns or changes in the product life cycle have been collected by vendors, then disassembled and disassembled for recycling and reuse. Communication terminal devices and home appliances were often physically disassembled by a crusher after being manually disassembled. However, such work requires a lot of manpower, and there is a problem in recycling and reusing parts after dismantling.

このような事情から、近年では水中においてパルスパワー放電を起こすことにより、廃棄対象物を分解する方法が種々提案されている。 Under these circumstances, in recent years, various methods of decomposing waste objects by causing pulse power discharge in water have been proposed.

たとえば、特許文献1には次の発明が記載されている。非金属成分または部分的に金属成分から凝結された固体を粉砕し、電気エネルギー蓄積器を迅速に放電することにより均質の非金属固体を細分化する方法であって、前記固体を非導電性または弱導電性の処理用液体に浸し、前記処理用液体は容器中に収容されており、かつ該処理用液体中では、高電圧電極およびアース電極から成る装置が、該処理用液体と固体から成る混合物の中へ突出しており、前記電極の端部は相互に所定の間隔を有する形式の方法において、高電圧電極の端部とアース電極の端部との相互間に所定のステップからなる高電圧パルスを印加し、液体中に発生する衝撃波によって、固体を粉砕・細分化する方法。 For example, Patent Document 1 describes the following invention. A method of subdividing a homogeneous non-metallic solid by crushing a non-metallic component or a solid partially condensed from a metallic component and rapidly discharging an electrical energy store, wherein the solid is non-conductive or Immersed in a weakly conductive treatment liquid, the treatment liquid is contained in a container, and in the treatment liquid, a device consisting of a high voltage electrode and an earth electrode is composed of the treatment liquid and a solid. A high voltage consisting of predetermined steps between the ends of the high voltage electrode and the ends of the ground electrode in a manner that projects into the mixture and the ends of the electrodes are spaced apart from each other. A method of crushing and subdividing a solid by applying a pulse and using a shock wave generated in a liquid.

また、特許文献2には次の発明が記載されている。周囲液体ならびに再使用すべき材料及び/または製品を含む反応器中にある少なくとも2つの電極間に一連の放電を発生させ、前記一連の放電が、前記放電のエネルギー、周波数の結果、ならびに前記電極間の電圧及び切換時間により、前記反応器中で処理すべき前記材料及び/または製品全体にわたって伝搬する機械的衝撃波を生じさせる、材料及び/または製品をパルス状電力により再使用するための方法であって、発生した前記機械的衝撃波により弱体化させる第一工程の後、放電が前記放電の直接的効果により前記材料の粉砕を行うように放電のエネルギー、放電を発生する電極間の電圧、切換時間及び放電周波数が選択された一連の放電に前記材料及び/または製品を晒し、かつ前記材料及び/または製品をマイクロ波の発生による熱誘導により乾燥させる方法。 Further, Patent Document 2 describes the following invention. A series of discharges is generated between at least two electrodes in the reactor containing the ambient liquid and the material and / or product to be reused, and the series of discharges is the result of the energy, frequency of the discharge, and the electrodes. A method for reusing a material and / or product with pulsed power that produces a mechanical shock wave propagating throughout the material and / or product to be processed in the reactor, depending on the voltage and switching time between them. After the first step of weakening by the generated mechanical shock wave, the discharge energy, the voltage between the electrodes that generate the discharge, and the switching so that the discharge crushes the material by the direct effect of the discharge. A method of exposing the material and / or product to a series of discharges of selected time and discharge frequency and drying the material and / or product by thermal induction by the generation of microwaves.

さらに、特許文献3には次の発明が記載されている。高電圧放電を用いた、流し込み可能な材料を破片化および/または弱化するための方法であって、a)1つまたは複数の高電圧発生器に対応配置されており、該高電圧発生器により高電圧パルスを供給可能な電極ユニットを用意するステップと、b)流し込み可能な材料から成る材料流を、該材料流を運ぶ搬送装置により、前記電極ユニットのそばを通過させて案内し、このとき前記材料流を、処理液中に浸漬させるステップと、c)前記材料流を、前記電極ユニットのそばを通過させて案内する間に、前記電極ユニットに高電圧パルスを供給することで、高電圧による絶縁破壊を、前記材料流を貫いて生じさせるステップと、を有し、前記電極ユニットの各電極は、上方から前記処理液中に浸漬されており、前記高電圧による絶縁破壊が間に生ぜしめられる前記各電極は、それぞれ材料通過案内方向に対して横方向に所定の電極間隔をあけて向かい合っている、流し込み可能な材料を破片化および/または弱化するための方法。 Further, Patent Document 3 describes the following invention. A method for fragmenting and / or weakening a pourable material using a high voltage discharge, a) corresponding to one or more high voltage generators, by said high voltage generator. A step of preparing an electrode unit capable of supplying a high voltage pulse and b) a material flow made of a pouring material are guided by a transport device carrying the material flow by passing by the electrode unit. High voltage by supplying a high voltage pulse to the electrode unit during the step of immersing the material flow in the treatment liquid and c) guiding the material flow by passing by the electrode unit. Each electrode of the electrode unit is immersed in the treatment liquid from above, and the insulation breakage due to the high voltage occurs in between. A method for fragmenting and / or weakening a pourable material, wherein each of the electrodes to be squeezed faces a predetermined electrode spacing in the lateral direction with respect to the material passage guide direction.

また、太陽電池モジュールのリサイクル方法として、特許文献4には次の発明が記載されている。ガラス材及び太陽電池素子を積層すると共に、所定の充填材によりシート状の裏面保護材を接着してなる太陽電池モジュールのリサイクル方法であって、上記裏面保護材がシート形状を維持した状態で、上記ガラス材及び太陽電池素子を破砕する破砕工程と、上記破砕されたガラス材及び太陽電池素子と接着する充填材を加熱して軟化させる軟化工程と、上記ガラス材及び太陽電池素子が破砕された太陽電池モジュールにおいて、上記軟化した充填材にブレードをあてがって上記裏面保護材を分離する分離工程と、上記裏面保護材を分離させたガラス材及び太陽電池素子を粉砕する粉砕工程と、を有する、ことを特徴とする太陽電池モジュールのリサイクル方法。 Further, as a method for recycling a solar cell module, Patent Document 4 describes the following invention. A method for recycling a solar cell module in which a glass material and a solar cell element are laminated and a sheet-shaped back surface protective material is adhered with a predetermined filler. The back surface protective material maintains the sheet shape. The crushing step of crushing the glass material and the solar cell element, the softening step of heating and softening the filler adhering to the crushed glass material and the solar cell element, and the crushing of the glass material and the solar cell element. The solar cell module includes a separation step of applying a blade to the softened filler to separate the back surface protective material, and a crushing step of crushing the glass material from which the back surface protective material is separated and the solar cell element. A method of recycling solar cell modules, which is characterized by this.

しかし、特許文献1に記載された発明は、水中に固定した電極によって主に水の衝撃波を用いて対象物を粉砕するものであり、不要な部位までも粉砕してしまい、選択的に解体することができない問題があった。 However, the invention described in Patent Document 1 crushes an object mainly by using a shock wave of water with an electrode fixed in water, and even an unnecessary part is crushed and selectively disassembled. There was a problem that I couldn't do.

また、特許文献2に記載された発明も、反応器中の対象物を全体的に粉砕するもので、対象物の特定部位を選択的に解体することができない問題があった。 Further, the invention described in Patent Document 2 also has a problem that the object in the reactor is totally pulverized and a specific part of the object cannot be selectively disassembled.

さらに、特許文献3に記載された発明は、電極位置を固定して対象物をコンベア等により流し込み、ランダムに高電圧放電することで破片化・弱化するもので、選択的に解体することができない問題があった。 Further, in the invention described in Patent Document 3, the electrode position is fixed, the object is poured by a conveyor or the like, and the object is randomly discharged at a high voltage to be fragmented and weakened, and cannot be selectively disassembled. There was a problem.

上記特許文献1〜3に記載された発明は、いずれの発明も放電経路に対するランダム性が高く、選択的、局所的に解体するものではないことから、高電圧パルスの照射回数を多くして対象物全体を解体すると、必要以上に細かく粉砕されることになる。また、不必要な部位まで細かく解体されることに伴い、解体に要するエネルギー量が大きいという問題があった。 Since all of the inventions described in Patent Documents 1 to 3 have high randomness with respect to the discharge path and are not selectively and locally disassembled, the number of irradiations of the high voltage pulse is increased. When the whole thing is disassembled, it will be crushed more finely than necessary. In addition, there is a problem that the amount of energy required for dismantling is large as unnecessary parts are disassembled into small pieces.

また、特許文献4に記載された発明は、太陽電池モジュールのガラス材を機械的に破砕し、加熱することによって充填材を軟化させてガラス材を分離するもので、解体に要するエネルギー量が大きく、資源のリサイクルという面でも問題があった。 Further, in the invention described in Patent Document 4, the glass material of the solar cell module is mechanically crushed and heated to soften the filler to separate the glass material, and the amount of energy required for disassembly is large. There was also a problem in terms of resource recycling.

特開平9−75769号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-75769 特許第5734875号公報Japanese Patent No. 5734875 特表2018−506429号公報Special Table 2018-506429 特許第5574750号公報Japanese Patent No. 5574750

本発明は上述した事情に照らし、少ない作業時間で解体でき、低環境負荷、低コスト、かつ有用物質を選択的に分離濃縮できる太陽光パネルの解体方法および解体装置を提供することを課題とする。 In light of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for disassembling a solar panel that can be disassembled in a short working time, has a low environmental load, is low in cost, and can selectively separate and concentrate useful substances. ..

本発明は、廃棄対象となった太陽光パネルの解体方法であって、前記太陽光パネルを構成するセルシート上の導体の離間した位置に複数の電極を当接し、前記複数の電極間に電圧を印加して電気パルスにより、前記セルシートから有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体方法である。 The present invention is a method for disassembling a solar panel to be discarded, in which a plurality of electrodes are brought into contact with each other at positions separated from conductors on a cell sheet constituting the solar panel, and a voltage is applied between the plurality of electrodes. This is a method for disassembling a solar panel, characterized in that useful substances are selectively extracted from the cell sheet by applying an electric pulse.

また、前記太陽光パネルからカバーガラスを破砕することなく剥がした後、前記セルシート上の導体の離間した位置に複数の電極を当接し、前記複数の電極間に電圧を印加して電気パルスにより、前記セルシートから有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体方法である。 Further, after peeling the cover glass from the solar panel without crushing, a plurality of electrodes are brought into contact with each other at positions separated from the conductors on the cell sheet, and a voltage is applied between the plurality of electrodes by an electric pulse. , A method for disassembling a solar panel, which comprises selectively extracting useful substances from the cell sheet.

さらに、前記カバーガラスをホットナイフにより前記太陽光パネルから剥がすことを特徴とする解体方法である。 Further, the dismantling method is characterized in that the cover glass is peeled off from the solar panel with a hot knife.

また、本発明は、廃棄対象となった太陽光パネルの解体装置であって、前記太陽光パネルを構成するセルシート上の導体の離間した位置に当接する複数の電極と、前記複数の電極間に電気パルスを印加する電気パルス発生装置とを備え、前記太陽光パネルを水中または気中において細線爆発させて有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体装置である。 Further, the present invention is a device for disassembling a solar panel to be discarded, and is between a plurality of electrodes abutting at separated positions of conductors on a cell sheet constituting the solar panel and the plurality of electrodes. It is a solar panel disassembling device including an electric pulse generator for applying an electric pulse to the solar panel, and selectively extracting useful substances by causing the solar panel to explode with a thin wire in water or air.

本発明によれば、廃棄対象となった太陽光パネルを少ない作業時間で解体できる。また、解体に要するエネルギー量が少ないことから、太陽光パネルを低コストで解体でき、環境負荷が小さい。さらに、銀や銅などの有用物質を選択的に分離濃縮した状態で回収することが可能なことから、資源循環型社会の構築に寄与することができる。 According to the present invention, the solar panel to be discarded can be disassembled in a short working time. In addition, since the amount of energy required for dismantling is small, the solar panel can be dismantled at low cost and the environmental load is small. Furthermore, since useful substances such as silver and copper can be selectively separated and concentrated, they can contribute to the construction of a resource-recycling society.

本発明が適用される太陽光パネルの解体工程フロー図である。It is a disassembly process flow chart of the solar panel to which this invention is applied. セルシートの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of a cell sheet. 太陽光パネルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the solar panel. セルシートに端子を接続した状態を示す外観図である。It is an external view which shows the state which the terminal is connected to the cell sheet. 第2の実施の形態による解体状態を示す外観図である。It is an external view which shows the disassembled state by 2nd Embodiment. 第3の実施の形態による解体状態を示す外観図である。It is an external view which shows the disassembled state by 3rd Embodiment. 銅粒子のSEM観察による拡大図である。It is an enlarged view by SEM observation of a copper particle. 銅粒子のSEM観察による拡大図である。It is an enlarged view by SEM observation of a copper particle. シリコン粒子のSEM写真による拡大図である。It is an enlarged view by SEM photograph of a silicon particle. シリコン粒子のSEM写真による拡大図である。It is an enlarged view by SEM photograph of a silicon particle.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明が適用される太陽光パネル1の解体工程フロー図である。回収された使用済太陽光パネル1は、そのまま再利用できるか否か診断され(ステップ10)、再利用できるものは、そのままリユースされる。再利用できないと判断されたものは、太陽光パネル1を保護している外枠としてのアルミフレーム2が取り外される(ステップ11)。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart of a dismantling process of a solar panel 1 to which the present invention is applied. The recovered used solar panel 1 is diagnosed as to whether or not it can be reused as it is (step 10), and the one that can be reused is reused as it is. If it is determined that the solar panel cannot be reused, the aluminum frame 2 as the outer frame protecting the solar panel 1 is removed (step 11).

次に、太陽光パネル1の表面を保護しているカバーガラス3の破損の有無が判断される(ステップ12)。カバーガラス3が破損していないものは、セルシート4からガラスを破損しないように剥離すべく、ガラス板切り出し工程に移行する(ステップ13)。ガラスが破損しているものについては後述する。 Next, it is determined whether or not the cover glass 3 protecting the surface of the solar panel 1 is damaged (step 12). When the cover glass 3 is not damaged, the process proceeds to a glass plate cutting step in order to peel the glass from the cell sheet 4 so as not to damage the glass (step 13). The broken glass will be described later.

ガラス板の切り出し工程については、すでに実用に供されているホットナイフ法によって行うことができる。ホットナイフ法は、たとえば特開2016−203061号公報に開示されているように、ヒーターにより加熱したホットナイフと称されるブレード(図示省略)を用いてガラス板をセルシート4から剥がすものである。短時間で効率的にガラス板を剥がすことができる特徴を有する。 The process of cutting out the glass plate can be performed by the hot knife method already in practical use. In the hot knife method, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-203061, the glass plate is peeled off from the cell sheet 4 by using a blade (not shown) called a hot knife heated by a heater. .. It has the feature that the glass plate can be peeled off efficiently in a short time.

剥がされたガラス板は一見すると傷がないようであっても、表面に細かな傷がついている場合が多く、そのまま板ガラスの商品として流通させることはできない。そこで、ガラス板の表面をポリッシングすることによって傷を除去した後、板ガラスの商品として流通される。ポリッシングによって再生できないものについては、ガラスカレットとしてガラス窯で溶融され、ガラスの原材料として活用される。 Even if the peeled glass plate does not seem to have scratches at first glance, it often has fine scratches on its surface and cannot be distributed as a flat glass product as it is. Therefore, after removing scratches by polishing the surface of the glass plate, it is distributed as a flat glass product. Those that cannot be regenerated by polishing are melted in a glass kiln as glass cullet and used as raw materials for glass.

本発明の主たる適用対象は、ガラス板3が剥がされた後のセルシート4である。セルシート4には、銅や銀など経済的価値の高い金属やシリコンなどの有用物質が多く含まれている。これらの有用物質を短時間、かつ少ないエネルギーで、効率的に回収できることが本発明の特徴である。具体的には、細線爆発法によって衝撃波を発生させ、セルシート4から有用物質を回収する(ステップ14)。 The main object of application of the present invention is the cell sheet 4 after the glass plate 3 has been peeled off. The cell sheet 4 contains a large amount of useful substances such as silicon and metals having high economic value such as copper and silver. A feature of the present invention is that these useful substances can be efficiently recovered in a short time and with a small amount of energy. Specifically, a shock wave is generated by a thin wire explosion method, and a useful substance is recovered from the cell sheet 4 (step 14).

細線爆発法自体は、古くから知られている技術であり、一般的には直径1mm程度の細径の銅線やアルミニウム線に、静電容量の大きなコンデンサに充電した電荷を一気に放電し、銅線やアルミニウム線を爆発させて必要な衝撃波を得るものである。 The thin wire explosion method itself is a technology that has been known for a long time. Generally, a copper wire or aluminum wire having a diameter of about 1 mm is discharged at once by discharging the electric charge charged in a capacitor having a large capacitance to copper. It explodes a wire or aluminum wire to obtain the required shock wave.

したがって、細線爆発法を適用して対象物を解体するためには、予め対象物に細線として良導体が備えられていることが必要となる。ここで、好都合なことに、太陽光パネル1のセルシート4には、帯状の銅線5が所定間隔ごとに備えられている。 Therefore, in order to disassemble the object by applying the thin wire explosion method, it is necessary that the object is provided with a good conductor as a thin wire in advance. Here, conveniently, the cell sheet 4 of the solar panel 1 is provided with strip-shaped copper wires 5 at predetermined intervals.

図2は、シリコン系の電池セル6の一部を示す平面図であり、図3は、電池セル6を組み立てた太陽光パネル1を模式的に表した断面図である。個々の電池セル6の大きさは1辺が10〜15cm程度であり発生する電力は小さく、電圧も低いため、複数の電池セル6を銅線5で直列接続してから電力を外部に取り出すようになっている。実際の太陽光パネル1では図3の断面図に示すように、セルシート4はバックシート7とカバーガラス3の間に配置され、これらの部材を接着充填剤8としてのEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)により所定位置に固定・保護している。 FIG. 2 is a plan view showing a part of a silicon-based battery cell 6, and FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a solar panel 1 in which the battery cell 6 is assembled. Since the size of each battery cell 6 is about 10 to 15 cm on a side, the generated power is small, and the voltage is low, the power should be taken out after connecting a plurality of battery cells 6 in series with a copper wire 5. It has become. In the actual solar panel 1, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the cell sheet 4 is arranged between the back sheet 7 and the cover glass 3, and these members are used as an adhesive filler 8 for EVA (ethylene vinyl acetate). It is fixed and protected in place by a polymer).

[第1の実施の形態]
図4は、第1の実施の形態を示している。実験に用いたセルシート片4は、図4(a)に示す写真のように、使用済のシリコン系太陽電池のセルシート4から、概ね縦43mm×横53mmを切り出したものである。このセルシート片4には、左右に2つの電池セル6の一部が含まれ、その中央部に帯状の銅線が備えられている。銅線の両端(図では上端と下端)には、電源となる蓄電されたコンデンサに接続するための端子9が取り付けられる。この実施の形態においては、静電容量40μFのコンデンサを15kVの電圧で充電した後、大気中において、充電した電荷を両端子9間に一気に放電した。この放電によるエネルギー量は4500ジュールである。
[First Embodiment]
FIG. 4 shows a first embodiment. As shown in the photograph shown in FIG. 4A, the cell sheet piece 4 used in the experiment is obtained by cutting out approximately 43 mm in length × 53 mm in width from the cell sheet 4 of a used silicon-based solar cell. The cell sheet piece 4 includes a part of two battery cells 6 on the left and right, and a strip-shaped copper wire is provided at the center thereof. Terminals 9 for connecting to a stored capacitor that serves as a power source are attached to both ends of the copper wire (upper end and lower end in the figure). In this embodiment, after charging a capacitor having a capacitance of 40 μF with a voltage of 15 kV, the charged charge is discharged at once between both terminals 9 in the atmosphere. The amount of energy generated by this discharge is 4500 joules.

なお、ここでは銅線と称しているが、この銅線は電池セルの製造プロセスにおいて形成されるものであって、Cu成分だけから組成されるものではない。図4(b)に示すように、Cu成分の他に、Sn、Pb、Agの各成分が含まれている。具体的には、Cu78.8%、Sn8.7%、Pb4.4%、Ag0.82%の構成比となっている。これらの有用物質を含有する銅線はセルシート片に単位面積当たり5.68g/m2が含まれている。 Although it is referred to as a copper wire here, the copper wire is formed in the manufacturing process of the battery cell and is not composed only of the Cu component. As shown in FIG. 4B, each component of Sn, Pb, and Ag is contained in addition to the Cu component. Specifically, the composition ratio is Cu78.8%, Sn8.7%, Pb4.4%, and Ag0.82%. The copper wire containing these useful substances contains 5.68 g / m 2 per unit area in the cell sheet piece.

電池セルが形成されたセルシート全体では、シリコン成分が多いが、量的にもっとも多い成分は、バックシートとカバーガラスとの間に電池セルを適切に固定するとともに、物理的な外力から保護する絶縁物としてのEVAである。各成分の構成比は、Cu5.34%、Al2.05%、Ag0.09%、Si19.55%、絶縁物68.63%となっている。 The entire cell sheet on which the battery cell is formed has a large amount of silicon component, but the component with the largest amount is to properly fix the battery cell between the back sheet and the cover glass and protect it from physical external force. EVA as an insulator. The composition ratio of each component is Cu 5.34%, Al 2.05%, Ag 0.09%, Si 19.55%, and an insulator 68.63%.

電池セルが形成されたセルシートの上面では、Si成分が多いものの、他にAg、Alの各成分を含んでいる。具体的には、Ag0.11%、Si40.81%、Al0.62%、絶縁物56.9%の構成比となっている。これらの有用物質は、単位面積当たり26.7g/m2が含まれている。 The upper surface of the cell sheet on which the battery cell is formed contains a large amount of Si component, but also contains Ag and Al components. Specifically, the composition ratio is Ag 0.11%, Si 40.81%, Al 0.62%, and an insulator 56.9%. These useful substances contain 26.7 g / m 2 per unit area.

一方、セルシートの下面では、セルシートの上面に較べるとSiの構成比は低くなり、絶縁物の構成比が高くなる。具体的には、Ag0.0%、Si10.47%、Al2.98%、絶縁物82.2%の構成比となっている。これらの有用物質は、単位面積当たり51.7g/m2が含まれている。 On the other hand, on the lower surface of the cell sheet, the composition ratio of Si is lower than that on the upper surface of the cell sheet, and the composition ratio of the insulator is higher. Specifically, the composition ratio is Ag 0.0%, Si 10.47%, Al 2.98%, and an insulator 82.2%. These useful substances contain 51.7 g / m 2 per unit area.

[第2の実施の形態]
図5は、第2の実施の形態を示している。実験に用いたセルシート片4は、第1の実施の形態で用いたものと同一である。この実施の形態においては、静電容量2.4μFのコンデンサを45kVの電圧で充電した後、水を満たした容器内にセルシート片4を沈め、銅線5に取り付けた端子9間に2430ジュールのエネルギーを瞬時に印加した。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a second embodiment. The cell sheet piece 4 used in the experiment is the same as that used in the first embodiment. In this embodiment, after charging a capacitor having a capacitance of 2.4 μF with a voltage of 45 kV, the cell sheet piece 4 is submerged in a container filled with water, and 2430 joules are provided between the terminals 9 attached to the copper wire 5. Energy was applied instantly.

図5(a)は、細線爆発後に残ったセルシート片4の表面状態を示すものであり、セルシート片4の縦中央部に備えられていた銅線5は爆発によって完全に無くなっているが、電池セル6が形成されたセルシート4は、その一部がバックシート7から剥離しているにすぎない。残セルシートに含まれる有用物質は、Cu0.21%、Al3.19%、Ag0.02%、Si23.46%、絶縁物69.8%であった。 FIG. 5A shows the surface state of the cell sheet piece 4 remaining after the thin wire explosion, and the copper wire 5 provided in the vertical center portion of the cell sheet piece 4 is completely lost by the explosion. The cell sheet 4 on which the battery cell 6 is formed is only partially peeled off from the back sheet 7. The useful substances contained in the remaining cell sheet were Cu 0.21%, Al 3.19%, Ag 0.02%, Si 23.46%, and an insulator 69.8%.

図5(b)は、水中での細線爆発によって水中に飛散した懸濁粒子を回収したものである。これらの懸濁粒子の成分を分析すると、Cu33.9%、Al3.0%、Si55.3%、Ag0.8%であった。 FIG. 5B is a collection of suspended particles scattered in water due to a fine wire explosion in water. Analysis of the components of these suspended particles revealed that Cu was 33.9%, Al was 3.0%, Si was 55.3%, and Ag was 0.8%.

残セルシートに含まれる有用物質の量と水中懸濁粒子の量とを比較すると、CuやAgの大半は水中懸濁粒子となっており、残セルシートに含まれる量は僅かであった。また、Siについても大半が水中懸濁粒子となっている。Alだけが例外的に約半分しか水中懸濁粒子とならず、約半分が残セルシートに含まれていた。 Comparing the amount of useful substances contained in the remaining cell sheet and the amount of suspended particles in water, most of Cu and Ag were suspended particles in water, and the amount contained in the remaining cell sheet was small. Most of Si is also suspended in water. Only about half of Al was suspended in water, and about half was contained in the remaining cell sheet.

このように細線爆発法によりセルシートを水中で爆発させると、多くの有用物質を水中懸濁粒子として効率的に回収することができる。 When the cell sheet is exploded in water by the fine wire explosion method in this way, many useful substances can be efficiently recovered as suspended particles in water.

[第3の実施の形態]
図6は、第3の実施の形態を示している。実験に用いたセルシート片4は、第1および第2の実施の形態で用いたものと同一である。この実施の形態においては、静電容量40μFのコンデンサを15kVの電圧で充電した後、水を満たした容器内にセルシート片4を沈め、銅線5に取り付けた端子9間に4500ジュールのエネルギーを瞬時に印加した。
[Third Embodiment]
FIG. 6 shows a third embodiment. The cell sheet piece 4 used in the experiment is the same as that used in the first and second embodiments. In this embodiment, after charging a capacitor having a capacitance of 40 μF with a voltage of 15 kV, the cell sheet piece 4 is submerged in a container filled with water, and energy of 4500 joules is generated between the terminals 9 attached to the copper wire 5. Was applied instantly.

図6(a)は、細線爆発後に残ったセルシート片4の表面状態を示すものであり、セルシート片4の縦中央部に配設されていた銅線5の位置で、左右のセルシート4は分断されている。また、バックシート7もセルシート4から剥がれている。ここで、残セルシートに含まれる有用物質は、Cu0.09%、Al1.67%、Ag0.03%、Si17.89%、絶縁物78.0%であった。 FIG. 6A shows the surface state of the cell sheet piece 4 remaining after the thin wire explosion, and is the position of the copper wire 5 arranged in the vertical center portion of the cell sheet piece 4 on the left and right cell sheets. 4 is divided. The back sheet 7 is also peeled off from the cell sheet 4. Here, the useful substances contained in the remaining cell sheet were Cu 0.09%, Al 1.67%, Ag 0.03%, Si 17.89%, and an insulator 78.0%.

図6(b)は、水中での細線爆発によって水中に飛散した懸濁粒子を回収したものである。これらの懸濁粒子の成分を分析すると、Cu50.9%、Al8.7%、Si31.9%、Ag1.1%であった。 FIG. 6B is a collection of suspended particles scattered in water due to a fine wire explosion in water. Analysis of the components of these suspended particles revealed that Cu was 50.9%, Al was 8.7%, Si was 31.9%, and Ag was 1.1%.

残セルシートに含まれる有用物質の量と水中懸濁粒子の量とを比較すると、CuやAgの殆どは水中懸濁粒子となっており、残セルシートに含まれる量はごく僅かであった。また、SiやAlについても大半が水中懸濁粒子となっており、残セルシートに含まれる量は少なかった。第3の実施の形態では、第2の実施の形態に較べ、すべての有用物質において水中懸濁粒子となる量が多くなっている。この差違は、細線爆発のエネルギー量の違いに起因するものと考えられる。 Comparing the amount of useful substances contained in the remaining cell sheet and the amount of suspended particles in water, most of Cu and Ag were suspended particles in water, and the amount contained in the remaining cell sheet was very small. .. In addition, most of Si and Al were suspended particles in water, and the amount contained in the remaining cell sheet was small. In the third embodiment, the amount of suspended particles in water is larger in all useful substances than in the second embodiment. This difference is considered to be due to the difference in the amount of energy of the thin wire explosion.

図7は、第2の実施の形態や第3の実施の形態で得られた水中懸濁粒子を、既存技術である形状選別法によって選別し、取り出したCu粒子の外観を示すものである。細線爆発によって昇華したCu成分は水中で冷却され、Cu粒子の形状は概ね球状になっている。粒子の大きさは一定ではないものの、概ね直径が数十μm となっている。 FIG. 7 shows the appearance of Cu particles taken out by sorting the suspended particles in water obtained in the second embodiment and the third embodiment by a shape sorting method which is an existing technique. The Cu component sublimated by the fine wire explosion is cooled in water, and the shape of the Cu particles is substantially spherical. Although the size of the particles is not constant, the diameter is generally several tens of μm.

図8は、図7に示すCu粒子について成分を分析したものである。分析した2つのCu粒子のうち、一つは視野1においてCuが91.48%、他の一つは視野3においてCuが89.56%であった。このようにCu成分は高濃度な粒子として形成されていることが分かる。選別回収されたCu粒子を精製して再利用する場合において、Cu成分が高濃度な粒子であれば精製は容易となり経済効率が高まる利点がある。 FIG. 8 is an analysis of the components of the Cu particles shown in FIG. 7. Of the two Cu particles analyzed, one had 91.48% Cu in visual field 1 and the other had 89.56% Cu in visual field 3. As described above, it can be seen that the Cu component is formed as high-concentration particles. When the sorted and recovered Cu particles are purified and reused, if the particles have a high concentration of Cu components, the purification is easy and the economic efficiency is improved.

図9は、第2の実施の形態や第3の実施の形態で得られた水中懸濁粒子を、既存技術である形状選別法によって選別し、取り出したSi粒子の外観を示すものである。細線爆発によって昇華したSi成分は水中で冷却され、粒子は粗い表面を有する塊状になっている。粒子の大きさは一定ではないものの、概ね長辺が100μm 余となっている。 FIG. 9 shows the appearance of Si particles taken out by sorting the suspended particles in water obtained in the second embodiment and the third embodiment by a shape sorting method which is an existing technique. The Si component sublimated by the fine wire explosion is cooled in water, and the particles are agglomerated with a rough surface. Although the size of the particles is not constant, the long side is about 100 μm.

図10は、Si粒子について成分を分析したものである。分析した2つのSi粒子のうち、一つは視野1においてSiが98.50%、視野2においてSiが96.92%であった。また、他の一つは視野3においてSiが99.18%であった。このようにSi成分は高濃度な粒子として形成されていることが分かる。選別回収されたSi粒子を精製して再利用する場合において、Si成分が高濃度な粒子であれば精製は容易となり経済効率が高まる利点がある。 FIG. 10 is an analysis of the components of Si particles. Of the two Si particles analyzed, one had 98.50% Si in visual field 1 and 96.92% Si in visual field 2. The other one had 99.18% Si in the field of view 3. As described above, it can be seen that the Si component is formed as high-concentration particles. When the sorted and recovered Si particles are purified and reused, if the particles have a high concentration of Si components, the purification is easy and the economic efficiency is improved.

つぎに、図1のステップ15において、ガラスの破損があるものについて説明する。回収した太陽光パネル1のうち、カバーガラス3が破損しており、セルシート4からガラス3を剥がすことができないものについては、セルシート4上の銅線5を利用して細線爆発をさせることができない。そこで、別途、直径1mm程度の細径の銅線またはアルミニウム線を使用して細線爆発を行う。この場合、細線爆発によって解体された太陽光パネルから得られる残渣は、金属屑等とガラスカレットになる。金属屑等については、上述した第2の実施の形態や第3の実施の形態と同様、高濃度な粒子として回収することができる。また、ガラスカレットについても高純度なガラス粒子として回収することができる。 Next, in step 15 of FIG. 1, a glass with breakage will be described. Of the recovered solar panels 1, if the cover glass 3 is damaged and the glass 3 cannot be peeled off from the cell sheet 4, the copper wire 5 on the cell sheet 4 is used to cause a thin wire explosion. I can't. Therefore, separately, a thin wire explosion is performed using a copper wire or an aluminum wire having a small diameter of about 1 mm. In this case, the residue obtained from the solar panel dismantled by the thin wire explosion becomes metal scraps and the like and glass cullet. The metal scraps and the like can be recovered as high-concentration particles as in the second embodiment and the third embodiment described above. In addition, glass cullet can also be recovered as high-purity glass particles.

上述した実施の形態においては、シリコン系の太陽光パネルの例について説明したが、本発明を適用できる太陽光パネルはシリコン系に限らず、化合物系や有機系など他の太陽光パネルについても適用できる。また、上述した実施の形態においては、水中懸濁粒子から銅やシリコンを選別する方法として形状選別法を使用したが、水中懸濁粒子の比重の違いを利用して選別するなど、他の物理的選別法を使用することもできる。 In the above-described embodiment, an example of a silicon-based solar panel has been described, but the solar panel to which the present invention can be applied is not limited to silicon-based, but is also applied to other solar panels such as compound-based and organic-based. it can. Further, in the above-described embodiment, the shape selection method is used as a method for selecting copper and silicon from the suspended particles in water, but other physics such as selection using the difference in specific gravity of the suspended particles in water is used. A specific sorting method can also be used.

本発明に係る太陽光パネルの選択的解体方法および解体装置は、廃棄対象となった太陽光パネルのリサイクルやリユースに利用することができる。 The method for selectively disassembling the solar panel and the disassembling device according to the present invention can be used for recycling or reusing the solar panel to be discarded.

1 太陽光パネル
3 カバーガラス(ガラス)
4 セルシート(セルシート片)
5 導体(銅線)
9 電極(端子)
1 Solar panel 3 Cover glass (glass)
4 Cell sheet (cell sheet piece)
5 Conductor (copper wire)
9 Electrodes (terminals)

Claims (4)

廃棄対象となった太陽光パネルの解体方法であって、前記太陽光パネルを構成するセルシート上の導体の離間した位置に複数の電極を当接し、前記複数の電極間に電圧を印加して電気パルスにより、前記セルシートから有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体方法。 A method of disassembling a solar panel to be discarded, in which a plurality of electrodes are brought into contact with each other at positions separated from conductors on a cell sheet constituting the solar panel, and a voltage is applied between the plurality of electrodes. A method for disassembling a solar panel, which comprises selectively extracting useful substances from the cell sheet by an electric pulse. 前記太陽光パネルからカバーガラスを破砕することなく剥がした後、前記セルシート上の導体の離間した位置に複数の電極を当接し、前記複数の電極間に電圧を印加して電気パルスにより、前記セルシートから有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体方法。 After peeling the cover glass from the solar panel without crushing, a plurality of electrodes are brought into contact with each other at positions separated from the conductors on the cell sheet, a voltage is applied between the plurality of electrodes, and the electric pulse is applied. A method for disassembling a solar panel, which comprises selectively extracting useful substances from a cell sheet. 前記カバーガラスをホットナイフにより前記太陽光パネルから剥がすことを特徴とする請求項2記載の太陽光パネルの解体方法。 The method for disassembling a solar panel according to claim 2, wherein the cover glass is peeled off from the solar panel with a hot knife. 廃棄対象となった太陽光パネルの解体装置であって、前記太陽光パネルを構成するセルシート上の導体の離間した位置に当接する複数の電極と、前記複数の電極間に電気パルスを印加する電気パルス発生装置とを備え、前記太陽光パネルを水中または気中において細線爆発させて有用物質を選択的に取り出すことを特徴とする太陽光パネルの解体装置。 A device for disassembling a solar panel to be discarded, in which an electric pulse is applied between a plurality of electrodes abutting at separated positions of conductors on a cell sheet constituting the solar panel and the plurality of electrodes. A solar panel dismantling device including an electric pulse generator, wherein the solar panel is detonated in water or in the air to selectively take out useful substances.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023136299A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 学校法人早稲田大学 Method for lowering bonding strength of adhesive layer

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