JP6071970B2 - 太陽電池モジュールの解体方法 - Google Patents
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Description
太陽電池が設置された後に一定の期間が経過すると光電変換効率が低下するため、設置された太陽電池は撤去されなければならない。上述したように太陽電池の設置量が増加しているため、今後は撤去される太陽電池の量も増加するものと予想される。
太陽電池は光電変換効率を高めるために高価の材料を使用するため、太陽電池を撤去するときに、これらの材料を回収せずに撤去される場合には、資源浪費の問題だけではなく、廃太陽電池が深刻な環境汚染を誘発する恐れがある。
前記太陽電池モジュールを酸化雰囲気下で摂氏400度以上摂氏650度以下の熱を加えて前記絶縁性保護層を除去することができる。
前記太陽電池モジュールは、前記絶縁性保護層の一側に位置するガラスと前記絶縁性保護層の他側に位置するバックシートを備え、前記熱によって前記絶縁性保護層と前記バックシートが同時に前記太陽電池モジュールから除去されることができる。
前記絶縁性保護層を除去する前に、前記太陽電池モジュールの周りを囲むフレームを除去するステップをさらに含むことができる。
前記太陽電池モジュールは、前記絶縁性保護層の一側に位置するガラスを備え、前記ガラスは破損せずに獲得されることができる。
複数の前記太陽電池セルを連結する導電性リボンを獲得するステップをさらに含むことができる。
前記酸化した金属コーティング層に力を加え、前記金属コーティング層を前記母材から分離することができる。
前記酸化雰囲気下で前記絶縁性保護層が除去される過程において、水分が流入することができる。
前記ガラスおよび前記第2封止材に向かって熱を加える前に、前記第2封止材にパターンを形成するステップをさらに含むことができる。
前記第2封止材を前記パターンを提供する第1パターン部材上に載せ、前記第1パターン部材を加熱するステップと、前記パターンが形成された前記第2封止材を前記第1パターン部材よりも温度が低い第2パターン部材に移動させるステップとを含むことができる。
前記ガラスにクラックを形成するステップをさらに含むことができる。
前記クラックが形成された前記ガラスまたは前記パターンが形成された前記第2封止材のうちの1つにプレヒーティングを実行するステップをさらに含むことができる。
前記プレヒーティングの温度は前記熱の温度に比べて高く、前記プレヒーティングを実行する時間は前記熱を加える時間に比べて短くするようにすることができる。
また、図2に示すように、太陽電池モジュール100は、太陽電池セル110を囲む絶縁性保護層120、絶縁性保護層120の両側に位置するガラス130、太陽電池セル110を直列連結する導電性リボン150、および太陽電池モジュール100の周りを囲むフレーム160を備えることができる。
絶縁性保護層120は、EVA(Etylene Vinyl Acetate)、PVF(polyvinylfloride)、PVB(Polyvinyl butyral)、ポリエチレン(polyethylene)、オレフイン(olefin)系樹脂、シリコーン(silicone)系樹脂、アイオノマ(Ionomer)系樹脂のうち少なくとも1つを含むことができる。
EVAはエチレンとビニルアセテートの共重合体であって、光学的特性に優れて高い接着性能を有し、適切な添加剤を配合すると耐熱/耐久性、加工性、絶縁性などの物性を向上させることができる。
このとき、熱は摂氏650度以下であることができ、これは太陽電池セル110の電極を形成する金属が溶ける点を考慮した上で設定されることができる。例えば、電極がアルミニウムで形成されている場合、アルミニウムが溶ける点は摂氏660度である。したがって、熱の温度をアルミニウムが溶ける点よりも低く設定するが、余裕マージンをもって摂氏650度以下に設定されてもよい。
基材フィルムはポリエチレンテレフタレート(PET)で形成されることができ、耐候性フッ素高分子フィルムとしてはポリビニルフルオライド(PVF)で形成されることができる。PETは水蒸気の遮断性に優れている上に比較的低廉な高分子物質であり、PVFはUV光線、IR光線とオゾンのような環境的影響による性能低下が小さい、優れた耐候性を有する。
このように、バックシート140はPVF系列のバックシートであってもよく、PVF系列のバックシートは、PVFバックシートやPVDFバックシートであってもよいが、これに限定されるものではない。
したがって、熱を利用してバックシート140と絶縁性保護層120を同時に除去するのではなく、バックシート140を太陽電池モジュール100から先に除去した後に、熱によって絶縁性保護層120が除去されることができる。
プレヒーティングが行われると、バックシート140に塗布された接着剤の接着力が低くなるため、作業者や作業装置がバックシート140に力を加えることで、バックシート140を太陽電池モジュール100から除去できるようになる。
このような配置式ファーネスの他にも、太陽電池モジュール100が連続式ベルトに乗ってファーネスのホットゾーン(Hot Zone)に移動することによって太陽電池モジュール100に熱が加えられてもよい。
このように酸化雰囲気下で絶縁性保護層120が除去されるため、絶縁性保護層120が除去される過程において、シリコーンを含む太陽電池セル110にSiO2が生成されるようになる。
例えば、電極がアルミニウムで形成され、アルカリ性水溶液が20wt%NaOH水溶液である場合、AlとNaOH水溶液の間の反応は下記のとおりとなる。
Al+NaOH+3H2O=NaAl(OH)4+1.5H2
2NaAl(OH)4+CO2=Na2CO3+2Al(OH)3+H2O
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O高温焙焼工程
Al2O3とNa3AlF6を混合すると摂氏1000度付近で液状として存在するため、これを電解製錬法によってAl2O3から負極でAlが回収され、両極で発生するO2は両極材料であるCと反応してCO2として放出される。
したがって、アルカリ性水溶液によって太陽電池セル110のシリコーンが汚染されることを防ぐことができ、アルカリ性水溶液によってシリコーンがエッチングされてシリコーンの回収率が減少することを防ぐことができる。
高純度のシリコーンが太陽電池セル110から回収されるためにはSiO2が除去されなければならないため、電極を分離した後、太陽電池セル110のSiO2がエッチング工程を通じて除去されることができる。SiO2に対するエッチング工程はフッ酸(HF)溶液を利用して行われてもよいが、これに限定されるものではない。
また、図2の太陽電池モジュール100も、熱によって絶縁性保護層120が除去される場合、絶縁性保護層120の両側に存在するガラス130は、自然に太陽電池モジュール100から破損せずに得られるようになる。
これにより、太陽電池モジュール100の解体過程において、再利用に便利なガラス基板が得られるようになる。
このように、熱処理によってガラスの表面応力が解消され、破損せずにガラス130が得られるようになるため、ガラス130に対する裁断が可能となる。これにより、大型太陽電池モジュール100から得たガラス130を裁断し、小型の太陽光電池モジュールのガラスに再利用することができる。
このとき、本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、複数の太陽電池セル110を連結する導電性リボン150を獲得するステップをさらに含むことができる。
このように、金属酸化物の体積が膨脹する過程において、導電性リボン150が太陽電池セル110から分離することができる。したがって、本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュール100解体方法は、別途の工程がなくても太陽電池セル110から導電性リボン150を分離できるようになる。
これにより、摩擦力や打撃を与えることができる道具を利用して金属コーティング層153に力を加えると、金属コーティング層153が母材151から離れるため、母材151が回収されるようになる。
このように、金属コーティング層153の除去のために高温の除去工程や化学的な除去工程を経なくても、力を加えるという比較的簡単な除去工程により、高純度の母材151を回収することができる。
このように、熱を加えて絶縁性保護層120が除去される過程において、太陽電池セル110が破損することがあるが、後述する本発明の第2実施形態および第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、太陽電池セル110の破損を防ぐことができる。
このとき、第1封止材121および第2封止材123は、太陽電池セル110の両側に位置する絶縁性保護層120に該当することができる。
太陽電池セル110は、電流が流れる導電性リボン150を備えることができ、図9a、図9b、図12、図15、および図16に示された導電性リボン150は、第1実施形態を参照しながら上述されているため、詳細な説明は省略する。
また、太陽電池モジュールは、一般的に耐候性および電気絶縁性に優れたバックシート140をさらに備えることができ、バックシート140は太陽電池セル110を保護することができる。
また、図6に示す第1封止材121および第2封止材123は、EVA、PVF(Polyvinyl Fluoride)、PVB(Polyvinyl Butyral)、ポリエチレン(Polyethylene)、オレフイン(Olefin)系樹脂、シリコーン(Silicone)系樹脂、またはアイオノマ(Ionomer)系樹脂のうち少なくとも1つを含むことができる。
図6および図7に示すように、本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、ガラス130にクラック(Crack)を形成するステップS200、ガラス130および第2封止材123に向かって熱を加えるステップS210、および太陽電池セル110を回収するステップS220を含む。
このようなクラックおよびパターンの形成については、後述で図面を参照しながら詳しく説明する。
したがって、本発明の太陽電池モジュールの解体方法において、ガラス130にクラックを形成するステップS200は、図8に示すように、ガラス130のコーナー131に力を加えることにより、太陽電池セル110が破損することなくガラス130にクラックが形成されるようになる。
ガラス130のコーナー131に力を加える道具や装置(図示せず)は多様であることができる。例えば、先端が尖った円柱の部材が使用されてもよい。
作業者または装置が前記部材に力を加えると、前記部材を通じてガラス130の各コーナー131に力が伝達されることにより、ガラス130にクラック132が形成されることができる。このとき、作業者や装置が前記部材に加える力は、太陽電池セル110が破損しない程度に調節されることができる。
その結果、図8に示すように、ガラス130にクラックが形成されても、太陽電池セル110は破損しないようになる。第1封止材121と第2封止材123は透明であるため、第1封止材121と第2封止材123は図8に明確には示されていない。
図9aに示すように、パターンを提供するパターン部材420上に第2封止材123が載せられることにより、パターン部材420は加熱されることができる。
パターン部材420は、格子模様のフレーム形状を有することができ。パターン部材420は、格子模様のフレーム形状の他に多様な形状を有することができる。例えば、パターン部材420はナイフであってもよく、作業者や操作装置がナイフを操作することによって第2封止材123にパターンを形成することができる。
第2封止材123にパターンが形成されると、加熱装置430の電源を遮断することができる。これにより、加熱装置430からパターン部材420への熱伝達が中止される。
第2封止材123およびパターン部材420の温度が上昇した状態で第2封止材123およびパターン部材420が分離すると、第2封止材123が加熱した状態で弾性が回復してパターンが消えることがある。これを防ぐために、第2封止材123およびパターン部材420は、結合した状態で冷却した後に分離することができる。
第2封止材123が先ず第1パターン部材420a上に載せられると、第1パターン部材420aが加熱した状態であるため、第2封止材123に第1パターン部材420aに該当するパターンが形成されるようになる。
この後、第2封止材123が90度回転して第1パターン部材420aと第2パターン部材420bに配置されると、第2封止材123には格子模様のパターンが形成されるようになる。
ガラス130および第2封止材123に向かって熱を加える過程はファーネス(Furnace)内部で行われることができ、ガラス130と第2封止材123は大気に露出した状態であることもできる。
第1比較ケースは、図6を参照しながら上述したガラス130にクラックのみを形成した後、第2封止材123にパターンを形成せず、熱はガラス130および第2封止材123に同時に加えられる。
したがって、太陽電池セル110およびガラス130の間に留まる前記ガスの量が少なくなるため、太陽電池セル110は前記ガスの圧力を受けなくなる。 一方、第2封止材123は、温度上昇によって液状に変わる過程に急激に収縮することがある。第2封止材123の急激な収縮は、太陽電池セル110に急激なストレスとして作用し、太陽電池セル110の破損の原因となる場合がある。
第2比較ケースは、図6に示すガラス130にクラックが形成されず、第2封止材123にパターンのみが形成され、熱がガラス130および第2封止材123に同時に加えられる。
したがって、第2封止材123が収縮するとき、第2封止材123の収縮によって太陽電池セル110に加えられるストレスが小さくなるため、第2封止材123の収縮は太陽電池セル110に影響を及ぼさなくなる。
ガラス130および太陽電池セル110の間に蓄積したガスは、太陽電池セル110に圧力を加えることがあるため、第2比較ケースで熱がガラス130および第2封止材123に同時に加えられると、図11に示すように、太陽電池セル110が破損することがある。
図12は、ガラス130にクラックが形成され、第2封止材123にパターンが形成された太陽電池モジュールの断面を示す図である。
したがって、ガラス130および第2封止材123に熱が加えられると(S210)、クラック132およびパターン410を通じて熱が第1封止材121および第2封止材123に直接触れ、第1封止材121および第2封止材123が燃えるようになる。
前記ガスが太陽電池モジュールの外部に排出されることにより、太陽電池セル110に加えられる前記ガスの圧力が消えるようになる。
また、熱がガラス130および第2封止材123に同時に加えられるとき、第2封止材123が熱によって収縮しても、パターン410によって第2封止材123と太陽電池セル110が接触する面積が減り、第2封止材123の収縮によって太陽電池セル110に加えられるストレスを減少させることができる。
したがって、本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法によって図12に示す太陽電池モジュールから太陽電池セル110を回収すると、図13に示すように、太陽電池セル110の破損を最小化できるようになる。 図14は、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法を示すフローチャートである。
このとき、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、ガラス130にクラックを形成するステップS301をさらに含むことができる。
本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法とは異なり、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、第2封止材123にパターンが形成されることができる。
ガラス130にクラックが形成される方法および第2封止材123にパターンが形成される方法は、上述で図8、図9aおよび図9bを参照しながら説明した内容と同一または実質的に類似するため、詳しい説明は省略する。
または、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、ガラス130にクラックを形成せずにパターンが形成された第2封止材123にプレヒーティングを実行することができる。
すなわち、図10および図11を参照しながら上述した第1比較ケースおよび第2比較ケースとは異なり、熱がガラス130および第2封止材123に同時に加えられる前に、クラックが形成されたガラス130またはパターンが形成された第2封止材123にプレヒーティングが実行されることができる。
図15は、第2封止材にパターンを形成せずにガラスにクラックが形成された太陽電池モジュールの断面図であり、図16は、クラックが形成されたガラスにプレヒーティングが実行された結果を示す図である。
図15に示すように、ガラス130のクラック132を通じて第1封止材121の少なくとも一部が外部に露出することができる。
すなわち、外部の熱は、クラック132を通じて第1領域450と接触する第1封止材121に直接伝達されることができる。したがって、第1領域450と接触する第1封止材121は、第2領域460と接触する第1封止材121よりも温度が速く上昇することができる。このとき、第1封止材121が燃えながら生成されるガスは、クラック132を通じて外部に排出されることができる。
ガラス130にプレヒーティングが実行された結果、図16に示すように、第1封止材121および第2封止材123の一部が燃えて太陽電池セル110の表面に残ってはいるが、太陽電池セル110は破損しないということが分かる。
図17に示すように、第2封止材123のパターン410を通じて太陽電池セル110の少なくとも一部が外部に露出することができる。
第2封止材123に対するプレヒーティングが実行されると、熱がパターン410を通じて太陽電池セル110に直接伝達されることができる。一方、太陽電池セル110に触れた熱は、導電性リボン150を通じて第1封止材121に伝達されることができる。
したがって、プレヒーティングのときに第1封止材121が燃えながら排出するガスにより、太陽電池セル110に加わる圧力は太陽電池セル110にストレスとして作用しないため、太陽電池セル110は破損しないようになる。 このようなプレヒーティングのとき、第1封止材121のガス量を調節するために、プレヒーティングの時間および温度が調節されることができる。
したがって、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法は、上述した第1比較ケースおよび第2比較ケースとは異なり、プレヒーティングが実行され、プレヒーティングの時間および温度が調節されることにより、第2封止材123の収縮量が調節されたり、または第1封止材121のガス量が調節され、太陽電池セル110の破損を防ぐことができる。
ガラス130および第2封止材123に同時に加えられる熱の温度は、例えば、摂氏400度から摂氏650度の間の温度であることができる。前記熱の温度は、第1封止材121および第2封止材123が溶けなければならないため、摂氏400度以上であることができる。
これにより、プレヒーティングの温度は、前記熱の温度よりも高い摂氏650度以上の温度であることができる。また、プレヒーティングの時間は、前記熱が加えられる時間よりも短いことができる。
また、プレヒーティングの実行時間が短いため、アルミニウム電極が溶けることを防ぐことができる。
したがって、プレヒーティング後にガラス130および第2封止材123に同時に熱が加えられることにより、第1封止材121によるガス発生や第2封止材123の収縮が急激に起こらなくなり、太陽電池セル110の破損を防ぐことができる。
以上で参照した図面において、本発明の第2実施形態および第3実施形態に係る太陽電池モジュールの解体方法によって回収された太陽電池セル110は、破損せずに完全であることができる。
太陽電池セル:110
絶縁性保護層 :120
ガラス :130
バックシート(back sheet):140
導電性リボン :150
フレーム :160
Claims (9)
- 過熱水蒸気を含まない酸化雰囲気下で太陽電池モジュールに熱を加えるステップ、
前記太陽電池モジュールの太陽電池セルを囲む絶縁性保護層除去するステップ、
前記太陽電池モジュールの太陽電池セルを獲得するステップ、および
複数の前記太陽電池セルを連結する導電性リボンを獲得するステップ、
を含み、
前記導電性リボンは、母材と前記母材を覆う金属コーティング層を備え、
前記酸化雰囲気下で前記絶縁性保護層が除去される過程において、前記金属コーティング層の体積が増加して前記導電性リボンが前記太陽電池セルから分離することを特徴とする、太陽電池モジュールの解体方法。 - 前記太陽電池モジュールを酸化雰囲気下で摂氏400度以上摂氏650度以下の熱を加えて前記絶縁性保護層を除去することを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
- 前記絶縁性保護層は、EVA、PVF、PVB、ポリエチレン、オレフイン系樹脂、シリコーン系樹脂、またはアイオノマ系樹脂のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
- 前記太陽電池モジュールは、前記絶縁性保護層の一側に位置するガラスと前記絶縁性保護層の他側に位置するバックシートを備え、
前記熱によって前記絶縁性保護層と前記バックシートが同時に前記太陽電池モジュールから除去されることを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。 - 前記太陽電池モジュールは、前記絶縁性保護層の一側に位置するガラスと前記絶縁性保護層の他側に位置するバックシートを備え、
前記バックシートに対するプレヒーティングを実行して前記バックシートを除去した後に、前記絶縁性保護層を除去することを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。 - 前記絶縁性保護層を除去する前に、前記太陽電池モジュールの周りを囲むフレームを除去するステップをさらに含む、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
- 前記太陽電池モジュールは、前記絶縁性保護層の一側に位置するガラスを備え、
前記ガラスは破損せずに獲得されることを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。 - 前記酸化した金属コーティング層に力を加え、前記金属コーティング層を前記母材から分離することを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
- 前記酸化雰囲気下で前記絶縁性保護層が除去される過程において、水分が流入することを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
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