JP7329421B2 - 廃太陽光パネルの処理方法と処理システム - Google Patents

Description

この発明は廃太陽光パネルを処理する方法とシステムに関する。

廃太陽光パネルを商業的に処理することが必要になりつつある。太陽光パネルは、複数のセルと、セル間の配線材、及び端子ボックスを備え、セルと配線材はEVA（ポリエチレンビニルアセテート）等の易燃性樹脂により封止されている。太陽光パネルの前面には強化ガラスの板が設けられ、封止樹脂の背面側はPET（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂から成るバックシートにより覆われている。そしてバックシートには、酸化チタン、炭酸カルシウム等の無機物粉体が分散され、EVA層を通過した光を散乱し、セル側へ戻すようにしている。また端子ボックスはバックシートの底面側に設けられ、ガラス板と封止樹脂及びバックシートは、アルミニウム等のフレームに取り付けられている。なお以下、廃太陽光パネルを単にパネルと呼ぶことがある。またEVA等の封止樹脂を単に封止樹脂と呼ぶことがある。

廃太陽光パネルの処理に関して、特許文献１（特開２０１６－１９０１７７）では、セラミックハニカムの表面に遷移金属酸化物等の酸化物半導体を配置し、ハニカムにパネルを載せ、バックシートと酸化物半導体を接触させる。電気炉でパネルを加熱し、ハニカムの下方から空気を吹き込み、パネル中の樹脂を燃焼させる。ここでPETをそのまま燃焼させると多量のススが発生するが、酸化物半導体を用いることで、その触媒作用により完全に分解し燃焼する。このようにしてフレームとガラス、セル及び配線材の材料を回収し、ガラスは割れて粉粒体状に成る。

特開２０１６－１９０１７７

ハニカム等の連続気孔で多孔質のセラミック支持体の内部で、パネルの樹脂を燃焼させるには、セラミック支持体を例えば４００℃以上に加熱する必要がある。樹脂を燃焼させ、炉から搬出したセラミック支持体を室温まで放冷すると、次回の処理でセラミック支持体を再度室温から予熱することになり、予熱に必要な熱量が増加し、また予熱時間も長くなる。

この発明の課題は、セラミック支持体の予熱に必要な熱量を減らし、廃太陽光パネルの処理での熱効率を改善すると共に、処理のサイクルタイムを短縮することにある。

この発明の廃太陽光パネルの処理方法では、
連続気孔で多孔質のセラミック支持体を保温庫から搬出し、セラミック支持体上に廃太陽光パネルを載置するステップと、
廃太陽光パネルを載置したセラミック支持体を、燃焼炉内に搬入するステップと、
燃焼炉内で、セラミック支持体の下方から酸素含有ガスを吹き込むと共に、廃太陽光パネルを加熱し、廃太陽光パネル内の樹脂を加熱融解すると共に、融解した樹脂をセラミック支持体内で燃焼させるステップと、
セラミック支持体を燃焼炉から搬出すると共に、廃太陽光パネルから少なくともガラス板を回収するステップと、
少なくともガラス板を回収した後の、セラミック支持体を保温庫内で待機させるステップ、
をこの順に繰り返し実行する。

この発明の廃太陽光パネルの処理システムは、連続気孔で多孔質のセラミック支持体と、セラミック支持体上に載置された廃太陽光パネル内の樹脂を燃焼させるための燃焼炉と、保温庫と、セラミック支持体上に廃太陽光パネルを載置するための載置場と、少なくとも廃太陽光パネルのガラス板をセラミック支持体から回収するための回収場と、セラミック支持体の搬送機構、とを備え、
保温庫はセラミック支持体を保温するように構成され、
セラミック支持体の搬送機構は、保温庫から載置場、燃焼炉、回収場を経て、保温庫へセラミック支持体を戻すように構成されている。

この発明では、セラミック支持体の下方から酸素含有ガスを吹き込んで、廃太陽光パネル内の樹脂を燃焼させる。この発明では、燃焼炉で加熱されたセラミック支持体を保温庫内で待機させるので、熱効率が高い。またセラミック支持体の予熱時間を大幅に短縮できるので、廃太陽光パネル処理のサイクルタイムを短縮し、時間当たりの処理枚数を増すことができる。

好ましくは、セラミック支持体の下部に金属酸化物触媒を担持し、セラミック支持体の上部には金属酸化物触媒を担持しない。この条件では、廃太陽光パネル内の封止樹脂は、金属酸化物触媒なしにセラミック支持体の上部で穏やかに燃焼する。燃焼が穏やかなので、ガラス板は基本的に破損しない。またバックシートを構成する樹脂は、セラミック支持体の下部で金属酸化物触媒の触媒作用により燃焼し、黒煙は基本的に発生しない。このため回収したガラス板は、ススが基本的に付着していないため、容易に再生できる。

また好ましくは、連続気孔で多孔質のセラミック板を複数個ほぼ隙間無しに配列することにより、セラミック支持体を構成し、かつ金属のカゴ上にセラミック支持体を載置して搬送する。太陽光パネルは縦横のサイズが大きなものが多く、例えば縦１６００mm程度、幅１０００mm程度、厚さが４０～５０mm程度のものが使用されている。１枚のセラミック板で大きなサイズのセラミック支持体を作成すると、セラミック支持体の製造コストが大きくなる。そこで、複数のセラミック板を配列して１個のセラミック支持体とし、金属のカゴにより支持すると、製造しやすいサイズのセラミック板を用いることができる。またセラミック支持体を金属カゴに載せて搬送するので、セラミック支持体の取扱いが容易になる。

実施例の廃太陽光パネルの処理システムの平面図 実施例で用いたセラミックフィルタ（セラミック支持体）と金属カゴの断面図 太陽光パネルの模式的部分断面図

以下に本発明を実施するための実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１に実施例の廃太陽光パネルの処理システム２を示す。４は燃焼炉で、セラミック支持体２４上に載置した廃太陽光パネル中の、樹脂を燃焼させる。６は保温庫で、燃焼炉４で加熱されたセラミック支持体２４を保温し待機させる。８は搬送機構で、載置場１５、燃焼炉４，回収場１８，保温庫６の順に、セラミック支持体２４を搬送する。搬送機構８は例えばチェーン駆動のローラウェイで構成されているが、燃焼炉４と保温庫６以外の個所では無人搬送車を用いるなど、搬送機構８の種類は任意である。

好ましくは、保温のため燃焼炉４に入口と出口に扉９を設け、保温庫６にも入口と出口に扉１０を設ける。１１は燃焼炉４に附属のバーナで、LPG等の燃料に過剰の空気を加えて燃焼させ、酸素濃度が好ましくは１５～１８％で、温度が好ましくは４５０℃以上６００℃以下の酸素含有ガスを生成させる。燃焼炉４の床面でかつ搬送機構８の下部に設けたガス吹き込み口１２から、セラミック支持体２４の下部へ酸素含有ガスを吹き込む。なお空気を熱交換器とバーナの排ガスで加熱し、ガス吹き込み口から加熱空気を供給しても良い。吹き込む酸素含有ガスの温度と酸素濃度は一様である必要はなく、燃焼炉４の入口側の予熱部では温度が高いことが好ましく、酸素濃度は低くても良い。予熱部よりも出口側の燃焼部では、酸素濃度が高いことが好ましく、火炎によりセラミック支持体２４等が加熱されるので、吹き込むガスの温度は低くても良い。１４は排ガス処理装置で設けなくても良く、好ましくは処理済みの排ガスの一部を保温庫６に供給し、保温庫６内を例えば４００℃～５００℃程度で、例えば４５０℃程度に加熱する。排ガスを保温庫６へ供給しない場合、保温庫６の庫内温度は例えば３００～４００℃程度となる。

保温庫６の内容積は、例えば高さが１５０～２００mm程度、幅が１５００～２５００mm程度で、長さがセラミック支持体の収容台数×１５００～２５００mm程度である。保温庫６の床面には、セラミックあるいは金属のチェーン駆動のローラを、搬送機構８の一部として設ける。保温庫の壁と天井は断熱性を備えていることが好ましい。

廃太陽光パネル２６では、アルミニウム等のフレームは回収する価値があり、他にガラス板、セル等も価値がある。ただしこの発明は、セラミック支持体２４の保温による、熱効率の改善と処理時間の短縮を課題とし、何を回収するかは任意である。実施例では、廃太陽光パネル２６から予めフレームと端子ボックスとを取り外し、ガラス板と封止樹脂及びバックシートを燃焼炉４で処理する。ただしフレームを取り付けたまま燃焼炉４で処理しても良い。

載置場１５に沿って移載装置１６を設け、例えばローラコンベヤの先端に設けた置き場１７から、廃太陽光パネル２６を１枚ずつ例えば真空吸引し、セラミック支持体２４上に移載する。また回収場１８では、移載装置１９によりガラス板をセラミック支持体２４から置き場２１へ１枚ずつ移載する。移載装置１９は例えば真空吸引型で、種類は任意で、４００～４５０℃程度に加熱されたガラス板を吸引するので、ガラス板を吸着する部分を耐熱性にする。また吸引装置２０により、セラミック支持体２４上に残ったセル、配線材、及び酸化チタン等の無機粉末を吸引し、分離装置２２により、セルと、金属材料、及び無機粉末に分離する。

セラミック支持体２４は燃焼炉４内で例えば４５０℃以上に加熱され、保温庫６に３５０～４００℃程度で戻り、保温庫６内で保温される。保温庫６の収容能力は、セラミック支持体２４が無い空きスペースが燃焼炉４内に生じない程度に定め、例えばセラミック支持体２４を１～３個程度保管できるようにする。

廃太陽光パネル２６は縦横のサイズに比べ高さが小さいので、図１のシステム２を高さ方向に沿って複数段設けても良い。この場合、１個の保温庫６内に、高さ方向に沿って複数段のローラウェイを設けても良い。また保温庫６を燃焼炉４の上部に設けても良い。

図２に、セラミック支持体２４とその底部の金属カゴ３０を示す。１枚の廃太陽光パネル２６分のサイズのセラミック板を設けると、セラミック板の製造コストが増す。そこでセラミック支持体２４を複数のセラミック板に分割し、これらをほぼ隙間無しに配列してセラミック支持体２４とする。

廃太陽光パネル２６中の樹脂をほぼ完全にかつ穏やかに燃焼させるため、易燃性の封止樹脂はセラミック支持体２４内で無触媒で燃焼させ、バックシート構成樹脂はセラミック支持体２４内で触媒を用いて燃焼させる。そこで上側の無触媒のセラミック板２８と、下側の触媒担持のセラミック板２９とを積層する。触媒の種類は任意であるが、安価な酸化物触媒が好ましく、特に酸化クロム、酸化鉄等の遷移金属酸化物触媒が好ましい。触媒は、触媒元素の金属塩の溶液へのセラミック板２９の含浸と乾燥、焼成などにより担持し、担持方法は任意である。なお１枚のセラミック板の下部のみを触媒元素の金属塩の溶液に含浸すると、上下１枚のセラミック板で良い。

セラミック板２８，２９は連続気孔でかつ多孔質とし、ハニカムなどでも良いが、セラミックフィルタ、セラミックフォームフィルタなどとして知られる、安価で通気性が高くかつ軽量な、連続気孔の多孔質セラミックが好ましい。またセラミック板２８，２９の厚さは任意で、例えば各５０mm厚とする。

セラミック板２８，２９を配列したものを取り扱いやすくするため、金属カゴ３０上にこれらを載置する。３１は金属カゴのフレームで、例えばセラミック支持体２４の４周を囲み、フレーム３１上に縦横に配列した金属棒３２，３３により下部のセラミック板２９の底面を支持する。金属カゴ３０の底面は、フレーム３１と金属棒３２，３３以外は開放されており、燃焼炉４内では酸素含有ガスが金属カゴ３０底面の開口を通りセラミック支持体２４の底面へ吹き込む。金属カゴ３０の材質は燃焼炉４での加熱に耐えるものであれば任意で、構造は酸素含有ガスの吹き込みを妨げずかつセラミック板２８，２９を支持できるものであれば任意である。

図３に、処理対象の廃太陽光パネル２６を示す。４０はセルで、材質と構造は任意で、パネル２６内に複数枚設けられ、セル４０間の配線材４１はCu，Al等から成る。セル４０と配線材４１を封止する封止樹脂４２はEVA等の易燃性の樹脂で、パネル２６の前面のガラス板４３は例えば強化ガラスである。フレーム４４は例えばアルミニウム製で、実施例では載置場１５で載置する前に廃太陽光パネル２６から取り外すが、フレーム４４を付けたまま燃焼炉４で廃太陽光パネル２６を処理しても良い。４５はPET等から成るバックシートで、酸化チタン、炭酸カルシウム等の無機粉体を含んでいる。４６はバックシート４５の底面の端子ボックスで、太陽光パネルを外部と接続する端子を内蔵している。端子ボックス４６も、載置場１５で載置する前に廃太陽光パネル２６から取り外すことが好ましい。

廃太陽光パネル２６からフレーム４４と端子ボックス４６を取り外し、載置場１５でセラミック支持体２４上に廃太陽光パネル２６を載置する。この時、セラミック支持体２４は保温庫６で３００～４００℃程度、好ましくは３５０℃程度に保温されている。セラミック支持体２４により昇温しながら、廃太陽光パネル２６は燃焼炉４に入り、酸素含有ガスにより予熱される。

封止樹脂４２とバックシート４５の構成樹脂は３００～４００℃程度で融解し、易燃性のEVA等の樹脂は上部のセラミック板２８内で、PET等の樹脂は下部のセラミック板２９内で金属酸化物触媒の助けにより燃焼する。樹脂は厚さ５０mm程度のセラミック板２８，２９内を通過する間に燃焼するので、燃焼時間は長く、黒煙は発生せず、また樹脂はほぼ完全に燃焼し、樹脂自体の残渣は残らない。樹脂の燃焼が始まると、燃焼熱により廃太陽光パネル２６とセラミック板２８，２９が加熱されるので、酸素含有ガスの吹き込み温度を下げても良い。燃焼炉４内でのガラス板４３及びセラミック板２８，２９の最高温度は例えば４５０～６００℃程度である。

樹脂の燃焼が完了すると、セラミック支持体２４を回収場１８へ搬送し、ガラス板４３を移載装置１９により移載し、吸引装置２０によりセル４０，配線材４１，端子ボックス４６の材料、酸化チタン等の無機粉末を吸引する。回収場１８を出た時点でのセラミック支持体２４の温度は例えば４００℃～４５０℃で、保温庫６内で例えば３００～４００℃程度に保温する。そして載置場１５で次の廃太陽光パネル２６を載置するタイミングに合わせて、保温庫６からセラミック支持体２４を搬出する。

実施例では、セラミック支持体２４を保温庫６で保温する。このため燃焼炉４でセラミック支持体２４の予熱エネルギーを少なくし、また予熱時間を短縮できる。

２ 処理システム
４ 燃焼炉
６ 保温庫
８ 搬送機構
９，１０ 扉
１１ バーナ
１２ ガス吹き込み口
１４ 排ガス処理装置
１５ 載置場
１６，１９ 移載装置
１７，２１ 置き場
１８ 回収場
２０ 吸引装置
２２ 分離装置
２４ セラミック支持体
２６ 廃太陽光パネル
２８，２９ セラミック板
３０ 金属カゴ
３１ フレーム
３２，３３ 金属棒
４０ セル
４１ 配線材
４２ 封止樹脂
４３ ガラス板
４４ フレーム
４５ バックシート
４６ 端子ボックス

Claims (4)

1. 連続気孔で多孔質のセラミック支持体を保温庫から搬出し、セラミック支持体上に廃太陽光パネルを載置するステップと、
   廃太陽光パネルを載置したセラミック支持体を、燃焼炉内に搬入するステップと、
   燃焼炉内で、セラミック支持体の下方から酸素含有ガスを吹き込むと共に、廃太陽光パネルを加熱し、廃太陽光パネル内の樹脂を加熱融解すると共に、融解した樹脂をセラミック支持体内で燃焼させるステップと、
   セラミック支持体を燃焼炉から搬出すると共に、廃太陽光パネルから少なくともガラス板を回収するステップと、
   少なくともガラス板を回収した後の、セラミック支持体を保温庫内で待機させるステップ、
   をこの順に繰り返し実行する、廃太陽光パネルの処理方法。
2. セラミック支持体の下部には金属酸化物触媒が担持され、セラミック支持体の上部には金属酸化物触媒が担持されておらず、
   廃太陽光パネル内のセルを封止している樹脂をセラミック支持体の上部で燃焼させ、廃太陽光パネルのバックシートを構成する樹脂をセラミック支持体の下部で燃焼させることを特徴とする、請求項１の廃太陽光パネルの処理方法。
3. 連続気孔で多孔質のセラミック板が複数配列されることにより、セラミック支持体が構成され、
   かつ金属のカゴ上にセラミック支持体が載置されていることを特徴とする、請求項１または２の廃太陽光パネルの処理方法。
4. 連続気孔で多孔質のセラミック支持体と、セラミック支持体上に載置された廃太陽光パネル内の樹脂を燃焼させるための燃焼炉と、保温庫と、セラミック支持体上に廃太陽光パネルを載置するための載置場と、少なくとも廃太陽光パネルのガラス板をセラミック支持体から回収するための回収場と、セラミック支持体の搬送機構、とを備え、
   保温庫はセラミック支持体を保温するように構成され、
   セラミック支持体の搬送機構は、保温庫から載置場、燃焼炉、回収場を経て、保温庫へセラミック支持体を戻すように構成されている、廃太陽光パネルの処理システム。

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