KR102545580B1 - 태양전지 패널 재활용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백시트, 제1충전재, 태양전지 셀, 제2충전재 및 강화 유리가 순차 적층된 구조의 태양전지 적층체; 및 상기 태양전지 적층체 일면으로부터 측면을 따라 상기 태양전지 적층체 타면까지 연결된 형태의 금속 프레임을 포함하는 태양전지 패널의 재활용 방법으로서, 이를 구성하는 각 재료를 이물없이 재활용 가능한 형태로 용이하게 회수 가능한 태양전지 모듈의 재활용 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리콘 태양광 패널을 재활용하기 위해 태양전지 모듈을 해체하여 재활용이 가능한 형태로 회수하기 위한 태양광 패널의 재활용 방법에 관한 것이다.
산업의 주된 에너지원으로서 화석연료는 현재까지도 가장 높은 에너지 점유율을 나타내고 있다. 가장 가공하기 쉬운 수단으로 지속적으로 사용되어 온 화석연료의 고갈 우려와 지구온난화와 기후 변화로 인하여, 대체 가능하며 지속 가능한 에너지에 대한 연구가 지속되고 있다.
이에 따라, 가장 오염물의 발생이 없는 청정 에너지인 태양광 발전의 중요성은 점차 중요해지고 있다. 태양광 발전은 태양으로부터 공급되는 전자기파를 이용가능한 에너지로 변환시키는 기술로서, 태양광 발전의 핵심을 이루는 태양광 모듈은 그 수명이 다 한 이후에 폐기되고 있는 바, 이미 수명이 다한 태양광 모듈의 처리가 중요한 이슈로 부각되고 있다.
수명이 다한 태양광 모듈로부터 재활용이 가능한 재료를 가공하여 재활용이 가능한 재료로 가공하는데 현재 기술 수준으로는, 재활용 가능하도록 해체, 가공하는데 시간과 비용이 과다하게 소요되는 문제가 있어 재활용에 한계가 있는 실정이다.
일본 공개특허 2015-229126은 태양 전지 패널 재생 방법으로서, EVA 수지를 탄화시키지 않고 비등 상태로 해, EVA 수지의 유동성을 현저하게 높이고 더욱이, 보호 글라스과 태양전지 소자 및 배선 부재의 간극, 및 태양전지 소자 및 배선 부재 와 이면 보호재의 간극으로 고압으로 분사한 열풍를 맞혀 태양 전지 모듈을 분해하는 기술을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1714496호는 폐 태양광 모듈에서 실리콘을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 실리콘층과, 실리콘층의 양면에 있는 EVA층을 포함하여 구성된 폐 태양광 모듈을 EVA층의 유리전이온도 이하로 일정 시간 동안 유지시켜 EVA층의 탄성계수가 소정의 수치로 되도록 하는 냉각단계와 상기 냉각된 폐 태양광 모듈의 EVA층을 실리콘층으로부터 물리적으로 당겨 분리하는 분리단계를 포함하여 실리콘을 회수하는 기술에 대해서 개시하고 있다.
상기의 선행기술과 같이 태양전지 모듈을 재활용하여, 활용 가능한 자원을 회수/활용하는 기술에 대한 연구가 지속되고 있다.
본 발명은 수명을 다한 태양전지 모듈로부터 재활용 가능한 재료는 회수하여 활용할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 금속 프레임과 적층체가 포함된 구조의 태양전지 모듈에서 각 재료의 폐기를 최소화하여 활용 가능한 형태의 자원으로 수거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지 모듈에 포함된 실리콘을 분쇄하고 이로부터 이물질 등을 제거하여, 활용 가능한 실리콘 분쇄물 형태로 회수하고, 이와 동시에 입도별로 분류하여 수거하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 재활용 방법은,
백시트, 제1충전재, 태양전지 셀, 제2충전재 및 강화 유리가 순차 적층된 구조의 태양전지 적층체; 및 상기 태양전지 적층체 일면으로부터 측면을 따라 상기 태양전지 적층체 타면까지 연결된 형태의 금속 프레임을 포함하는 태양전지 패널의 재활용 방법으로서,
(a) 상기 금속 프레임을 해체하는 단계;
(b) 상기 태양전지 적층체로부터 강화 유리를 제거하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계를 거친 태양전지 적층체로부터 백시트를 제거하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계를 거친 태양전지 적층체를 세척용 조성물에 넣고 침지시키는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄한 후 입도별로 분쇄물을 배출하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 (e) 단계는 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄하여 공급하는 공급수단, 상기 공급수단의 하류측에 연결되고, 입도별로 선별된 분쇄물을 배출하는 시브수단, 상기 시브수단의 하류측에 연결되고, 분쇄물로부터 이물질을 제거하는 이물제거수단 및 상기 공급수단, 시브수단, 이물제거수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단을 포함하는 분쇄부에서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 보다 상세하게는, 상기 시브수단은 복수의 빗살판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 오토시브, 복수의 다공판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 트위스트시브를 구비하며, 상기 이물제거수단은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기, 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기, 이물질이 고착된 분쇄물을 분류하는 분류기를 구비한 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는, 절단 수단을 이용하여 강화 유리를 절단하고 상기 제1충전재 및 상기 제2충전재의 유리전이온도(Tg) 중 더 높은 온도까지 상기 태양전지 적층체를 가열한 다음 급속 냉각시킨 후에 기계적으로 박리하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계의 세척용 조성물은 프로필렌 글리콜계 화합물을 포함하는 것이고, 상기 (d) 단계에서 태양전지 적층체는 상기 세척용 조성물에 1 내지 20 시간 침지시키는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 태양전지 모듈의 재활용 기술과 대비하여, 공정을 거친 후에 회수된 재료의 폐기를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 또한, 회수된 재료를 재활용할 수 있는 형태로 가공, 수거함으로써 추가 공정을 거칠 필요가 없어, 재활용 과정에서 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 특히, 태양전지 셀로부터 실리콘을 재활용 가능한 형태로 수거하여 입도별로 분류함으로써, 재활용이 용이한 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈 재활용 방법의 공정순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명에 사용된 "바람직한" 또는 "바람직하게는"은 특정 조건에서 특정 장점을 갖는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시예 또한 동일 조건 또는 다른 조건에서 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예는 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시예를 배제하는 것도 아니다.
본 명세서에 사용된 "포함한다"는 용어는 본 발명에 유용한 재료, 조성물, 장치, 및 방법들을 나열할 때 사용되며 그 나열된 예에 제한되는 것은 아니다.
태양전지 패널은 외부충격이나 악천후로부터 보호받기 위해 견고한 알루미늄 프레임 안에 모듈화된다. 태양광 패널의 일반적인 구조는 태양광 패널은 백시트, EVA 접착제층, 태양전지 셀, EVA 접착제층 및 강화유리를 포함한다.
백시트와 접착제층 등은 상호 접착된 상태로 적층되기 때문에, 태양전지 모듈의 재활용 시에 각 재료가 서로 혼입되어 불순물이나 이물질이 인입되는 문제가 있을 수 있기 때문에, 이를 간단한 방법으로 쉽게 분리하여 회수할 수 있는 기술 개발이 필요한다.
본 발명은 각 층을 분리하고 각 층을 구성하는 물질을 회수하되, 이물질과 불순물을 충분히 제거하여 최대한 순수한 형태의 물질로 회수하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 재활용 방법은,
백시트, 제1충전재, 태양전지 셀, 제2충전재 및 강화 유리가 순차 적층된 구조의 태양전지 적층체; 및 상기 태양전지 적층체 일면으로부터 측면을 따라 상기 태양전지 적층체 타면까지 연결된 형태의 금속 프레임을 포함하는 태양전지 패널을 재활용하기 위한 것으로서,
(a) 상기 금속 프레임을 해체하는 단계;
(b) 상기 태양전지 적층체로부터 강화 유리를 제거하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계를 거친 태양전지 적층체로부터 백시트를 제거하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계를 거친 태양전지 적층체를 세척용 조성물에 넣고 침지시키는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄한 후 입도별로 분쇄물을 배출하는 단계; 를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 재활용 방법으로서, 이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
태양전지 모듈을 재활용하기 위해, 태양전지 셀을 보호하기 위한 외부 프레임인 금속 프레임을 해체하는 단계를 거친다(10). 금속 프레임은 각 유형에 따라서 프레임의 각 부분이 체결수단에 의해 조립된 형태로 프레임을 구성하기도 하나, 본 발명에서는 재활용 방법의 비용과 시간의 효율측면에서 물리적인 방법으로 해체한다.
태양전지 모듈을 구성하는 상기 금속 프레임은 먼저 태양전지 모듈의 일측을 고정수단에 의해 고정한 상태에서 고정된 프레임 부분의 반대측의 프레임을 잡아 당겨서 해체하는 방법으로 진행된다. 일 측면 프레임이 분해되면, 타측면의 금속 프레임도 태양전지 적층체와 쉽게 분리될 수 있다.
그 다음 태양전지 적층체로부터 강화 유리를 제거한다(20). 절단 수단을 이용하여 강화 유리를 절단하고 상기 제1충전재 및 상기 제2충전재의 유리전이온도(Tg) 중 더 높은 온도까지 상기 태양전지 적층체를 가열한 다음 급속 냉각시킨 후에 기계적으로 박리하는 과정으로 수행된다.
유리전이온도까지 가열된 후 급속 냉각됨으로써, 제1충전재와 제2충전재가 태양전지 셀과 강화유리 또는 백시트와 부착된 면에서 접착력을 잃고 쉽게 분리될 수 있는 상태가 된다.
특히, 접촉된 면에서 쉽게 분리되므로, 강화유리나 백시트, 태양전지 셀로부터 이물을 쉽게 제거할 수 있으며, 세척 또한 용이한 장점을 갖는다.
급속 냉각 시의 온도는 영하 10 내지 30℃의 온도까지 급 냉각시킴으로써, 태양전지 적층체를 구성하는 각 층이 물리적으로나 화학적으로 큰 변화를 겪지 않으면서도, 상호 간에 이격되어 분리/회수가 용이하게 된다.
강화 유리를 제거한 후에는, (b) 단계를 거친 태양전지 적층체로부터 백시트를 제거하는 단계를 수행한다(30).
백시트는 재활용이 어려운 재료이지만, 다른 재료들로부터 최대한 제거될 수 있도록 가공하는 것이 중요하다.
백시트를 제거하는 단계는 상기 (b) 단계에서 이격된 일 단부 또는, 이격된 부분에 절단수단을 이용하여 구멍을 내어 물리적인 박리가 보다 쉽게 일어날 수 있도록 한다.
물리적인 박리 과정은 강화 유리가 제거된 태양전지 적층체의 측면을 고정수단으로 고정한 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.
(c) 단계를 거친 태양전지 적층체는 세척용 조성물에 넣어 침지시키는 단계(40)를 거친다.
세척용 조성물은 프로필렌 글리콜계 화합물을 포함하는 것이고, 상기 (d) 단계에서 태양전지 적층체는 상기 세척용 조성물에 1 내지 20 시간 침지시키는 것일 수 있다.
상기 프로필렌 글리콜계 화합물을 박리제로 사용되는 것으로서, 그 외 탄화수소 용매, 물 등과 같은 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 프로필렌 글리콜계 화합물로는 예를 들어, 메틸 프로필렌 글리콜과 같은 화합물을 예로 들 수 있으나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐 박리제로 사용 가능한 것이면 어떠한 것이든 사용 가능하다.
상기 세척용 조성물에 침지시킨 후 1시간 이상 두는 것이 바람직한데, 이는 제1충전재와 제2충전재의 층에 형성된 공극에 충분히 침투되도록 하기 위함이다.
한편, 상기 제1충전재와 상기 제2충전재는 EVA인 것이 바람직하다.
이는 각 층을 서로 접착하는 기능을 하며, 적층체가 충분한 두께를 갖도록 충진제로서 기능하는 역할을 한다.
상기 세척용 조성물에 침지시키면 상기 충전재가 무른 상태로 접착력을 잃고 쉽게 떨어지는 상태가 된다. 이 때, 표면을 긁어내어 잔류하는 충전재를 제거한다.
상기 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄한 후 입도별로 분쇄물을 배출하는 단계를 수행하는데, 실리콘, 유용 금속을 회수하기 위함이다(50).
보다 상세하게는, (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄하여 공급하는 공급수단, 상기 공급수단의 하류 측에 연결되고, 입도별로 선별된 분쇄물을 배출하는 시브수단, 상기 시브수단의 하류 측에 연결되고, 분쇄물로부터 이물질을 제거하는 이물제거수단 및 상기 공급수단, 시브수단, 이물제거수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단을 포함하는 분쇄부에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 공급수단은 리프터, 투입피더, 분쇄기 등으로 구성될 수 있다. 리프터는 분쇄 전의 (d) 단계를 거친 태양전지 셀을 설정된 높이로 이송한다. 투입피더는 컨베이어 방식으로 수평 이송한다.
공급수단의 하류 측으로 오토시브, 트위스트시브, 이물제거수단 등이 연속적으로 연결된 구조를 가질 수 있다.
시브수단이 상기 공급수단의 하류 측에 연결되어 입도별로 선별된 분쇄물을 배출한다. 시브수단은 공급수단에서 이송되는 분쇄물를 걸러서 다양한 규격의 분쇄물로 분류한다.
상기 시브수단은 복수의 빗살판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 오토시브, 복수의 다공판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 트위스트시브를 구비할 수 있다.
오토시브는 슈트, 빗살판, 가진기, 선별대 등을 포함한다. 슈트는 분쇄물이 투입 및 배출되는 부분에 설치되며, 특히 투입구 측에 호퍼를 포함할 수 있다. 빗살판은 수지재 빗 형태의 단위 여과체를 중첩적으로 경사지게 배치한 구조이다. 빗살판은 상하로 높이차를 유지하는 복수로 배치한다.
가진기는 빗살판으로 유동하는 분쇄물의 진동을 유발하도록 외력을 인가한다. 상류측 빗살판은 상대적으로 작은 입도의 분쇄물을 선별하고, 큰 입도의 분쇄물을 별도의 수집박스에 수집한다.
트위스트시브는 슈트, 다공판, 가진기, 선별대 등을 포함한다. 슈트는 분쇄물이 투입 및 배출되는 부분에 설치되며, 특히 투입구 측에 호퍼를 포함할 수 있다. 다공판은 수지재 원판 형태의 단위 여과체를 상하의 일정한 간격으로 배치한 구조이다. 가진기는 다공판으로 유동하는 분쇄물의 진동을 유발하도록 외력을 인가한다. 상측 다공판은 적정한 입도의 분쇄물을 선별하여 선별대로 이송한다. 하측의 다공판은 작은 입도의 분쇄물을 선별하여 수집박스로 배출한다.
또한, 본 발명에 따르면 이물제거수단이 상기 시브수단의 하류 측에 연결되어 분쇄물의 이물질을 제거한다. 이물제거수단은 트위스트시브에서 이송되는 분쇄물에서 유기물, 쇳가루 등의 이물질을 제거한다. 이물제거수단를 거친 분쇄물은 순도가 높은 실리콘 재활용 재료로 회수된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 이물제거수단은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기, 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기, 이물질이 고착된 분쇄물을 분류하는 분류기를 구비할 수 있다.
다만, 상기와 같은 일련의 수단은 본 발명을 실시하기 위한 일 실시예에 관한 것으로서, 이는 본 발명을 이해하기 위한 내용일 뿐, 본 발명의 권리범위에 이에 의하여 제한되지 않는다.
따라서, 상기와 같은 기재를 활용하여 본 발명을 실시할 수 있는 다양한 대체 가능하며, 변형 가능한 수단에 의한 구현은 본 발명의 권리범위에 속한다고 볼 것이다.
Claims (5)
- 백시트, 제1충전재, 태양전지 셀, 제2충전재 및 강화 유리가 순차 적층된 구조의 태양전지 적층체; 및 상기 태양전지 적층체 일면으로부터 측면을 따라 상기 태양전지 적층체 타면까지 연결된 형태의 금속 프레임을 포함하는 태양전지 패널의 재활용 방법으로서,
(a) 상기 금속 프레임을 해체하는 단계;
(b) 상기 태양전지 적층체로부터 강화 유리를 제거하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계를 거친 태양전지 적층체로부터 백시트를 제거하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계를 거친 태양전지 적층체를 세척용 조성물에 넣고 침지시키는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄한 후 입도별로 분쇄물을 배출하는 단계; 를 포함하고,
상기 (b) 단계는, 절단 수단을 이용하여 강화 유리를 절단하고 상기 제1충전재 및 상기 제2충전재의 유리전이온도(Tg) 중 더 높은 온도까지 상기 (a) 단계를 거친 태양전지 적층체를 가열한 다음 급속 냉각시킨 후에 기계적으로 박리하는 것이며,
상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 형성된 상기 태양전지 적층체의 이격된 일 단부 또는 이격된 부분에 절단수단을 이용하여 구멍을 내고 상기 태양전지 적층체의 측면을 고정한 상태에서 수행되는 것이고,
상기 (d) 단계는 프로필렌 글리콜계 화합물을 포함하는 세척용 조성물에 상기 (c) 단계를 거친 태양전지 적층체를 1 내지 20 시간 침지시킨 후, 상기 제1 충전재와 상기 제2 충전재를 제거한 후, 표면에 잔류하는 충전재를 긁어내어 제거하는 것이며,
상기 (e) 단계는 (d) 단계를 거친 태양전지 적층체를 분쇄하여 공급하는 공급수단, 상기 공급수단의 하류 측에 연결되고, 입도별로 선별된 분쇄물을 배출하는 시브수단, 상기 시브수단의 하류 측에 연결되고, 분쇄물로부터 이물질을 제거하는 이물제거수단 및 상기 공급수단, 시브수단, 이물제거수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단을 포함하는 분쇄부에서 수행되는 것인,
태양전지 패널의 재활용 방법.
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- 제1항에 있어서,
상기 시브수단은 복수의 빗살판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 오토시브, 복수의 다공판과 가진기를 이용하여 분쇄물을 선별하는 트위스트시브를 구비하며, 상기 이물제거수단은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기, 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기, 이물질이 고착된 분쇄물을 분류하는 분류기를 구비한 태양전지 패널의 재활용 방법.
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