KR20240023765A - 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법 - Google Patents
물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법에 관한 것으로, 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스가 제거되는 해체단계와, 상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 파쇄장치에 의해 1차 파쇄되는 1차 파쇄단계와, 상기 1차 파쇄단계를 거친 1차 파쇄물이 거름망(sieve)에 의해 입도별로 선별되어 조립자와 미립자로 분리되는 분체단계와, 상기 분체단계에서 선별된 미립자가 와전류선별 및/또는 정전선별을 통해 유가금속과 비금속으로 분류되는 금속 분류단계 및 상기 금속 분류단계에서 선별된 비금속이 비중에 따라 폴리머 재질의 경량물과, 강화유리와 같은 중량물로 분류되는 비중 선별단계를 포함하는 것으로, 본 발명은 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스를 제거한 이후 파쇄 및 분쇄, 분급, 비중선별 등의 물리적 방법만으로 태양광 폐모듈을 각 소재별로 분류함으로써 자원을 회수 및 재활용하므로 친환경적이며, 경제성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노후화 및 파손에 따른 태양광 폐모듈을 물리적인 방법으로만 분리하여 재활용하기 위한 방법에 관한 것이다.
기존의 에너지원인 화석에너지의 탄소배출, 대기오염, 자원고갈과 같은 문제로 인해 이를 대체할 수 있는 신재생에너지원의 개발 필요성이 대두되고 있으며, 이에 따라 태양광 발전시스템의 설치가 급격히 증가하고 있다.
태양광 패널은 2000년 초에 국내 보급을 시작으로 보급량이 매년 급증하고 있다. 국내 태양광발전설비는 2017년 6GW, 2030년 41GW, 2050년 135GW 수준으로 지속적인 성장이 예상되며, 이에 따라 2023년에는 9,665톤의 폐모듈이 발생할 것으로 예상되고, 2050년에는 11만 5,250톤의 폐모듈이 발생할 것이라 예상된다.
이처럼 폭발적으로 늘어나는 태양광 폐모듈을 처리하기 위하여, 각 국들은 태양광 폐모듈 처리에 대한 의무화를 추진하고 있으며, 특히, 한국은 2019년 ‘태양광 패널(모듈) 생산자 책임재활용제도 도입을 위한 업무협약’을 체결하고, 2023년부터 태양광 패널 EPR제도를 시행하되, 2022년까지 태양광 모듈 회수ㆍ보관 체계 구축, 재활용 기술 개발 등 재활용 기반을 마련 예정이다.
일반적인 실리콘계 태양광 패널은 강화유리, 봉지재(EVA), 태양전지 셀, 봉지재(EVA), 백 시트(Back sheet), 정션 박스(Junction box) 및 알루미늄 프레임(Frame)으로 구성되어 있다.
종래에는, 태양광 패널로부터 정션 박스(Junction box) 및 알루미늄 프레임(Frame)을 물리적으로 분리하는 1단계 공정과, 일체화되어 있는 강화유리, 태양전지 셀, 봉지재(EVA), 백 시트(Back sheet)로부터 강화유리 및 태양전지 셀을 화학적으로 분리하는 2단계 공정을 거쳐 태양광 폐모듈이 재활용되도록 하였다.
특히, 이 중 2단계 공정인 화학적 분리 공정으로는 열분해법, 유기용매법, 질산침지법 등이 사용되고 있으나, 이러한 화학적인 방법으로 태양전지 및 셀을 분리하는 공정은 작업과정이 복잡하여 사업성이 부족하고, 유해물질, 화학적 이산화탄소 발생 등으로 인해 환경이 오염되며, 다량의 불활성 기체, 유기용매 또는 질산이 필요하기 때문에 경제성이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 이를 해결하고자 안출된 것으로, 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스를 제거한 이후 파쇄 및 분쇄, 분급, 비중선별 등의 물리적 방법만을 사용하여 태양광 폐모듈을 각 소재별로 분류함으로써 자원을 회수하는 태양광 폐모듈 재활용 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법에 관한 것으로, 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스가 제거되는 해체단계와, 상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 제1 파쇄장치에 의해 1차 파쇄되는 1차 파쇄단계와, 상기 1차 파쇄단계를 거친 1차 파쇄물이 거름망(sieve)에 의해 입도별로 선별되어 조립자와 미립자로 분리되는 분체단계와, 상기 분체단계에서 선별된 미립자가 와전류선별 및/또는 정전선별을 통해 유가금속과 비금속으로 분류되는 금속 분류단계 및 상기 금속 분류단계에서 선별된 비금속이 비중에 따라 폴리머 재질의 경량물과, 강화유리와 같은 중량물로 분류되는 비중 선별단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해체단계와 상기 1차 파쇄단계 사이에는, 상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 적정 크기로 절단되는 절단단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분체단계에서 조립자로 선별된 1차 파쇄물은, 제2 파쇄장치에 의해 2차로 파쇄되는 2차 파쇄단계 및 분체단계를 반복하게 되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스를 제거한 이후 파쇄 및 분쇄, 분급, 비중선별 등의 물리적 방법만으로 태양광 폐모듈을 각 소재별로 분류함으로써 자원을 회수 및 재활용하므로 친환경적이며, 경제성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 태양광 폐모듈 재활용 공정으로 사용되는 가열 및 화학적 재활용 방법과 대비하여 공정이 단순하므로 작업시간이 단축되고 비용이 적게 소요되며 작업의 효율성이 높은 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 태양광 폐모듈 재활용 공정 중 비용이 많이 발생하거나 시간이 많이 소요되는 작업단계에서, 기존에 상용되는 장비를 활용하여 태양광 폐모듈이 물리적으로 분리되도록 함으로써 초기투자비용을 낮추어 전체적인 태양광 폐모듈 재활용 시스템의 구축이 용이하도록 하는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분체단계의 실시상태를 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분체단계의 실시상태를 나타낸 개요도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 태양광 모듈은, 솔라셀(Solar Cell)의 상면에 강화유리가 부착되고, 솔라셀의 하면에 백시트가 부착되며, 상기 솔라셀과 강화유리 및 백시트는 EVA 접착시트에 의해 상호 접착된 구조로 마련된다. 덧붙여, 태양광 모듈은 알루미늄 프레임에 의해 외곽이 감싸져 있으며, 백시트의 바닥면에는 정션박스가 설치된다.
본 발명은 이러한 구조로 마련되되, 사용이 완료된 태양광 폐모듈을 물리적인 공정만을 통해서 재활용하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 물리적 분리를 이용한 태양광 폐모듈의 재활용 방법의 흐름도이다.
본 발명에 따른 물리적 분리를 이용한 태양광 폐모듈의 재활용 방법은, 해체단계(S100), 절단단계(S200), 1차 파쇄단계(S300), 분체단계(S400), 2차 파쇄단계(S420), 금속 분류단계(S500), 비중 선별단계(S600)를 포함한다.
먼저, 상기 해체단계(S100)는, 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스가 제거되는 단계이다.
상기 해체단계에서, 작업자는 공구를 사용하여 수작업으로 태양광 폐모듈을 고정시키고, 태양광 폐모듈의 가장자리에 결합된 알루미늄 프레임과 백시트에 결합되어 있는 정션박스를 제거한다.
또는, 기계 장치를 사용하여 태양광 폐모듈을 고정시키고 유압실린더 등을 활용하여 정션박스 및 알루미늄 프레임을 가압하여 밀거나 당김으로써 태양광모듈로부터 정션박스 및 프레임이 강제적으로 제거되도록 한다.
이어서, 상기 절단단계(S200)는, 상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 적당한 크기로 절단되는 단계이다.
상기 절단단계는 후공정인 1차 파쇄단계에서 활용되는 제1 파쇄장치를 통해 태양광 폐모듈이 원활하게 파쇄되도록 하기 위한 전공정인 것으로, 상기 절단단계는 파쇄장치의 크기나 작업의 효율성 등을 고려하여 생략되어도 무방하다.
이어서, 상기 1차 파쇄단계(S300)는, 태양광 폐모듈이 제1 파쇄장치에 의해 1차 파쇄되는 단계이다.
1차 파쇄단계에서, 상기 태양광 폐모듈은 롤크러셔(roll crusher) 또는 슈레더(shredder)에 의해 1차 파쇄될 수 있으며, 본 발명에서는 파쇄장치의 실시례로서 슈레더 장치를 사용하여 태양광 폐모듈이 1차 파쇄되도록 하였다.
상기 슈레더는, 파쇄공간 내부에서 구동모터에 의해 회전되는 다수 개의 회전날에 의해 폐기물이 절단, 파쇄되는 장치인 것으로, 상기 1차 파쇄단계에서 사용되는 제1 파쇄장치의 회전날의 폭과, 회전날 간의 간격은 20 ~ 25mm인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 분체단계(S400)는, 1차 파쇄단계를 거친 1차 파쇄물이 거름망(sieve)에 의해 입도별로 선별되어 분리되는 단계이다.
상기 거름망(sieve)은 복수 개가 상하방향으로 적층되며, 1차 파쇄물은 복수 개의 거름망(40)을 통과하면서 입도별로 선별된다.
도 2는 본 발명에 따른 분체단계의 실시상태를 나타낸 개요도이다.
본 발명에서는 7 ~ 10 mesh(2.0 ~ 2.8mm)의 관통공이 형성된 제1 거름망(42)과, 16 ~ 20 mesh(0.9 ~ 1.25mm)의 관통공이 형성된 제2 거름망(44)과, 120 ~ 170mesh(0.090~0.125mm)의 관통공이 형성된 제3 거름망(46)을 적층하여 1차 파쇄물이 조립자(A)와 제1 미립자(B), 제2 미립자(C), 제3 미립자(D)로 분리되도록 하였다.
더욱 상세하게, 상기 제1 거름망(42)을 통과하지 못하고 제1 거름망에 형성된 챔버에 잔류하는 1차 파쇄물은 7 ~ 10 mesh의 이상의 입도를 가지며, 조립자(A)로 분류된다.
상기 분체단계를 거쳐 선별된 조립자(A)의 경우, 충분히 파쇄되지 않은 것으로 간주하여, 후술할 2차 파쇄단계(S420) 및 분체단계를 반복하게 된다.
다음으로, 제2 거름망(44)을 통과하지 못하고, 제2 거름망에 형성된 챔버에 잔류하는 1차 파쇄물은 7 ~ 10 mesh보다 작고 16 ~ 20 mesh보다 큰 입도를 가지며, 제1 미립자(B)로 분류된다.
상기 제1 미립자는 추가 공정 없이 재활용소재로 사용 가능하므로, 본 발명에서는 논외하기로 한다.
이어서, 제3 거름망(46)을 통과하지 못하고, 제3 거름망에 형성된 챔버에 잔류하는 1차 파쇄물은 16 ~ 20 mesh보다 작고 120 ~ 170mesh보다 큰 입도를 가지며, 제2미립자(C)로 분류된다.
상기 제2 미립자는 금속 분류단계(S500)를 거쳐 금속과 비금속으로 분류되는 과정을 거치게 된다.
마지막으로, 제3 거름망(46)을 통과한 1차 파쇄물은 120 ~ 170mesh보다 작은 입도를 가지며, 제3 미립자(D)로 분류된다.
상기 제3 미립자는 초미립자인 것으로, 재활용이 불가하여 폐기된다.
아울러, 이러한 분체공정에서 1차 파쇄물은 진동스크린 등과 같은 분체 장치에 의해 자동으로 분류되거나 또는 거름망을 활용하여 작업자에 의해 수작업으로 분류될 수 있으며, 이는 본 발명에 한정되지 아니한다.
한편, 상기 2차 파쇄단계(S420)는 1차 파쇄단계에서 제대로 파쇄되지 않아 분체단계에서 상기 조립자(A)로 분류된 파쇄물이 7 ~ 10 mesh보다 작은 입도를 가지기 위해 2차 파쇄되기 위한 공정이다.
상기 2차 파쇄단계에서 사용되는 제2 파쇄장치(슈레더)는, 1차 파쇄단계에서 사용되는 제1 파쇄장치의 회전날보다 폭이 좁고, 회전날 간의 간격이 좁게 마련되는 것으로, 제2 파쇄장치의 회전날 폭과 회전날 간의 간격은 10~15mm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 분체단계에서 선별된 상기 제2미립자(C)는, 금속 분류단계(S500)를 거쳐 금속과 비금속으로 분류된다.
더욱 상세하게, 상기 금속 분류단계(S500)에서 상기 제2미립자는 자력선별을 통해 금속과 비금속으로 분류된다.
본 발명의 금속 분류단계에서는 고압의 정전기를 사용하여 금속과 비금속을 분류하는 정전선별기를 통해 제2 미립자가 유가금속과 비금속으로 분류되도록 하였으나, 상기 제2 미립자는 전자석에서 발생되는 와전류를 이용하여 금속과 비금속을 분류하는 와전류선별기 등을 통해서도 선별 가능하며, 이는 본 발명에 한정되지 아니한다.
상기의 와전류선별기 및 정전선별기는 전기가 통하는 도체와 부도체를 분류하기 위한 장비인 것으로, 유가금속류는 도체이며, 유리, 폴리머 재질은 부도체이므로 미립자는 분체단계에서 유가금속(도체)과 비금속(부도체)으로 분류된다.
상기 분체단계에서 분류된 비금속물은 비중 선별단계(S600)를 거치게 된다.
상기 비중 선별단계(S600)에서 상기 비금속물은 비중선별기에 의해 비중에 따라 경량물과 중량물로 분류된다.
더욱 상세하게, 비금속물 중 비중이 가벼운 폴리머 재질의 경량물은 수면으로 부유되고, 비중이 무거운 강화유리와 같은 중량물은 수중으로 가라앉게 되므로 상기 비중 선별단계에서 비금속물은 소재별로 분류되는 것이다.
이처럼 본 발명은 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스를 제거한 이후 파쇄 및 분쇄, 분급, 비중선별 등의 물리적 방법만으로 태양광 폐모듈을 각 소재별로 분류함으로써 자원을 회수 및 재활용하므로 친환경적이며, 경제성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S100: 해체단계
S200: 절단단계
S300: 1차 파쇄단계
S400: 분체단계
S420: 2차 파쇄단계
S500: 금속 분류단계
S600: 비중 선별단계
40: 거름망
42: 제1 거름망
44: 제2 거름망
46: 제3 거름망
A: 조립자
B: 제1 미립자
C: 제2 미립자
D: 제3 미립자
S200: 절단단계
S300: 1차 파쇄단계
S400: 분체단계
S420: 2차 파쇄단계
S500: 금속 분류단계
S600: 비중 선별단계
40: 거름망
42: 제1 거름망
44: 제2 거름망
46: 제3 거름망
A: 조립자
B: 제1 미립자
C: 제2 미립자
D: 제3 미립자
Claims (3)
- 태양광 폐모듈의 프레임 및 정션박스가 제거되는 해체단계;
상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 제1 파쇄장치에 의해 1차 파쇄되는 1차 파쇄단계;
상기 1차 파쇄단계를 거친 1차 파쇄물이 거름망(sieve)에 의해 입도별로 선별되어 조립자와 미립자로 분리되는 분체단계;
상기 분체단계에서 선별된 미립자가 자력선별을 통해 유가금속과 비금속으로 분류되는 금속 분류단계; 및
상기 금속 분류단계에서 선별된 비금속이 비중에 따라 폴리머 재질의 경량물과, 강화유리와 같은 중량물로 분류되는 비중 선별단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 해체단계와 상기 1차 파쇄단계 사이에는,
상기 해체단계를 거쳐 프레임과 정션박스가 제거된 태양광 폐모듈이 적정 크기로 절단되는 절단단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 분체단계에서,
상기 조립자로 선별된 1차 파쇄물은, 제2 파쇄장치에 의해 파쇄되는 2차 파쇄단계 및 분체단계를 반복하게 되는 것을 특징으로 하는 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220101846A KR20240023765A (ko) | 2022-08-16 | 2022-08-16 | 물리적 분리에 의한 태양광 폐모듈의 재활용 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240023765A true KR20240023765A (ko) | 2024-02-23 |
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ID=90041821
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102154030B1 (ko) | 2019-04-16 | 2020-09-09 | 김영국 | 폐태양광모듈 분리해체장치 |
| KR102381246B1 (ko) | 2020-07-28 | 2022-04-15 | 한국전력공사 | 폐태양광 모듈로부터 백시트를 분리하는 방법 |
-
2022
- 2022-08-16 KR KR1020220101846A patent/KR20240023765A/ko unknown
Patent Citations (2)
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