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光伏回收,中國夢之隊在行動(下)
時間:2020-04-16    來源:    分享:

光伏回收,中國夢之隊在行動(下)

 3月5日

近年來,隨新能源行業(yè)不斷發(fā)展,光伏組件需求與比重越來越大。截止2019年底,我國光伏新增裝機(jī)30.1GW,累計裝機(jī)205GW。隨光伏市場不斷擴(kuò)大,可預(yù)期未來壽命期滿后退役晶硅光伏組件數(shù)量將急劇增加。如何處理廢棄組件成為關(guān)注重點。


國內(nèi)組件回收項目研究進(jìn)展


國家重點研發(fā)計劃可再生能源與氫能專項《晶硅光伏組件回收處理成套技術(shù)和裝備》項目近期在晶硅光伏組件回收方面研究取得重要進(jìn)展。據(jù)項目組介紹,該項目于2019年4月正式立項實施,項目實施的第一年期間,在基于物理法對光伏組件環(huán)保處理成套工藝技術(shù)及關(guān)鍵裝備研究方面,物理法產(chǎn)線研發(fā)出組件玻璃切割技術(shù)及關(guān)鍵裝備,通過調(diào)節(jié)聚合物EVA粘結(jié)膠膜與晶硅組件玻璃的界面相變特性,實現(xiàn)玻璃低損或無損剝離;所獲玻璃組件可直接用于建筑、屏障等領(lǐng)域。研發(fā)出組件邊框低成本拆解技術(shù)及關(guān)鍵裝備;所獲邊框鋁材可重新鑄造成型,廣泛用于各行業(yè)。
同時,也研發(fā)出組件膠膜、混合粉體(硅、銀、銅等)各組分環(huán)保分離技術(shù)及關(guān)鍵裝備,通過溫度控制與外能場協(xié)同作用,驅(qū)動粘結(jié)膠膜從碎電池片上有效脫離,通過精細(xì)研磨-分級篩選實現(xiàn)硅、銀、銅組分高效分離;所獲EVA等膠膜可通過本項目的高分子改性創(chuàng)新技術(shù),重新用于塑料構(gòu)件行業(yè),所獲硅、銀、銅各組分則可用于建材、金屬鑄件等領(lǐng)域。本項目集成、優(yōu)化各相關(guān)設(shè)備,建成我國首條基于物理法的晶硅光伏組件低成本環(huán)保處理產(chǎn)線,產(chǎn)線指標(biāo)預(yù)期達(dá)到:產(chǎn)能≥10 MW/年,能耗≤25 kWh/kW 組件;實現(xiàn)質(zhì)量回收率≥93%,銀回收率≥93%,硅回收率≥96%,銅回收率≥97%,將對組件回收行業(yè)起到示范、引領(lǐng)作用。
在基于化學(xué)法對光伏組件環(huán)保處理成套工藝技術(shù)研究方面,項目已形成了基于熱解和化學(xué)處理等核心技術(shù)的一體化綜合示范量產(chǎn)方案。同時在基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)方面取得了重要突破,EVA膠膜的去交聯(lián)方式是項目的關(guān)鍵難題之一。通過勻流熱場的特殊設(shè)計形成區(qū)塊化的熱解激活能,從而在光伏組件樣品這樣的大尺寸條件下最大限度的平衡反應(yīng)進(jìn)行的時間和劇烈程度;EVA熱失重過程中產(chǎn)生的不均勻熱量釋放及裂解中間產(chǎn)物帶來的量產(chǎn)工藝挑戰(zhàn),本項目通過中溫引流的方式舒緩熱能排出量和廢氣排出速度,從而解決了巨大溫差帶來的反應(yīng)不可控,由此設(shè)計牽引出的長程降溫需求也同步促成了對排放高危廢物(如重金屬等)有足夠時間和空間進(jìn)行物理收集,進(jìn)一步將回收技術(shù)綠色化、無害化。在晶體硅電池片的化學(xué)法回收方面,通過實驗室級的精細(xì)化開發(fā),已實現(xiàn)了核心材料銀≥90%、硅≥90%、 銅≥90%的回收率,形成了可量產(chǎn)化的實現(xiàn)方案。
如何有效實現(xiàn)固化有機(jī)膠膜解粘結(jié)是光伏組件拆解和構(gòu)成組分材料分離的基礎(chǔ)。為此,本項目正在深入開展固化EVA在多種物理化學(xué)因素作用下的解粘結(jié)機(jī)理研究。通過進(jìn)行EVA膠膜老化實驗并檢測分析膠膜粘結(jié)微觀界面,提出了粘結(jié)界面的氫鍵作用力模型。由于新型高效晶硅太陽電池組件在光伏市場中的占有率正逐年上升,針對這些未來擁有規(guī)?;袌龇蓊~的新型材料和新結(jié)構(gòu)晶硅光伏組件開展環(huán)保處理新技術(shù)研究也是本項目的重要內(nèi)容。圍繞無損拆解高效電池和高價值封裝玻璃板,已完成基于激光和熱絲切割的組件拆解新技術(shù)原理驗證,并針對晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的構(gòu)成新材料開展銀和銦的高價值回收。本項目進(jìn)一步對回收后的高價值太陽電池進(jìn)行修復(fù)再使用研究并開發(fā)回收含氟背板材料的高效環(huán)保無害化處理技術(shù),填補(bǔ)現(xiàn)有光伏組件回收技術(shù)領(lǐng)域的空白。已對回收電池進(jìn)行性能衰退因素診斷,形成了一套普適性檢測方案。發(fā)現(xiàn)退役組件中晶硅電池性能下降的主要原因歸于銀柵線退化和電池體壽命下降,據(jù)此正深入開展太陽電池性能修復(fù)新技術(shù)。在含氟背板材料進(jìn)行無害化處理上,本項目正走出一條基于共混改性和酯化再聚合的創(chuàng)新技術(shù)路線,變廢為寶,將含氟背板轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦涂捎煤牧稀?/span>

在晶硅光伏組件的回收產(chǎn)業(yè)配套服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方面,項目組也進(jìn)行了深入的調(diào)研與原創(chuàng)性的工作,包括回收過程對于環(huán)境影響的綠色評價方法、回收產(chǎn)業(yè)相關(guān)的原創(chuàng)性標(biāo)準(zhǔn)制定,以及為促進(jìn)回收產(chǎn)業(yè)方法提出的政策建議等方面。首先,在綠色評價方法方面,項目組采用國際普遍認(rèn)可的全生命周期評估方法對回收過程進(jìn)行建模,并對回收過程本身產(chǎn)生的環(huán)境增益進(jìn)行計算。光伏發(fā)電相對于火電等傳統(tǒng)能源而言,單看碳排放一個指標(biāo),只有傳統(tǒng)能源的1%,在回收過程,將原始生產(chǎn)過程耗能較高的硅材料、鋁合金材料、玻璃等回收再利用,可以使其環(huán)境影響進(jìn)一步降低。在全球循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢下,在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中增加回收環(huán)節(jié),無疑是促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展的有力舉措。其次,在原創(chuàng)性標(biāo)準(zhǔn)制定方面,光伏回收在國際上屬新興行業(yè),國內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定均缺失,項目組經(jīng)過深入調(diào)研初步建立了回收產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系并列出了標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表,并著重對晶硅組件回收判廢標(biāo)準(zhǔn)、回收企業(yè)技術(shù)要求、回收企業(yè)產(chǎn)線能力認(rèn)證等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)研、科學(xué)的測試分析和廣泛的聽取意見。目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在立項編寫過程中。最后,是對項目組的研究內(nèi)容的總結(jié)并上報為政策建議。項目組作為我國首個成套的晶體硅光伏回收項目,研究內(nèi)容包含市場分析、技術(shù)研發(fā)、配套服務(wù)等一攬子任務(wù)。將研究過程中的經(jīng)驗與得失,匯總成政策建議文件,對于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中回收這一新環(huán)節(jié)的良好市場環(huán)境與政策環(huán)境的形成具有重要意義。



光伏組件回收軟環(huán)境進(jìn)展


目前,大規(guī)模光伏組件將面臨陸續(xù)退役問題,隨著國內(nèi)外對光伏回收技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)關(guān)注與投入,將有望為原有的從硅材料提純、拉棒鑄錠和切片、電池生產(chǎn)到組件封裝、平衡部件、系統(tǒng)集成的光伏產(chǎn)業(yè)鏈增添“退役回收”這一新環(huán)節(jié)。在全產(chǎn)業(yè)鏈的綠色制造方面,尚缺乏綠色評價技術(shù)、市場監(jiān)督、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、激勵政策等制成體系,亟需在這些方面加大力度,積極引導(dǎo)未來光伏回收產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

國際上,歐盟(EU - European Union)環(huán)境署已經(jīng)在積極推動使用全生命周期評估(LCA - Life Cycle Assessment)的方法對光伏產(chǎn)品進(jìn)行綠色評價與認(rèn)證辦法的研究。基于全生命周期評估方法制定的統(tǒng)一綠色產(chǎn)品評價方法,稱為產(chǎn)品環(huán)境足跡指南(PEF Guide - Product Environmental Footprint Guide),并根據(jù)各種產(chǎn)品分別制定細(xì)則(PEFCR - Product Environmental Footprint Category Rules)。歐盟委員會將此方法推薦給歐盟各個成員國、公司、私人組織和金融機(jī)構(gòu)等,幫助形成產(chǎn)品透明、真實、完整、清晰且有可比性的交流。2013年5月,歐盟啟動了為期五年的試點過程,首批納入試點的產(chǎn)品超過20種類別,產(chǎn)品涵蓋各個領(lǐng)域,光伏產(chǎn)品也納入了歐盟PEF的首批試點中,并已完成2013年至2018年春為期五年的試點過程,于2019年2月12日正式發(fā)布了針對光伏產(chǎn)品的PEF細(xì)則。歐盟對綠色產(chǎn)品認(rèn)證的方法是,企業(yè)根據(jù)歐盟發(fā)布的PEF編制LCA報告,將各種環(huán)境影響類別數(shù)字化,根據(jù)數(shù)字將產(chǎn)品分為A、B、C、D、E五個等級,貼上標(biāo)簽Performance Label,供消費者辨識與選擇。EPEAT(電子產(chǎn)品環(huán)境影響評估工具)是美國推出的針對電子產(chǎn)品的多維環(huán)境績效標(biāo)準(zhǔn),對電子產(chǎn)品在其生命周期中就環(huán)境的影響進(jìn)行評估認(rèn)證。在EPEAT認(rèn)證下,可以根據(jù)光伏組件滿足標(biāo)準(zhǔn)的百分比,將獲證企業(yè)區(qū)分為金、銀、銅三個不同的級別。

國內(nèi)在綠色制造方面,缺乏培訓(xùn)和能力建設(shè)、輿論宣傳和呼吁以及國際合作平臺。基于此,工信部中國綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟光伏專委會(ECOPV)于2020年1月正式成立,該平臺致力以“光伏綠色供應(yīng)鏈”為宗旨,目的就是使得“讓光伏更加綠色。在物料供應(yīng)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用推廣、報廢處理的全生命周期內(nèi),打造我國光伏綠色技術(shù)和應(yīng)用的合作交流平臺。該聯(lián)盟的成立有利于實現(xiàn)中國可再生能源比例的國家目標(biāo)和減排義務(wù),填補(bǔ)國內(nèi)致力于光伏綠色供應(yīng)鏈的第三方專業(yè)服務(wù)的空白,推動環(huán)保、新型光伏產(chǎn)品和材料的創(chuàng)新研究和應(yīng)用,解決光伏全生命周期內(nèi)的環(huán)境和生態(tài)風(fēng)險。

本篇文章獲得國家重點研發(fā)計劃可再生能源與氫能專項《晶硅光伏組件回收處理成套技術(shù)和裝備》項目組全體成員支持,由項目秘書李蘋供稿。由于篇幅過長,以上中下形式向大家分享。

上篇請見《【專家觀點】報廢or回收,光伏老組件路在何方(上)》

中篇請見《【專家觀點】“垃圾只是放錯了地方的財富”光伏組件如何回收(中)》



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