一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法

摘要

本发明公开一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，属于固体废弃物资源化技术领域，包括以下步骤：机械预拆解去除铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板；将固定的光伏基板置入密闭容器中，在高温条件下，其中汽化的有机溶剂对光伏基板中的EVA进行蒸汽式受限溶胀，得到EVA呈疏松分散状的疏散基板，背板可完全剥离或部分剥离；将疏散基板置入热解反应器中，在高温条件下，对剩余EVA和背板进行彻底热分解，实现钢化玻璃和晶硅片的完全分离及晶硅片的完整性回收。本发明所述方法操作时间短，所需化学药剂少，可完整剥离出光伏组件中晶硅片，有利于晶硅片的后续处理和利用，提高了废弃光伏的回收价值和经济性。

权利要求

1.一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于实施步骤如下：

1)机械预拆解

通过机械拆解去除铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板；

2)混合溶剂热处理

利用夹具夹紧所述的光伏基板，通过施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为；将夹好固定的光伏基板置入密闭容器中，加入少量有机溶剂和压力助剂，并加热升温汽化有机溶剂和压力助剂，对EVA进行蒸汽式受限溶胀；蒸汽式受限溶胀结束，待有机溶剂及压力助剂冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状，背板可完全剥离或部分剥离，有机溶剂冷凝后可重复使用；

3)高温分解热处理

将EVA呈疏松分散状的光伏基板置于热解反应器内，通过高温热解分解剩余的EVA和背板，进而实现钢化玻璃和晶硅片的完全分离以及晶硅片的完整性回收，热分解过程产生的热解油和可燃气可作为燃料用于热解反应器供热。

2.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中所述夹具包括两固定板和连接固定板的夹子，固定板为玻璃板或钢板，利用夹子夹紧或固定。

3.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中所述有机溶剂为苯、甲苯、邻二氯苯、三氯乙烯的一种或两种及以上的组合，添加量为密闭容器体积的1％～5％，加热汽化的有机溶剂用作EVA溶剂。

4.根据权利要求1至3之一所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中所述压力助剂为水或醇类有机溶剂，添加量为密闭容器体积的2％～

10％，压力助剂蒸汽用以增加密闭容器内压力。

5.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中所述蒸汽式受限溶胀所需温度为100～200℃，有机溶剂完全汽化，压力助剂完全或部分汽化，形成高温高压蒸汽体系。

6.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中所述蒸汽式受限溶胀所需时间为1～4小时。

7.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤3)中所述热分解过程所需加热温度为400～600℃。

8.根据权利要求7所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤3)中所述热分解过程所需时间为0.5～2小时。

9.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤3)热解反应器内的热分解气氛为空气气氛或者无氧惰性气体气氛。

10.根据权利要求1所述的实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其特征在于，步骤2)中有机溶剂为甲苯或三氯乙烯，添加量为2％-3％；压力溶剂为水或乙醇，添加量为3％-6％；蒸汽式受限溶胀处理时间为2～3小时；

步骤3)中热分解过程加热温度为450～500℃，处理时间为0.5～1小时。

说明书

一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法

技术领域

[0001] 本发明公开一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，涉及固体废弃物资源化利用领域，尤其是涉及废弃晶体硅光伏组件的资源化利用方法。

背景技术

[0002] 太阳能作为一种安全、稳定、连续的清洁可再生能源，近来备受关注。太阳能光伏组件是光电转化系统的核心部分，随着生产技术的成熟和成本的降低，光伏装机容量呈现井喷式增长，我国2018年底光伏并网装机容量已累计超过1.7亿千瓦，其中晶体硅光伏组件市场占有率高达90％以上。然而，光伏组件普遍使用寿命在20～25年之间，因此巨大的装机容量必然带来未来巨大的光伏废弃物产量。如何高效资源化处置废弃光伏组件则成为光伏系统建设的最后一环。

[0003] 现有一种晶体硅光伏组件，如图1所示，主要由铝边框1′、钢化玻璃2′、晶硅片3′、接线盒4′、EVA 5′和背板6′组成，图1中，钢化玻璃是透明的，EVA具有一定的透光性，如何实现组件拆解分离是实现其资源化处置的关键。目前组件拆解方法主要包括无机酸溶解法、有机溶剂溶解法和热处理法三大类。无机酸溶解法主要依靠浓强酸腐蚀，有机溶剂溶解法则依靠有机溶剂溶胀，二者都需要使用大量高浓度化学药剂，且操作时间长，尤其是有机溶剂溶解法溶胀期长达7～10天；另外剧烈腐蚀或溶胀均导致硅片碎裂，降低其回收价值。较之化学处理法，热处理法可在几个小时内彻底分解EVA，可实现厚度400μm及以上硅片的完整性剥离，但随着硅片趋薄发展，目前市场上硅片厚度一般在200μm左右，简单的热处理已难以实现晶硅片完整性剥离回收。

[0004] 中国文献CN109092842A报废光伏组件拆解方法，包括以下步骤：1)拆解铝边框；2)拆解接线盒；3)去氟膜；4)去背板；5)分离EVA胶层和背板，分离硅片层、焊带和玻璃；6)物料单独分离，本方案是通过喷枪喷出流质的压力和角度分离出EVA胶层、背板、硅片层、焊带和玻璃，硅片层容易受到损坏而不完整。

[0005] 因此，建立一种可实现硅片高完整性剥离的废弃光伏组件拆解方法，对光伏废弃物资源化处置意义重大，满足环境效益和经济效益，符合国家发展需求。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，可实现铝边框、钢化玻璃、晶硅片、接线盒和塑料部分(EVA和背板)的完全分离，并保证晶硅片的完整性回收。

[0007] 为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0008] 一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，其实施步骤如下：

[0009] 1)机械预拆解

[0010] 通过机械拆解去除铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板；

[0011] 2)混合溶剂热处理

[0012] 利用夹具夹紧所述的光伏基板，通过施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为；将夹好固定的光伏基板置入密闭容器中，加入少量有机溶剂和压力助剂，并加热升温汽化有机溶剂和压力助剂，对EVA进行蒸汽式受限溶胀；蒸汽式受限溶胀结束，待有机溶剂及压力助剂冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状，背板可完全剥离或部分剥离，有机溶剂冷凝后可重复使用；

[0013] 3)高温分解热处理

[0014] 将所述的疏散基板置于热解反应器内，通过高温热解分解剩余的EVA和背板，进而实现钢化玻璃和晶硅片的完全分离以及晶硅片的完整性回收，热分解过程产生的热解油和可燃气可作为燃料用于热解反应器供热。

[0015] 进一步，步骤2)中所述夹具包括两固定板和连接固定板的夹子，固定板为玻璃板或钢板，利用夹子夹紧或固定。

[0016] 进一步，步骤2)中所述有机溶剂为苯、甲苯、邻二氯苯、三氯乙烯的一种或两种及以上的组合，添加量为密闭容器体积的1％～5％；优选地，有机溶剂为甲苯或三氯乙烯，添加量为2％～3％。

[0017] 进一步，步骤2)中所述压力助剂为水或醇类有机溶剂，添加量为密闭容器体积的2％～10％，压力助剂蒸汽用以增加密闭容器内压力；优选地，压力溶剂为水或乙醇，添加量为3％～6％。

[0018] 进一步，步骤2)中所述加热温度为100～200℃(根据所选溶剂沸点灵活调整)，有机溶剂完全汽化，压力助剂完全或部分汽化，形成高温高压蒸汽体系。

[0019] 进一步，步骤2)中所述蒸汽式受限溶胀处理所需时间为1～4小时；优选地，溶胀处理时间为2～3小时。

[0020] 进一步，步骤3)中所述热分解过程所需加热温度为400～600℃；优选地，加热温度为450～500℃。

[0021] 进一步，步骤3)中所述热分解过程所需时间为0.5～2小时；优选地，加热时间为0.5～1小时。

[0022] 进一步，步骤3)热解反应器内的热分解气氛为空气气氛或者无氧惰性气体气氛。

[0023] 本发明中废弃光伏组件是废弃晶体硅光伏组件，可以是多晶硅和单晶硅光伏组件，本发明所述方法操作时间短，所需化学药剂少，可完整剥离出光伏组件中晶硅片，有利于晶硅片的后续处理和利用，提高了废弃光伏的回收价值和经济性。本发明方案相比于现有拆解技术的有益效果是：

[0024] a.本发明采用的混合溶剂热处理，较之传统有机溶剂溶解法，所需化学药剂量大大减少，且可多次重复使用，二次污染小；

[0025] b.本发明采用的混合溶剂热处理，在高温高压下对EVA进行蒸汽式溶胀，较之传统有机溶剂溶解法，所需时间大大减少，实际可操作性强；

[0026] c.本发明通过混合溶剂热处理，预先完全去除或者部分去除背板，可避免或者减少高温分解热处理过程含氟有害气体的产生；

[0027] d.本发明通过混合溶剂热处理，通过施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，可在保持硅片完整性同时，使光伏基板上EVA呈疏松分散状，为高温分解热处理过程产生的气体提供通路，避免热解气积累导致硅片碎裂，彻底分解后，可实现硅片完整性剥离，有利于晶硅片的后续处理和利用，提高了废弃光伏的回收价值和经济性。

附图说明

[0028] 图1是一晶体硅光伏组件结构示意图。

[0029] 图2是本发明实施例工艺流程图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0031] 实施例：请参阅图2，一种实现硅片完整性回收的废弃光伏组件拆解方法，实施步骤如下：

[0032] 1)机械预拆解

[0033] 通过机械拆解去除铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板；

[0034] 2)混合溶剂热处理

[0035] 利用夹具夹紧所述的光伏基板，通过施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，可避免溶胀过程中EVA和背板变形对晶硅片的损坏；将夹好固定的光伏基板置入密闭容器中，加入少量有机溶剂和压力助剂，并加热升温汽化有机溶剂和压力助剂，汽化有机溶剂用作EVA溶剂，汽化压力助剂用作增加密闭容器内压力，对EVA进行蒸汽式受限溶胀，容器内形成的高温高压体系可提高EVA溶胀效率；蒸汽式受限溶胀结束，待有机溶剂及压力助剂冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状(疏散基板)，背板可完全剥离或部分剥离，有机溶剂冷凝后可重复使用；

[0036] 3)高温分解热处理

[0037] 将所述的疏散基板置于热解反应器或热解炉内，通过高温热解分解剩余的EVA和背板，进而实现钢化玻璃和晶硅片的完全分离以及晶硅片的完整性回收，热分解过程产生的热解油和可燃气可作为燃料用于热解反应器供热。

[0038] 本发明中步骤2)中采用的夹具包括两固定板和连接固定板的夹子，固定板为玻璃板或钢板，利用夹子夹紧或固定。步骤2)中有机溶剂可以为苯、甲苯、邻二氯苯、三氯乙烯及其它EVA良好溶剂中的一种或两种及以上的组合，添加量为密闭容器体积的1％～5％；优选地，有机溶剂为甲苯或三氯乙烯，添加量为2％～3％。步骤2)中压力助剂可以为水或醇类等无毒有机溶剂类，且可为水和有机溶剂的组合或者两种及以上有机溶剂的组合，添加量为密闭容器体积的2％～10％，压力助剂蒸汽用以增加密闭容器内压力；优选地，压力溶剂为水或乙醇，添加量为3％～6％。步骤2)中加热温度为100～200℃(根据所选溶剂沸点灵活调整)，有机溶剂完全汽化，压力助剂完全或部分汽化，形成高温高压蒸汽体系。步骤2)中蒸汽式受限溶胀处理所需时间为1～4小时；优选地，溶胀处理时间为2～3小时。步骤3)中热分解过程所需加热温度为400～600℃；优选地，加热温度为450～500℃。步骤3)中热分解过程所需时间为0.5～2小时；优选地，加热时间为0.5～1小时。步骤3)热分解气氛可为空气气氛或者无氧惰性气体气氛。本发明实施回收的硅片形状完整，有利于晶硅片的后续处理和利用。

[0039] 本发明采用的混合溶剂热处理，较之传统有机溶剂溶解法，所需化学药剂量大大减少，且可多次重复使用，二次污染小；本发明采用的混合溶剂热处理，在高温高压下对EVA进行蒸汽式溶胀，较之传统有机溶剂溶解法，所需时间大大减少，实际可操作性强；本发明通过混合溶剂热处理，预先完全去除或者部分去除背板，可避免或者减少高温分解热处理过程含氟有害气体的产生；本发明通过混合溶剂热处理，通过施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，可在保持硅片完整性同时，使光伏基板上EVA呈疏松分散状，为高温分解热处理过程产生的气体提供通路，避免热解气积累导致硅片碎裂，彻底分解后，可实现硅片完整性剥离，有利于晶硅片的后续处理和利用，提高了废弃光伏的回收价值和经济性。

[0040] 本发明拆解的晶体硅光伏组件，主要由铝边框、钢化玻璃、晶硅片、接线盒、EVA和背板组成，有些文献资料中，EVA和背板也可合称为塑料部分。

[0041] 下面通过列举具体实施方式对本发明技术方案作进一步阐述。

[0042] 实施例1

[0043] 首先通过机械拆解去除废弃多晶硅光伏组件的铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板。通过固定板对所述光伏基板施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，将其置入密闭容器中，加入密闭容器体积2.5％的甲苯和密闭容器体积5％的乙醇，并加热升温至180℃汽化甲苯和乙醇，形成高温高压体系，对EVA进行蒸汽式受限溶胀2小时，蒸汽式受限溶胀结束，待甲苯和乙醇冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状(疏散基板)，背板可完全剥离，冷凝后的甲苯和乙醇可重复使用。将所述的疏散基板置于热解反应器内，在500℃空气气氛条件下热处理30分钟，剩余的EVA彻底分解，钢化玻璃和晶硅片完全分离，并获得完整性晶硅片。

[0044] 实施例2

[0045] 首先通过机械拆解去除废弃多晶硅光伏组件的铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板。通过固定板对所述光伏基板施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，将其置入密闭容器中，加入密闭容器体积3％的三氯乙烯和密闭容器体积6％的水，并加热升温至150℃汽化三氯乙烯和水，形成高温高压体系，对EVA进行蒸汽式受限溶胀3小时，蒸汽式受限溶胀结束，待三氯乙烯和水冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状(疏散基板)，背板可部分剥离，冷凝后的三氯乙烯和水可重复使用。将所述的疏散基板置于热解反应器内，在500℃氮气气氛条件下热解30分钟，剩余的EVA彻底分解，钢化玻璃和晶硅片完全分离，并获得完整性晶硅片。

[0046] 实施例3

[0047] 首先通过机械拆解去除废弃多晶硅光伏组件的铝边框和接线盒，得到去铝边框和接线盒的光伏基板。通过固定板对所述光伏基板施加物理压力限制溶剂热处理过程中EVA的溶胀行为，将其置入密闭容器中，加入密闭容器体积3％的甲苯和密闭容器体积6％的水，并加热升温至180℃汽化甲苯和水，形成高温高压体系，对EVA进行蒸汽式受限溶胀3小时，蒸汽式受限溶胀结束，待甲苯和水冷凝后取出光伏基板，所得光伏基板中EVA呈疏松分散状(疏散基板)，背板可部分剥离，冷凝后的甲苯和水可重复使用。将所述的疏散基板置于热解反应器内，在500℃氮气气氛条件下热解30分钟，剩余的EVA彻底分解，钢化玻璃和晶硅片完全分离，并获得完整性晶硅片。

[0048] 本发明中EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物英文简称，本实施方式中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购买获得的常规产品。

[0049] 以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。