Literature Review: Solar Photovoltaics Recycling/文獻綜述：太陽能光電發電回收
内容
背景
在向永续能源转型的过程中，太阳能光伏（PV）已成为关键产业。截至2019年底，由于产业的快速发展和成本下降，全球光电系统装置容量已超过600GW。太阳能电池板的发电量在其使用寿命内可能会下降 20%。在最初的 10 到 12 年之间，效率最大下降为 10%，到 25 年时效率最大下降为 20%。大多数制造商都对这些数字提供保证。然而，经验表明，25年后，效率实际上只下降了6%至8%。尽管光伏系统可以在 20-30 年内提供清洁电力，但管理当前光伏系统寿命终止 (EoL) 所涉及的挑战将使光伏行业在未来 10 年内在可持续性和产品管理方面面临考验。年。
2017年，全球产生了约430,500吨光伏废料。光伏板废料在法规方面仍然被归类为一般废料。事实上，国际能源总署 (IEA) 和国际再生能源署 (IRENA) 估计，到 2050 年，垃圾掩埋场将滞留 6,000-7,800 万吨光伏板废物。鉴于所有光伏电池都含有一定量的有毒物质，这确实会成为一种不可持续的获取能源的方法。在欧盟层面，光伏电池板是唯一的例外，因为根据废弃电气和电子设备 (WEEE) 指令，它们被归类为电子废物。因此，除了现有的法律架构外，该法规还规范了废弃光伏板的处置。
此外，IRENA 2016 年的一项研究估计，到2050 年，回收太阳能组件可回收约150 亿美元（相当于20 亿个组件，或630 吉瓦）。透过回收太阳能板，可以将重要材料转化为新产品新的电池板产品，缓解供应链限制并最终降低太阳能电池板的成本。因此，未来光伏技术的应用取决于可持续的组件EoL计划。
太阳能板的哪些部分可以回收？
- 太阳能电池
- 金属框架
- 玻璃板
- 电线
- Plexiglas
是什么让太阳能板回收变得困难？
- 它们的制造材料并不难回收
- 然而，它们是由许多部件构成的，所有部件都在一个产品中一起使用，以将各层粘合在一起
- 标准 c-Si 模组使用两层 EVA 黏合
- 以独特的方式分离和回收这些材料是复杂且昂贵的过程
太阳能板死后寿命的图形表示
各国太阳能光电废弃物产生量
| 太阳能板废弃物量（吨） | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 国家 | 2016年 | 2020年 | 2030年 | 2040年 | 2050年 |
| 日本 | 7,000吨 | 15,000吨 | 20万吨 | 1,800,000吨 | 6,500,000吨 |
| 中国 | 5,000吨 | 8,000吨 | 20万吨 | 2,800,000吨 | 13,500,000吨 |
| 印度 | 1,000吨 | 2,000吨 | 5万吨 | 62万吨 | 4,400,000吨 |
| 德国 | 3,500吨 | 2万吨 | 40万吨 | 2,200万吨 | 4,300,000吨 |
| 意大利 | 850吨 | 5,000吨 | 14万吨 | 1,000,000吨 | 2,100,000吨 |
| 法国 | 650吨 | 1,500吨 | 45,000吨 | 40万吨 | 1,500,000吨 |
| 英国 | 250吨 | 650吨 | 3万吨 | 35万吨 | 1,000,000吨 |
| 美国 | 6,500吨 | 13,000吨 | 17万吨 | 1,700,000吨 | 7,500,000吨 |
| 加拿大 | 350吨 | 700吨 | 13,000吨 | 15万吨 | 65万吨 |
| 澳洲 | 900吨 | 2,000吨 | 3万吨 | 30万吨 | 90万吨 |
| 南非 | 350吨 | 450吨 | 8,500吨 | 15万吨 | 75万吨 |
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文学
光电模组回收制程综述
Lunardi、Marina Monteiro、Juan Pablo Alvarez-Gaitan、José I. Bilbao 和 Richard Corkish。光电模组回收制程回顾。太阳能电池板和光伏材料。 IntechOpen，2018。https: //doi.org/10.5772/intechopen.74390。
抽象的
光伏（PV）太阳能模组的安装量成长极快。由于这种增加，达到使用寿命的模组数量在不久的将来将以相同的速度增长。预计到 2050 年，这一数字将增加到 550-600 万吨。因此，世界各地正在开发回收太阳能模组的方法，以减少光伏废物对环境的影响并从旧模组中回收一些价值。目前的回收方法只能回收一部分材料，因此该领域还有很大的进步空间。目前，欧洲是唯一拥有强大且明确的监管框架来支援光伏回收流程的司法管辖区。本综述总结了太阳能组件可能的光伏回收工艺，包括晶硅和薄膜技术以及全球立法的概述。到目前为止，c-Si 模组的回收过程尚无利润，但可能会在更多司法管辖区强制执行。有潜力为光伏废物管理行业的发展开辟新的途径，并为公共和私营部门投资者提供就业和前景。
强调
- 主要的太阳能技术（约占市场的 90%）是晶体硅 (c-Si)
- 根据国际光伏技术路线图（ITRPV）预计2050年装置容量为4500吉瓦
- 光电废料目前最终进入成本高昂的垃圾掩埋场
- 光伏中存在的铅和锡会导致环境破坏
- 应回收银、铜、镓、镉、铝和硅等有价金属
- 目前的回收方法大多是基于降级回收过程
- 单晶或多晶硅回收制程比其他光伏技术更成熟
- 由于缺乏监管，全球只有 10% 的光电模组被回收
- 除欧盟外，没有一个国家拥有强而有力的监管框架
- 许多国家仍然认为光伏废弃物与其他 WEEE 相比微不足道，而且回收过程也不经济
- 回收可以确保长期供应链的可持续性
- 与薄膜太阳能组件的生产成本相比，高达 90% 的材料回收率还不够
- FirstSolar、Pilkington、Sharp Solar 和西门子太阳能正在 EoL 投资太阳能模组研究
太阳能回收过程的主要焦点
- 避免损坏光伏电池和材料
- 经济可行性
- 材料回收率高
- 高货币价值
- 是可怕的或危险的
- 可以在供应链中重复使用
- 创造“回收友善”的模组设计
废弃电气电子设备 (WEEE) 指令 2012/19/EU 的立法架构
- 目标和目的
- 维持、保护和改善环境质量
- 保护人体健康和
- 审慎合理利用自然资源
- 每个欧盟成员国都有管理截至 2014 年 2 月已达到使用寿命的光伏组件的收集、运输和回收的法规。
其他国家框架的最新发展
日本
- 日本太阳能组件安装规模迅速扩大，有可能导致严重的浪费问题，主要原因是日本政府2012年实施的“上网电价补贴”。
- 为了正确处理报废光伏组件，日本光伏能源协会 (JPEA) 于 2017 年制定了自愿性准则。
美国
- 一些州超越了规范废弃物管理的《资源保护与回收法》。
- 根据参议院第 489 号法案，该法案将 EoL 光伏组件归类为通用废物，加州对危险材料分类设置了额外的门槛（便于运输）。
澳洲
- 澳洲政府认识到监管光伏废物的重要性。
- 维多利亚州将采取创造性措施，尽量减少太阳能系统对环境的影响。这些努力是产业主导的自愿产品管理框架的一部分，旨在解决光伏系统和废物危害。
- 光电模组被列入《国家产品管理法》，标志着废弃物处理计划。
太阳能光电技术
光电回收技术
- 回收晶硅光电最常见的方法
- 机械加工
- 热处理
- 化学工艺
光电周期
- 第一个在整个欧盟建立商业化的晶硅光伏回收制程和光伏废弃物物流
- 回收率达到创纪录的 98%
第一太阳能公司
- 开发了 CdTe 模组的回收工艺
- 回收 90% 的玻璃和 95% 的半导体材料。
安泰克太阳能有限公司
- 已设计 CdTe 模组回收试点项目
太阳能世界
- 该公司拥有完善的晶硅回收工艺
- 2003 年开始利用热制程进行回收试点项目
- 该过程从热解模组开始
- 模组重量84%可回收
- 可以恢复高达 98% 的未破损细胞
新能源产业技术综合开发机构 (NEDO)
- 试点计划由日本政府资助
- Si 或 CIS 的制程是基于聚合物在熔炉中的热解
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NPC公司
- 制造太阳能回收设备
- 这个过程称为“热刀法”
- 只需 40 秒即可将细胞与玻璃分离
失败者化学
- 该公司拥有开发并获得专利的原创工艺
- 采用机械和化学处理来回收太阳能电池
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回收光电
- 与澳洲主要太阳能组件制造商合作
- 开发了一种从损坏的模组中回收高效能太阳能电池的工艺
全球研究的光电回收技术
| 硅太阳能电池组件回收流程[1] | |||
|---|---|---|---|
| 流程 | 优点 | 缺点 | 地位 |
| 有机溶剂溶解 | 轻松存取 EVA 减少细胞损伤 玻璃回收 | 分层时间取决于面积 有害排放物和废弃物 | 研究 |
| 有机溶剂和超音波照射 | 比溶剂溶解过程更有效 轻松存取 EVA | 设备昂贵 有害排放物和废弃物 | 研究 |
| 电热加热 | 轻松去除玻璃 | 过程缓慢 | 研究 |
| 透过热线切割进行机械分离 | 细胞损伤低 玻璃回收 | 完全去除 EVA 所需的其他分离工艺 | 研究 |
| 热解（传送带炉和流体化床反应器） | 分离 80% 的晶圆和几乎 100% 的玻璃板 具有成本效益的工业回收工艺 | 纹理化稍差（细胞表面受损） | 研究（试点） |
| 溶剂（硝酸）溶解 | 完全去除晶圆上的 EVA 和金属涂层 可以恢复完整的细胞 | 无机酸会导致细胞缺陷 产生有害排放物和废弃物 | 研究（试点） |
| 身体崩解 | 具有处理废弃物的能力 | 完全去除 EVA 所需的其他分离工艺 含有重金属的粉尘 太阳能电池破损 设备腐蚀 | 商业的 |
| 干式和湿式机械工艺 | 无制程化学品 设备广泛使用 能源需求低 | 不去除溶解的固体 | 商业的 |
| 热处理（两步骤加热） | 完全去除EVA 可能回收完整细胞 经济可行的过程 | 有害排放 高能量需求 高温导致的电池缺陷和退化 | 商业的 |
| 化学蚀刻 | 回收高纯度材料 流程简单高效 | 化学品的使用 | 商业的 |
| 薄膜太阳能模组回收流程[1] | 流程 | 优点 | 缺点 | 地位 |
|---|---|---|---|---|
| 有机溶剂溶解 | 轻松接触密封剂 减少细胞损伤 玻璃回收 | 分层时间取决于面积 有害排放物和废弃物 | 研究 | |
| 激光照射 | 轻松接触密封剂 | 过程缓慢 非常昂贵的设备 | 研究 | |
| 透过热线切割进行机械分离 | 细胞损伤低 玻璃回收 | 封装材料所需的其他分离工艺 | 研究 | |
| 真空喷砂 | 无需化学物质即可去除半导体层 洁净玻璃的回收 | 过程相对缓慢 金属排放 进一步的化学/机械处理 | 研究 （飞行员） | |
| 消耗 | 不使用化学药品 洁净玻璃的回收 | 需要进一步的化学或机械处理 | 研究 （飞行员） | |
| 浮选 | 流程比较简单 化学品使用量低 | 冲洗筛选过程中贵重物品损失严重 需要浮选工艺 | 研究 （飞行员） | |
| 干蚀刻 | 工艺简单 | 高能源需求 净化工作量大 | 商业的 | |
| 身体崩解 | 具有处理废弃物的能力 | 封装材料所需的其他分离工艺 含有重金属的粉尘 太阳能电池破损 设备腐蚀 | 商业的 | |
| 干式和湿式机械工艺 | 无制程化学品 设备广泛使用 能源需求低 | 不去除溶解的固体 | 商业的 | |
| 化学蚀刻 | 高纯度材料 流程简单高效 | 化学品的使用 | 商业的 | |
| 热处理 | 完全去除密封剂 完整细胞的回收 简单且经济 | 有害排放 高能量需求 电池缺陷和退化 | 商业的 | |
| 浸出 | 彻底去除金属 | 化学品使用量高 产生酸性烟雾 化学物质的复杂控制 | 商业的 |
太阳能光电模组可行回收途径与技术综述
陶，静，余随然。 “太阳能光电模组可行回收途径与技术综述”。太阳能材料与太阳能电池 141（2015 年 10 月 31 日）。https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.05.005。
抽象的
随着光电系统生产和安装的快速成长，光电模组的回收变得越来越重要。本文从闭环生命周期的角度研究了制造废弃物回收、废弃模组再制造和循环利用三种回收途径。对于每种途径，都介绍了经过验证的技术，并描述了它们的优点和缺点。结果表明，尽管制程效率、制程复杂性降低、能源需求和化学品使用方面仍然存在挑战，但光伏制造废料和报废组件的回收技术已被广泛探索，其中一些已商业化。人们对光电模组的再制造和再利用进行了一些研究。易于拆卸的设计可以提高有价值组件的可重复使用性。研究还发现，尽管研究表明光伏组件制造废物回收和报废组件回收对减少环境负荷具有显著的积极影响，但光伏组件回收的经济可行性仍然不利，需要政策鼓励生产者责任不仅在光伏制造领域，而且在整个能源产业，高效率的收集网络对于光电模组回收业务的经济可行性非常重要。
强调
- 太阳能光电发电回收的优点和缺点
- 不利的经济动机
- 三种回收途径
- 制造废弃物回收
- 废弃模组再制造
- 废弃模组回收
- 建立高效率收集网络的政策需求
太阳能光电板报废材料回收概述
抽象的
尽管太阳能发电的成长为全球带来了巨大的好处，但报废（EOL）太阳能板可能会成为危险废物的来源。截至 2017 年底，全球光伏装置容量达到约 400 吉瓦，预计到 2050 年将进一步增至 4,500 吉瓦。考虑到电池板的平均寿命为 25 年，全球太阳能光电废弃物预计将达到 4%-14%。到2030年，发电量将占总发电量的80%以上（约7,800万吨），到2050年将增加到80%以上（约7,800万吨）。因此，光伏板的处置将成为未来几十年的一个重要环境议题。最终，将有很大的范围来仔细调查光伏板停产后的处置和回收。欧盟率先制定了光伏电子废弃物法规，包括光伏特定的收集、回收和再循环目标。欧盟废弃电气和电子设备 (WEEE) 指令要求所有向欧盟市场供应光伏板的生产商承担在欧洲收集和回收 EOL 光伏板的费用。我们可以从欧盟参与制定监管框架以协助其他国家制定适合当地的方法中吸取经验教训。本次综述重点在于太阳能板废料回收的现状、回收技术、环境保护、废弃物管理、回收政策和回收的经济面。它也为未来技术和政策制定的改进提供了建议。目前，许多国家的光伏回收管理设想将光伏材料制造商的职责扩大到涵盖其最终处置或再利用。然而，光伏产业在产品回收方面的经济可行性、实用性、高回收率和环境绩效的进一步提高是必不可少的。
全球废弃太阳能板回收现况：回顾
抽象的
随着太阳能资源开发利用的巨大增长，废弃太阳能板的泛滥已成为问题。虽然目前对太阳能板的研究主要集中在如何提高产能效率，但很少考虑报废（EOL）电池板的拆卸和回收，例如，缺乏专门的研究人员可以看出太阳能板回收厂。 EOL太阳能板回收可以有效节省自然资源并降低生产成本。针对大量废弃太阳能板带来的环境保护和资源循环利用问题，本文对废弃太阳能板的管理和回收技术现状进行了系统性的回顾与探讨。这项审查可以为支持光伏板的回收提供定量基础，并为公共政策制定者提出未来方向。目前，从技术面来看，太阳能板回收的研究面临许多问题，需要进一步开发经济可行且无毒性的技术。许多国家对太阳能光电板报废管理的研究才刚开始，需要进一步完善和扩大生产者责任。