內容
背景
在向永續能源轉型的過程中，太陽能光伏（PV）已成為關鍵產業。截至2019年底，由於產業的快速發展和成本下降，全球光電系統裝置容量已超過600GW。太陽能電池板的發電量在其使用壽命內可能會下降 20%。在最初的 10 到 12 年之間，效率最大下降為 10%，到 25 年時效率最大下降為 20%。大多數製造商都對這些數字提供保證。然而，經驗表明，25年後，效率實際上只下降了6%至8%。儘管光伏系統可以在 20-30 年內提供清潔電力，但管理當前光伏系統壽命終止 (EoL) 所涉及的挑戰將使光伏行業在未來 10 年內在可持續性和產品管理方面面臨考驗。年。
2017年，全球產生了約430,500噸光伏廢料。光伏板廢料在法規方面仍然被歸類為一般廢料。事實上，國際能源總署 (IEA) 和國際再生能源署 (IRENA) 估計，到 2050 年，垃圾掩埋場將滯留 6,000-7,800 萬噸光伏板廢物。鑑於所有光伏電池都含有一定量的有毒物質，這確實會成為一種不可持續的獲取能源的方法。在歐盟層面，光伏電池板是唯一的例外，因為根據廢棄電氣和電子設備 (WEEE) 指令，它們被歸類為電子廢物。因此，除了現有的法律架構外，該法規還規範了廢棄光伏板的處置。
此外，IRENA 2016 年的一項研究估計，到2050 年，回收太陽能組件可回收約150 億美元（相當於20 億個組件，或630 吉瓦）。透過回收太陽能板，可以將重要材料轉化為新產品新的電池板產品，緩解供應鏈限制並最終降低太陽能電池板的成本。因此，未來光伏技術的應用取決於可持續的組件EoL計劃。
太陽能板的哪些部分可以回收？
- 太陽能電池
- 金屬框架
- 玻璃板
- 電線
- Plexiglas
是什麼讓太陽能板回收變得困難？
- 它們的製造材料並不難回收
- 然而，它們是由許多部件構成的，所有部件都在一個產品中一起使用，以將各層粘合在一起
- 標準 c-Si 模組使用兩層 EVA 黏合
- 以獨特的方式分離和回收這些材料是複雜且昂貴的過程
太陽能板死後壽命的圖形表示
各國太陽能光電廢棄物產生量
| 太陽能板廢棄物量（噸） | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 國家 | 2016年 | 2020年 | 2030年 | 2040年 | 2050年 |
| 日本 | 7,000噸 | 15,000噸 | 20萬噸 | 1,800,000噸 | 6,500,000噸 |
| 中國 | 5,000噸 | 8,000噸 | 20萬噸 | 2,800,000噸 | 13,500,000噸 |
| 印度 | 1,000噸 | 2,000噸 | 5萬噸 | 62萬噸 | 4,400,000噸 |
| 德國 | 3,500噸 | 2萬噸 | 40萬噸 | 2,200萬噸 | 4,300,000噸 |
| 義大利 | 850噸 | 5,000噸 | 14萬噸 | 1,000,000噸 | 2,100,000噸 |
| 法國 | 650噸 | 1,500噸 | 45,000噸 | 40萬噸 | 1,500,000噸 |
| 英國 | 250噸 | 650噸 | 3萬噸 | 35萬噸 | 1,000,000噸 |
| 美國 | 6,500噸 | 13,000噸 | 17萬噸 | 1,700,000噸 | 7,500,000噸 |
| 加拿大 | 350噸 | 700噸 | 13,000噸 | 15萬噸 | 65萬噸 |
| 澳洲 | 900噸 | 2,000噸 | 3萬噸 | 30萬噸 | 90萬噸 |
| 南非 | 350噸 | 450噸 | 8,500噸 | 15萬噸 | 75萬噸 |
搜尋術語和關鍵字
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文學
光電模組回收製程綜述
Lunardi、Marina Monteiro、Juan Pablo Alvarez-Gaitan、José I. Bilbao 和 Richard Corkish。光電模組回收製程回顧。太陽能電池板和光伏材料。 IntechOpen，2018。https: //doi.org/10.5772/intechopen.74390。
抽象的
光伏（PV）太陽能模組的安裝量成長極快。由於這種增加，達到使用壽命的模組數量在不久的將來將以相同的速度增長。預計到 2050 年，這一數字將增加到 550-600 萬噸。因此，世界各地正在開發回收太陽能模組的方法，以減少光伏廢物對環境的影響並從舊模組中回收一些價值。目前的回收方法只能回收一部分材料，因此該領域還有很大的進步空間。目前，歐洲是唯一擁有強大且明確的監管框架來支援光伏回收流程的司法管轄區。本綜述總結了太陽能組件可能的光伏回收工藝，包括晶矽和薄膜技術以及全球立法的概述。到目前為止，c-Si 模組的回收過程尚無利潤，但可能會在更多司法管轄區強制執行。有潛力為光伏廢物管理行業的發展開闢新的途徑，並為公共和私營部門投資者提供就業和前景。
強調
- 主要的太陽能技術（約佔市場的 90%）是晶體矽 (c-Si)
- 根據國際光伏技術路線圖（ITRPV）預計2050年裝置容量為4500吉瓦
- 光電廢料目前最終進入成本高昂的垃圾掩埋場
- 光伏中存在的鉛和錫會導致環境破壞
- 應回收銀、銅、鎵、鎘、鋁和矽等有價金屬
- 目前的回收方法大多是基於降級回收過程
- 單晶或多晶矽回收製程比其他光伏技術更成熟
- 由於缺乏監管，全球只有 10% 的光電模組被回收
- 除歐盟外，沒有一個國家擁有強而有力的監管框架
- 許多國家仍然認為光伏廢棄物與其他 WEEE 相比微不足道，而且回收過程也不經濟
- 回收可以確保長期供應鏈的可持續性
- 與薄膜太陽能組件的生產成本相比，高達 90% 的材料回收率還不夠
- FirstSolar、Pilkington、Sharp Solar 和西門子太陽能正在 EoL 投資太陽能模組研究
太陽能回收過程的主要焦點
- 避免損壞光伏電池和材料
- 經濟可行性
- 材料回收率高
- 高貨幣價值
- 是可怕的或危險的
- 可以在供應鏈中重複使用
- 創造「回收友善」的模組設計
廢棄電氣電子設備 (WEEE) 指令 2012/19/EU 的立法架構
- 目標和目的
- 維持、保護和改善環境質量
- 保護人體健康和
- 審慎合理利用自然資源
- 每個歐盟成員國都有管理截至 2014 年 2 月已達到使用壽命的光伏組件的收集、運輸和回收的法規。
其他國家框架的最新發展
日本
- 日本太陽能組件安裝規模迅速擴大，有可能導致嚴重的浪費問題，主要原因是日本政府2012年實施的「上網電價補貼」。
- 為了正確處理報廢光伏組件，日本光伏能源協會 (JPEA) 於 2017 年制定了自願性準則。
美國
- 一些州超越了規範廢棄物管理的《資源保護與回收法》。
- 根據參議院第 489 號法案，該法案將 EoL 光伏組件歸類為通用廢物，加州對危險材料分類設置了額外的門檻（便於運輸）。
澳洲
- 澳洲政府認識到監管光伏廢物的重要性。
- 維多利亞州將採取創造性措施，盡量減少太陽能係統對環境的影響。這些努力是產業主導的自願產品管理框架的一部分，旨在解決光伏系統和廢物危害。
- 光電模組被列入《國家產品管理法》，標誌著廢棄物處理計畫。
太陽能光電技術
光電回收技術
- 回收晶矽光電最常見的方法
- 機械加工
- 熱處理
- 化學工藝
光電週期
- 第一個在整個歐盟建立商業化的晶矽光伏回收製程和光伏廢棄物物流
- 回收率達到創紀錄的 98%
第一太陽能公司
- 開發了 CdTe 模組的回收工藝
- 回收 90% 的玻璃和 95% 的半導體材料。
安泰克太陽能有限公司
- 已設計 CdTe 模組回收試點項目
太陽能世界
- 該公司擁有完善的晶矽回收工藝
- 2003 年開始利用熱製程進行回收試點項目
- 該過程從熱解模組開始
- 模組重量84%可回收
- 可以恢復高達 98% 的未破損細胞
新能源產業技術綜合開發機構 (NEDO)
- 試點計畫由日本政府資助
- Si 或 CIS 的製程是基於聚合物在熔爐中的熱解
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NPC公司
- 製造太陽能回收設備
- 這個過程稱為“熱刀法”
- 只需 40 秒即可將細胞與玻璃分離
失敗者化學
- 該公司擁有開發並獲得專利的原創工藝
- 採用機械和化學處理來回收太陽能電池
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回收光電
- 與澳洲主要太陽能組件製造商合作
- 開發了一種從損壞的模組中回收高效能太陽能電池的工藝
全球研究的光電回收技術
| 矽太陽能電池組件回收流程[1] | |||
|---|---|---|---|
| 流程 | 優點 | 缺點 | 地位 |
| 有機溶劑溶解 | 輕鬆存取 EVA 減少細胞損傷 玻璃回收 | 分層時間取決於面積 有害排放物和廢棄物 | 研究 |
| 有機溶劑和超音波照射 | 比溶劑溶解過程更有效 輕鬆存取 EVA | 設備昂貴 有害排放物和廢棄物 | 研究 |
| 電熱加熱 | 輕鬆去除玻璃 | 過程緩慢 | 研究 |
| 透過熱線切割進行機械分離 | 細胞損傷低 玻璃回收 | 完全去除 EVA 所需的其他分離工藝 | 研究 |
| 熱解（傳送帶爐和流體化床反應器） | 分離 80% 的晶圓和幾乎 100% 的玻璃板 具有成本效益的工業回收工藝 | 紋理化稍差（細胞表面受損） | 研究（試點） |
| 溶劑（硝酸）溶解 | 完全去除晶圓上的 EVA 和金屬塗層 可以恢復完整的細胞 | 無機酸會導致細胞缺陷 產生有害排放物和廢棄物 | 研究（試點） |
| 身體崩解 | 具有處理廢棄物的能力 | 完全去除 EVA 所需的其他分離工藝 含有重金屬的粉塵 太陽能電池破損 設備腐蝕 | 商業的 |
| 乾式和濕式機械工藝 | 無製程化學品 設備廣泛使用 能源需求低 | 不去除溶解的固體 | 商業的 |
| 熱處理（兩步驟加熱） | 完全去除EVA 可能回收完整細胞 經濟可行的過程 | 有害排放 高能量需求 高溫導致的電池缺陷和退化 | 商業的 |
| 化學蝕刻 | 回收高純度材料 流程簡單高效 | 化學品的使用 | 商業的 |
| 薄膜太陽能模組回收流程[1] | 流程 | 優點 | 缺點 | 地位 |
|---|---|---|---|---|
| 有機溶劑溶解 | 輕鬆接觸密封劑 減少細胞損傷 玻璃回收 | 分層時間取決於面積 有害排放物和廢棄物 | 研究 | |
| 雷射照射 | 輕鬆接觸密封劑 | 過程緩慢 非常昂貴的設備 | 研究 | |
| 透過熱線切割進行機械分離 | 細胞損傷低 玻璃回收 | 封裝材料所需的其他分離工藝 | 研究 | |
| 真空噴砂 | 無需化學物質即可去除半導體層 潔淨玻璃的回收 | 過程相對緩慢 金屬排放 進一步的化學/機械處理 | 研究 （飛行員） | |
| 消耗 | 不使用化學藥品 潔淨玻璃的回收 | 需要進一步的化學或機械處理 | 研究 （飛行員） | |
| 浮選 | 流程比較簡單 化學品使用量低 | 沖洗篩選過程中貴重物品損失嚴重 需要浮選工藝 | 研究 （飛行員） | |
| 乾蝕刻 | 工藝簡單 | 高能源需求 淨化工作量大 | 商業的 | |
| 身體崩解 | 具有處理廢棄物的能力 | 封裝材料所需的其他分離工藝 含有重金屬的粉塵 太陽能電池破損 設備腐蝕 | 商業的 | |
| 乾式和濕式機械工藝 | 無製程化學品 設備廣泛使用 能源需求低 | 不去除溶解的固體 | 商業的 | |
| 化學蝕刻 | 高純度材料 流程簡單高效 | 化學品的使用 | 商業的 | |
| 熱處理 | 完全去除密封劑 完整細胞的回收 簡單且經濟 | 有害排放 高能量需求 電池缺陷和退化 | 商業的 | |
| 浸出 | 徹底去除金屬 | 化學品使用量高 產生酸性煙霧 化學物質的複雜控制 | 商業的 |
太陽能光電模組可行回收途徑與技術綜述
陶，靜，餘隨然。 「太陽能光電模組可行回收途徑與技術綜述」。太陽能材料與太陽能電池 141（2015 年 10 月 31 日）。https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.05.005。
抽象的
隨著光電系統生產和安裝的快速成長，光電模組的回收變得越來越重要。本文從閉環生命週期的角度研究了製造廢棄物回收、廢棄模組再製造和循環利用三種回收途徑。對於每種途徑，都介紹了經過驗證的技術，並描述了它們的優點和缺點。結果表明，儘管製程效率、製程複雜性降低、能源需求和化學品使用方面仍然存在挑戰，但光伏製造廢料和報廢組件的回收技術已被廣泛探索，其中一些已商業化。人們對光電模組的再製造和再利用進行了一些研究。易於拆卸的設計可以提高有價值組件的可重複使用性。研究還發現，儘管研究表明光伏組件製造廢物回收和報廢組件回收對減少環境負荷具有顯著的積極影響，但光伏組件回收的經濟可行性仍然不利，需要政策鼓勵生產者責任不僅在光伏製造領域，而且在整個能源產業，高效率的收集網路對於光電模組回收業務的經濟可行性非常重要。
強調
- 太陽能光電發電回收的優點和缺點
- 不利的經濟動機
- 三種回收途徑
- 製造廢棄物回收
- 廢棄模組再製造
- 廢棄模組回收
- 建立高效率收集網路的政策需求
太陽能光電板報廢材料回收概述
抽象的
儘管太陽能發電的成長為全球帶來了巨大的好處，但報廢（EOL）太陽能板可能會成為危險廢物的來源。截至 2017 年底，全球光伏裝置容量達到約 400 吉瓦，預計到 2050 年將進一步增至 4,500 吉瓦。考慮到電池板的平均壽命為 25 年，全球太陽能光電廢棄物預計將達到 4%-14%。到2030年，發電量將佔總發電量的80%以上（約7,800萬噸），到2050年將增加到80%以上（約7,800萬噸）。因此，光伏板的處置將成為未來幾十年的一個重要環境議題。最終，將有很大的範圍來仔細調查光伏板停產後的處置和回收。歐盟率先制定了光伏電子廢棄物法規，包括光伏特定的收集、回收和再循環目標。歐盟廢棄電氣和電子設備 (WEEE) 指令要求所有向歐盟市場供應光伏板的生產商承擔在歐洲收集和回收 EOL 光伏板的費用。我們可以從歐盟參與制定監管框架以協助其他國家製定適合當地的方法中吸取經驗教訓。本次綜述重點在於太陽能板廢料回收的現狀、回收技術、環境保護、廢棄物管理、回收政策和回收的經濟面。它也為未來技術和政策制定的改進提供了建議。目前，許多國家的光伏回收管理設想將光伏材料製造商的職責擴大到涵蓋其最終處置或再利用。然而，光伏產業在產品回收方面的經濟可行性、實用性、高回收率和環境績效的進一步提高是必不可少的。
全球廢棄太陽能板回收現況：回顧
抽象的
隨著太陽能資源開發利用的巨大增長，廢棄太陽能板的氾濫已成為問題。雖然目前對太陽能板的研究主要集中在如何提高產能效率，但很少考慮報廢（EOL）電池板的拆卸和回收，例如，缺乏專門的研究人員可以看出太陽能板回收廠。 EOL太陽能板回收可以有效節省自然資源並降低生產成本。針對大量廢棄太陽能板帶來的環境保護和資源循環利用問題，本文對廢棄太陽能板的管理和回收技術現狀進行了系統性的回顧與探討。這項審查可以為支持光伏板的回收提供定量基礎，並為公共政策制定者提出未來方向。目前，從技術面來看，太陽能板回收的研究面臨許多問題，需要進一步開發經濟可行且無毒性的技術。許多國家對太陽能光電板報廢管理的研究才剛開始，需要進一步完善和擴大生產者責任。