一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法

技术领域

本发明属于光伏组件回收技术领域，具体涉及一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法。

背景技术

光伏组件是光伏发电系统中最核心的设备，其利用光生伏特效应将光能直接转换成电能。光伏组件分为晶体硅组件和薄膜组件，晶体硅组件一般由铝边框、背板(或玻璃)、接线盒、下层粘合剂(EVA或POE)、电池片、焊带、汇流条、上层粘合剂(EVA或POE)、玻璃以及密封硅胶组成，如图1所示。薄膜组件一般由透明基板、透明导电层、半导体层、接线盒、背接触层和背电极、胶合材料组成，如图2所示。

光伏组件使用寿命为25年至30年，退役或报废的光伏组件中含有铜、铝、银、锡、镉、铟等有价值金属，以及玻璃、高纯度硅等材料，具有很高的回收利用价值。

现有光伏组件回收技术可以分为机械拆解、热分解处理、化学处理、或多种方法的结合；存在缺陷如下：

(1)回收纯度低，二次提纯工艺复杂

机械拆解将玻璃、粘合剂(EVA或POE)、电池片(硅)、背板、焊带、汇流条等一同粉碎，得到混合粉末，各种材料之间通过粘合剂(EVA或POE)相互粘连，使得回收纯度低，须采用研磨、溶解等二次分解，如果需要获得高纯度材料还需二次筛选和纯化；低温热处理利用温度将粘合剂(EVA或POE)融化，然后采用机械的方法分离玻璃和背板，然而温度降低后粘合剂(EVA或POE)会再次粘粘，须二次分离和纯化。

(2)回收工艺复杂

机械拆解方法获得的混合粉末，需采用热分解或化学分离，再采用多种筛选方法才可以获得高纯度的原材料，导致整个系统的工艺十分复杂；低温热处理分离后的原材料仍然粘粘粘合剂(EVA或POE)或其他材料，须进行二次分离和纯化，同样工艺复杂；化学处理方法需要对化学废料进行处理，废液处理系统也导致工艺复杂。

因此，简单、高效、无污染、纯度高的光伏组件回收方法一直是光伏组件回收领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，利用超临界流体的特性，将粘合剂(EVA或POE)溶解，一次性将光伏组件进行分离，获得高纯度的回收材料，反应迅速，时间短，且无污染问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，包括以下步骤：

S1、采用机械方法拆卸光伏组件的接线盒，针对有边框的光伏组件，采用机械的方法拆卸边框，获得层压件；

S2、采用机械方法将步骤S1获得的层压件切割成碎块；

S3、将步骤S1获得的层压件或步骤S2获得的碎块加入超临界流体中进行超临界反应，得到光伏组件回收料；

S4、将步骤S3获得的光伏组件回收料进行筛分分离，完成废旧光伏组件回收。

具体的，步骤S1中，光伏组件接线盒的拆卸方法采用铲刀铲除或预热后拔除；拆卸边框方法采用液压机拆除法和电机拆除法。

具体的，步骤S1中，光伏组件包括有边框晶体硅光伏组件、无边框晶体硅光伏组件和薄膜光伏组件。

进一步的，拆卸后的接线盒直接回收，对于有边框晶体硅光伏组件，采用机械方法拆卸边框，回收铝边框，获得层压件。

更进一步的，步骤S3中，超临界流体包括超临界水和超临界二氧化碳。

具体的，步骤S3中，将步骤S1获得的层压件或步骤S2获得的碎块装加入超临界流体，控制超临界水温度≥374℃，压强≥22.1MPa；超临界二氧化碳温度≥31.1℃，压强≥7.38MPa，进行超临界反应得到光伏组件回收料。

具体的，步骤S3中，将步骤S1获得的层压件或步骤S2获得的碎块加入超临界流体中反应15～120min后冷却，经泄压处理后得到光伏组件回收料。

进一步的，冷却方式采用水冷却或自然冷却。

具体的，步骤S4中，筛分分离方法包括重力筛分法、反弹滚筒筛分法、带式筛分法和震动筛选法。

具体的，步骤S4中，筛分分离后的光伏组件包括电池片、玻璃、焊带、汇流条、背板和粘结剂材料。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，利用超临界流体的超高溶解性以及快反应速度对光伏组件中的EVA或POE进行溶解，获得高纯净度的回收材料，具有工艺简单、回收纯度高等优势。

进一步的，可以对破损光伏组件和完整的光伏组件进行分解，所以边框和背板拆解过程中可以不必担心玻璃破碎等问题，机械拆解法具有简单、高效、经济等优势；本发明采用的机械拆除法包括液压机四向同步拆解法和电机传动四向拆解法，可高效、经济的实现光伏组件边框拆解。

进一步的，利用超临界流体的高溶解性对光伏组件粘合剂进行分解，晶体管光伏组件和薄膜组件都可以进行分离；具有使用范围广的优点。

进一步的，在机械拆解过程中获得的边框和接线盒直接作为回收物质。

进一步的，超临界流体包括超临界水和超临界二氧化碳，二者分别采用。

进一步的，超临界流体可采用在密闭反应釜类进行，也可采用流动方式，光伏组件可以以层压件的方式参与反应，也可以以碎块的方式参与反应。

进一步的，若采用超临界水，温度≥374℃，压强≥22.1MPa；若采用超临界二氧化碳，温度≥31.1℃，压强≥7.38MPa。

进一步的，光伏组件在超临界流体中的反应时间范围为15～120分钟；较现有光伏组件回收方法具有更高效的分离能量。

进一步的，如果采用超临界水，则需要冷却后才可回收，冷却方式包括自然冷却和水冷却方式；具有冷却方式简单、经济、冷却效率高等优势。

进一步的，超临界流体分解后的物质具有纯度高的优势，采用物理筛分后可直接回收，本发明采用的筛分方法包括重力筛分法、反弹滚筒筛分法、带式筛分法、震动筛选法。

进一步的，经过筛分后的回收物质包括电池片、玻璃、焊带、汇流条、背板、粘合剂，其具有纯度高、回收率高等优势。

综上所述，本发明实现光伏组件各材料之间彻底分离，且工艺简单、回收纯度高，无污染。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为晶体硅光伏组件示意图；

图2为薄膜电池组件示意图；

图3为本发明流程示意图；

图4为实施例1废旧晶体硅光伏组件回收方法的流程框图；

图5为实施例2无边框晶体硅光伏组件回收方法的流程框图；

图6为实施例3完整晶体硅光伏组件回收方法的流程框图；

图7为实施例4薄膜光伏组件回收方法的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，利用超临界流体的特性，将EVA溶解，一次性将光伏组件各原材料进行分离，获得高纯度的回收材料，并在溶解EVA过程中产生较少的气体污染物。

请参阅图1，本发明一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，包括以下步骤：

S1、针对光伏组件，采用机械方法拆卸接线盒，回收接线盒，针对有边框光伏组件，采用机械的方法拆卸边框，获得层压件；

光伏组件包括有边框晶体硅光伏组件、无边框晶体硅光伏组件、晶体硅光伏组件和薄膜光伏组件。

拆卸后的接线盒直接回收，对于有边框晶体硅光伏组件，采用机械方法拆卸边框，回收铝边框，获得层压件。

其中，拆除接线盒和边框的顺序并不固定，光伏组件并未限定晶体硅光伏组件或薄膜光伏组件。

光伏组件接线盒的拆卸方法采用铲刀铲除或预热后拔除；拆卸边框方法采用液压机拆除法和电机拆除法。

S2、针对步骤S1拆除接线盒的光伏组件，采用机械方法将步骤S1获得的层压件切割成碎块，也可不切割直接进行步骤S3；

未限定切割光伏组件的方法，也未限定光伏组件碎块或整个无边框光伏组件的尺寸和体积，应当指出，在不脱离本技术方案原理的前提下，任何限定或修改光伏组件碎块或整个无边框光伏组件的尺寸和体积的都应视为本申请的保护范围。

S3、将步骤S2切割后的光伏组件碎块或层压件装入超临界流体容器中，加入超临界流体，超临界水温度≥374℃，压强≥22.1MPa；超临界二氧化碳温度≥31.1℃，压强≥7.38MPa，调节温度和压强进行超临界反应后得到光伏组件回收料，或直接加入超临界流体，待反应15～120min后冷却，经泄压处理后得到光伏组件回收料；

超临界流体是指当体系的温度和压力超过临界点时的流体，包括超临界水和超临界二氧化碳，例如水的临界温度TT374℃，临界压力PT22.1MPa，CO

超临界流体容器是指能承受超临界流体温度和压力的容器，并未限定容器的形状、体积、材质、功能等。

超临界流体处理并未限定超临界流体的用量和处理时间；应当指出，在不脱离本技术方案原理的前提下，任何对超临界流体温度、压力、流体量、处理时间或容器的修改或限定都应视为本申请的保护范围。

S4、将步骤S3获得的光伏组件回收料进行筛分分离后回收。

筛分分离方法包括重力筛分法、反弹滚筒筛分法、带式筛分法和震动筛选法。

筛分分离后的原材料，分别回收光伏组件的各部分原材料，并未限定筛分方法，应当指出，在不脱离本技术方案原理的前提下，任何对筛选方法的更改都应视为本申请的保护范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，利用超临界流体的特性，将光伏组件粘合剂(EVA和POE)溶解，一次性将光伏组件各原材料进行分离，获得高纯度的回收材料，并在溶解EVA过程中产生较少的气体污染物。

实施例1

请参阅图4，本发明一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，包括以下步骤：

S1、针对有边框光伏组件，采用机械方法拆卸接线盒和边框，回收接线盒和边框；获得层压件；

在一个具体实施例当中，拆除接线盒的方法包括铲刀铲除的方式；拆除边框的方法包括液压机四向同步拆除法；

S2、针对步骤S1的层压件，采用机械方法将层压件切割成碎块；

在一个具体实施例当中，切割层压件的方法采用水刀切割。

S3、将步骤S2切割后的光伏组件碎块装入超临界流体容器中，加入超临界流体，调节温度和压强进行超临界反应后得到光伏组件回收料，或直接加入超临界流体，待反应30～120分钟后冷却，经泄压到环境气压后得到光伏组件回收料；

在一个具体实施例当中，超临界流体采用超临界二氧化碳，压强范围31.1℃～200℃，压强范围7.38MPa～20MPa；

S4、将步骤S3获得的光伏组件回收料进行筛分分离后回收。

在一个具体实施例当中，筛分分离方法采用重力筛份法结合反弹滚筒筛分法。

本发明提供了一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，对有边框组件采用去除边框后切割成碎块，再利用超临界流体的特性，将光伏组件粘合剂(EVA和POE)溶解，一次性得到分离彻底的回收材料碎块，具有效率高、纯度高、无污染的优点。

实施例2

请参阅图5，本发明实施例的基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法使用超临界流体对无边框晶体硅光伏组件进行分解，具体实施步骤如下：

S1、采用机械的方法拆除光伏组件接线盒，接线盒可直接回收再利用；

在一个具体的实施例当中，拆除接线盒的方法可采用铲刀沿接线盒与背板的连接处铲除。

S2、采用机械的方法将无边框光伏组件切割成碎块；

在一个具体的实施例当中，机械切割方法采用辊压切割机，切割尺寸为10cm×2cm。

S3、将光伏组件碎块装入超临界流体容器中，加流体，调节温度和压强，使达到超临界状态；反应一段时间后冷却、泄压取出回收料；

在一个具体实施例当中，超临界流体采用超临界水，温度范围为374℃～500℃，压强范围为22.1MPa～25MPa，反应时间30min～120min。

S4、对回收料进行筛选分离；

在一个具体的实施例当中，筛分方法可采用重力筛份法结合带式筛分法。

S5、获得电池片、玻璃、焊带、汇流条、背板、粘合剂(EVA或POE)等回收材料。

本实施例中对无边框光伏组件无需进行边框拆除步骤，采用超临界水利用流动方式进行，可实现流水化作业，具有效率高、能耗更低的优势。

实施例3

请参阅图6，本发明实施例的基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法使用超临界流体对完整的晶体硅光伏组件层压件进行分解，具体实施步骤如下：

S1、将完整的无边框光伏组件层压件装入超临界流体容器中，加入超临界流体，调节温度和压强，使达到超临界状态；反应一段时间后冷却、泄压取出回收料；

在一个具体实施例当中，超临界流体采用超临界水，温度范围374℃～500℃，压强范围22.1MPa～30MPa，反应时间范围60min～120min。

S2、对回收料进行筛选分离；

由于直接分离完整的光伏组件，回收料的筛分方法直接采用人工分选或自动化分选设备即可分选。

S5、获得完整的电池片、完整的玻璃、焊带、汇流条、背板、粘合剂(EVA或POE)等回收材料。

可获得完整的玻璃、电池片，以及焊带、汇流条、背板，实现高回收率和高回收纯度。

本实施例方法可直接回收完整的玻璃、电池片、背板材料、汇流条和焊带，回收后的玻璃、电池片可直接再次利用。

实施例4

请参阅图7，本发明实施例的基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法，使用超临界流体对薄膜光伏组件进行分解，具体实施步骤如下：

S1、采用机械的方法拆除光伏组件接线盒，接线盒可直接回收再利用；

在一个具体实施例当中，拆除接线盒的方法可采用先加热在用铲刀铲除方式。

S2、采用机械方法将无边框光伏组件切割成碎块；

在一个具体实施例当中，切割组件的方法采用辊压切割机切割法，切割尺寸为5cm×5cm。

S3、将光伏组件装入超临界流体容器中，加入流体，调节温度和压强，使达到超临界状态；反应一段时间后冷却、泄压取出回收料；

在一个具体实施例当中，超临界流体采用超临界二氧化碳，温度范围31.1℃～180℃，压强7.38MPa～18MPa，反应时间15min～120min；

S4、对回收料进行筛选分离；

在一个具体实施例当中，筛分方法可采用震动筛份法结合反弹滚筒筛。

S5、获得透明基板、透明导电层、半导体层、接线盒、背接触层和背电极等回收材料。

通过筛分分别回收透明基板、透明导电层、半导体层、接线盒、背接触层和背电极等材料，实现高回收率和高回收纯度。本实例方法可实现对薄膜组件的回收，回收材料纯度高，无毒害、经济。

综上所述，本发明一种基于超临界流体的废旧光伏组件回收方法具有以下效果：

(1)光伏组件回收纯度高，采用超临界流体技术分解光伏组件后，光伏组件的EVA完全溶解，各材料之间完全分离，材料纯度高；

(2)光伏组件回收时间短，回收效率高，超临界流体可在短时间内分离光伏组件，从而提升回收产量，提高回收效率；

(3)光伏组件回收工艺简单，本发明主要利用超临界流体的特性，一次性将光伏组件分解，直接得到高纯度的材料，降低后续处理要求，回收系统工艺简单。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。