一种基于超临界流体技术的光伏组件回收系统

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技术的光伏组件回收系统。

背景技术

目前，新能源产业进入加速发展阶段，光伏发电作为重要的清洁能源也加大了建设力度和规模，装机容量随之快速增长。光伏组件作为光伏发电系统中最核心的设备，是光伏电站中投资占比最高、数量最庞大的设备。光伏组件包括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)，及乙烯-乙酸乙烯共聚物)、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。然而光伏组件的使用寿命为20年至30年，退役后的光伏组件如何处理将是行业内面临的一大难题。回收利用是当前行业内主流的处理方法，光伏组件中的铜、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，存在缺点如下：

(1)机械拆解法回收纯度低、筛选和提纯工艺复杂

机械拆解利用机械破碎的方法将去除边框和接线盒的光伏组件粉碎，得到玻璃、电池片、EVA、背板等材料混合的粉末，然后使用筛选方法对各种材料进行分选，然而由于EVA的高粘结性，使得回收纯度很低，还需要利用物料分选、热分解或化学的方法提纯，提纯方法复杂且伴有环境污染。

(2)热分解法能耗高，环境不友好

热分解法利用高温使EVA融化或分解，从而分离出组件的玻璃、电池片、背板、汇流条、焊带等各种材料，然而这种方法能耗较高，并伴随着有害气体的排放，回收纯度也不够高。

(3)化学分解法时间长、环境污染大

化学处理方法利用酸碱、有机或无机等化学溶液分解光伏组件中的EVA，使玻璃、电池片、背板等材料分离，实现回收利用，然而这种方法反应时间长，且化学溶液对环境造成二次污染。

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技术的光伏组件回收系统，与现有超临界火电结合，利用超临界火电中的超临界水(蒸汽)，实现超临界火电厂超临界水复合利用；也可与其他如熔盐储能等方式结合，或其他产生超临界水的方式结合；结合其他能量形式实现光伏组件经济、高效的回收，具备功能完备、产能高、回收纯度高、环境友好等优点。

本发明采用以下技术方案：

一种基于超临界流体技术的光伏组件回收系统，包括：

光伏组件物理拆解系统，通过物理拆解方式将光伏组件接线盒和边框拆除并切割成光伏组件碎片；

超临界流体分解系统，通过超临界流体技术对光伏组件碎片进行分解反应，获得分解产物，包括：超临界反应釜，超临界反应釜的入口与光伏组件物理拆解系统连接，出口与分选回收系统连接，超临界反应釜分别连接超临界流体系统和冷却系统；

分选回收系统，用于将分解产物进行分离处理，得到玻璃、电池片、汇流条、粘合剂和背板回收料。

具体的，光伏组件物理拆解系统包括边框拆除单元，边框拆除单元依次连接有接线盒拆除单元、光伏组件切割单元和光伏组件碎片缓存箱，边框拆除单元、接线盒拆除单元、光伏组件切割单元和光伏组件碎片缓存箱分别连接第一控制单元。

更进一步的，边框拆除单元连接有边框回收箱，接线盒拆除单元连接有接线盒回收箱。

具体的，超临界反应釜、超临界流体系统和冷却系统分别连接第二控制单元。

具体的，冷却系统包括散热装置，散热装置经冷却管道分别连接超临界反应釜和冷却系统。

进一步的，散热装置与冷却系统之间的冷却管道上设置有冷却液补液口。

具体的，超临界反应釜包括反应容器本体，反应容器本体的入口端经超临界流体控制阀门与超临界流体系统的稳压控温器连接，反应容器本体的出口端与超临界流体系统的超临界流体管路连接，超临界流体管路上设置有管道过滤器。

更进一步的，反应容器本体的出口端的超临界流体管路上设置有压力传感器和温度传感器，反应容器本体连接有泄压阀；稳压控温器采用双层机构，两层之间采用冷却液进行温度控制，并设置有温度传感器和压力传感器。

进一步的，冷却系统还包括反应釜冷却池，反应釜冷却池内部设置有温度检测设备和泄流阀，用于对超临界反应釜进行冷却并释放压力。

具体的，分选回收系统包括传送单元、筛分单元和回收系统，传送单元用于将超临界流体分解系统分解的产物经筛分单元送入回收系统，传送单元和筛分单元分别连接第三控制单元。

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技术的光伏组件回收系统，利用超临界流体的高溶解性对光伏组件进行分解回收，具备效率高、纯度高、环保等优势；本发明的系统将物理拆解系统、超临界流体分解系统和分选回收系统进行有机结合，形成流水化系统，超临界流体分解系统利用超临界流体为反应工质，对光伏组件碎块进行分解，分解后的回收物具有纯度高、回收率高、无污染排放等优点。超临界流体分解系统物料入口端与物料拆解系统连接，出口与分选系统连接，实现物料连续传递，提高生产效率，并设置了一套控制系统，控制并监控系统有序运行，具有功能完善、效率高、环保、能耗低等优点。

进一步的，物理拆解系统作为整个回收系统的第一道处理程序，对光伏组件进行初步拆解和切割，将不需要超临界流体处理的部件拆除，并设置了光伏组件碎块缓存箱，与超临界流体处理系统之间形成缓冲，实现两个系统之间高效运作。

进一步的，在物理拆解系统中设置有边框回收箱和接线盒回收箱，方便边框好接线盒的收集和转运。

进一步的，超临界反应釜、超临界流体系统和冷却系统分别连接第二控制单元，通过控制系统控制并监控系统有序运行，具有功能完善、效率高、环保、能耗低等优点。

进一步的，在超临界流体分解系统中包含冷却系统，对超临界流体进行冷却，获得冷却液，将冷却液存储在冷却池内对反应釜进行降温处理，冷却液与超临界流体系统稳压控温器外层循环液系统连接，利用冷却池内的冷却液通过控制流速对超临界流体进行温度控制，实现超临界流体循环利用，高效、经济。

进一步的，在冷却管道上设置有冷却液补液口，用于控制冷却液的温度，提高冷却效率。

进一步的，超临界反应釜入口端与超临界流体系统高压端连接，超临界流体进入到反应釜后经低压端流出，在超临界流体系统高压端设置有稳压控温器，用于控制超临界流体的温度和压力，超临界流体系统的低压端设置有过滤器，用于过滤反应过程中的杂质，防止堵塞管道。

进一步的，超临界流体出口管道设置有压力传感器和温度传感器，用于测量管道内的温度和压力，实现温度压力的监控；在超临界流体反应釜上设置有泄压阀，一方面用于控制釜内压力，另一方面起到安全泄压功能。

进一步的，冷却系统设置有反应釜冷却池，用于对反应釜进行降温，冷却池上设置了温度传感器用于监控冷却池温度，冷却池上设置了泄压阀，用于对反应釜安全泄压。

进一步的，分选回收系统包含传送单元、筛分单元和回收系统；传送单元实现与超临界流体分解系统连接，实现高效物料传送；筛分单元实现对分解后的物料进行筛分；回收系统实现对不同回收物质的分类和转运。

综上所述，本发明创新性的使用了超临界流体技术回收光伏组件，具有回收纯度高、效率高和工艺简单等优点。系统包括了光伏组件物理拆解系统、超临界流体分解系统和回收系统整个流程，具备功能完备、技术先进等优点。本发明可在短时间内分解光伏组件，提高回收效率，降低回收成本，在对光伏组件的回收过程中不会产生污染环境的气体、液体和固体，具有很好的环保性，分解后的物料无需二次分离或纯化，工艺流程简单，生产效率高。

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为本发明系统示意图。

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“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，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。

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。

请参阅图1，本发明一种基于超临界流体技术的光伏组件回收系统，包括光伏组件物理拆解系统1、超临界流体分解系统2和分选回收系统3，光伏组件物理拆解系统1用于将光伏组件物理拆解成光伏组件碎片后送至超临界流体分解系统2中，超临界流体分解系统2用于将光伏组件碎片与超临界流体进行分解反应，并将分解产物送入分选回收系统3，分选回收系统3分离玻璃、电池片、汇流条、背板和粘结剂(EVA或POE)回收料后用于回收再利用。

光伏组件物理拆解系统1包括第一控制单元101、边框拆除单元102、接线盒拆除单元103、光伏组件切割单元104、光伏组件碎片缓存箱105、边框回收箱106、接线盒回收箱107。

边框拆除单元102依次接线盒拆除单元103、光伏组件切割单元104和光伏组件碎片缓存箱105，经光伏组件碎片缓存箱105与超临界流体分解系统2连接，边框拆除单元102连接连接边框回收箱106，接线盒拆除单元103连接接线盒回收箱107，边框拆除单元(102)、接线盒拆除单元(103)、光伏组件切割单元(104)和光伏组件碎片缓存箱(105)分别连接第一控制单元(101)。

接线盒拆除单元102主要用于将光伏组件的边框拆除的装置，接线盒拆除单元主要用于拆除光伏组件接线盒的装置，光伏组件切割单元主要用于将光伏组件切割成碎块的装置，光伏组件缓存器主要是存储和转运碎片的装置。

超临界流体分解系统2包括第二控制单元201、超临界反应釜202、超临界流体系统203和冷却系统204。

超临界反应釜202的输入端与光伏组件物理拆解系统1的光伏组件碎片缓存箱105连接，超临界反应釜202的输出端经超临界流体系统203与分选回收系统3连接，冷却系统204分别与超临界反应釜202和超临界流体系统203连接，超临界反应釜202、超临界流体系统203和冷却系统204均与第二控制单元201连接，通过第二控制单元201实现控制。

冷却系统204包括冷却管道2041、散热装置2042、冷却液补液口2043和反应釜冷却池2044。

散热装置2042对从超临界流体管道2031流出的超临界流体进行换热，冷却后从冷却管道2041流出；散热装置2042与超临界反应釜202之间的冷却管道2041上设置有管道阀门2034，散热装置2042与超临界反应釜202之间的冷却管道2041上设置有管道阀门2034；散热装置2042与超临界流体系统203之间的冷却管道2041上设置有冷却液补液口2043，超临界流体系统203连接反应釜冷却池2044，反应釜冷却池2044内部设置有温度检测设备2045和泄流阀2046，用于对超临界反应釜202进行冷却并释放压力。

超临界反应釜202包括反应容器本体2021、超临界流体控制阀门2022、泄压阀2023和温度传感器2035。

超临界流体管路2031上设置有温度传感器2034，反应容器本体2021的入口端经超临界流体控制阀门2022与超临界流体系统203连接，反应容器本体2021还连接有泄压阀2023。

超临界流体系统203包括超临界流体管路2031、稳压控温器2032、管道过滤器2033、管道阀门2034。

稳压控温器2032的输出端经超临界流体控制阀门2022与反应容器本体2021连接，稳压控温器2032采用双层结构，两层之间采用冷却液进行温度控制，内层起到稳压功能，并包括温度传感器和压力传感器2036。

超临界流体管路2031上设置有管道过滤器2033，管道过滤器2033安装在超临界反应釜202流体出口端，起到过滤反应釜202中产生的分解物，防止堵塞管道的功能。

超临界流体管道2031上设置了压力传感器和温度传感器2035，用于监测管道内部的压力和温度情况。

反应釜冷却池2044内设有温度检测设备2045和泄流阀2046。

当使用的超临界流体为CO

分选回收系统3包括第三控制单元301、传送单元302和筛分单元303。

传送单元302的一端与超临界流体系统203连接，传送单元302的另一端与筛分单元303连接，通过筛分单元303对玻璃、电池片、汇流条、背板和粘合剂(EVA或POE)等光伏组件进行筛分回收处理。

优选的，分选回收系统3还包括多级分选系统；多级分选系统包括反弹滚筒分选3031、带式筛选3032和重力分选3033，反弹滚筒分选3031输入端与传送系统302连接，输出端连接带式筛选3032，带式筛选3032输出端连接重力分选3033。

本发明一种基于超临界流体技术的光伏组件回收系统的工作原理如下：

1、光伏组件机械拆解，流程及各子系统功能如下：

第一控制单元控制整个光伏组件物理拆解系统按设定的节拍运作，并时刻监视和控制的所有状态，另外对系统故障、安全等信号进行显示和告警；

光伏组件由进料口进入边框拆除单元，通过边框拆除单元拆除光伏组件的边框，得到无边框的光伏组件和边框，将边框送入边框回收箱直接回收；

无边框的光伏组件送入接线盒拆除单元内，利用接线盒拆除单元将接线盒拆除，得到光伏组件的层压件和接线盒，接线盒送入接线盒回收箱直接回收；

层压件进入组件切割系统，对层压件进行物理切割后得到光伏组件碎片；

切碎后的光伏组件碎片进入光伏组件碎片缓存箱，缓存箱起到与超临界流体分解系统的缓冲功能，使光伏组件物理拆解系统和超临界流体分解系统的节拍得以相对独立控制。

2、光伏组件超临界流体分解，流程及各子系统功能如下：

第二控制单元控制超临界流体分解系统按设定的节拍运作，并时刻监视和控制超临界流体分解系统的所有状态，另外对系统故障、安全等信号进行显示和告警；

将组件碎片缓存箱内的光伏组件碎片装入超临界流体反应釜中，关闭反应釜，接入超临界流体系统，在确保各系统指标正常的情况下打开阀门向超临界反应釜内通入超临界流体与光伏组件碎片反应，在第二控制单元的控制下完成分解反应，反应后的超临界流体通过管道过滤器后进入冷却系统；

关闭反应釜阀门和对应的超临界流体系统阀门，将超临界反应釜移到反应釜冷却池，对超临界反应釜进行冷却，并释放压力；

打开超临界反应釜，取出分解产物，进入分选回收系统。

3、超临界流体分解产物分选，流程及各子系统功能如下：

将超临界流体分解系统中分解的产物通过传送带传送到分选回收系统中进分选；通过分选分离出玻璃、电池片、汇流条和背板回收料，进入回收系统。

第一控制单元、边框拆除单元、接线盒拆除单元、组件切割系统、组件碎片缓存箱、边框回收箱、接线盒回收箱并未特指某类设备或系统或形式；

边框拆除单元和接线盒拆除单元的顺序可以交换；

组件切割碎片并未限定碎片尺寸，可根据实际工程设置。

第二控制单元、超临界反应釜、超临界流体系统、冷却系统并未特指某类具体的设备、系统、形状、结构或方式；

超临界反应釜在整个系统中的数量并不固定，可根据实际工程配置；

冷却系统的散热装置数量并未固定，可根据工程实际配置。

第三控制单元、分选系统、回收系统并未特指某类分选方法、回收方式、设备或系统。

综上所述，本发明一种基于超临界流体技术的光伏组件回收系统，包括了完整的光伏组件回收流程，功能完备；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；超临界流体可在短时间内分级光伏组件，回收效率高；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，降低了后续处理要求，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。