一种光伏组件回收处理用热处理装置及方法

技术领域

本发明涉及光伏组件回收领域，特别是涉及一种光伏组件回收处理用热处理装置及方法。

背景技术

随着能源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出，由清洁能源替代传统能源的能源革命正在悄然上演，而太阳能是最具潜力的清洁能源之一。在太阳能发电技术中，光伏发电一直占据行业主导地位。随着大规模的集中式和分布式光伏发电项目投运，废弃光伏组件的处理问题将日益凸显。废弃的光伏组件处理不当不但导致环境污染，还会造成资源浪费。

国际上对于废旧晶体硅光伏组件的回收，一般要经过以下几个处理环节：1)拆卸运输、把废旧的晶体硅光伏组件拆卸后运输到回收机构。2)拆解、将晶体硅光伏组件的铝边框和接线盒进行拆除。3)分离、拆解后的晶体硅光伏组件是由前玻璃、太阳电池、背板(或背玻璃)及EVA所组成的层压件，分离这部分层压件，分拣出具有价值的材料，是组件回收技术中最关键的步骤，涉及到组件的回收效果及收益。4)再利用、将分拣出的不同材料送往相应行业进行再利用，比如，玻璃回收后送往玻璃制造业，铝边框送往铝精炼厂，废塑料可作为燃料送往水泥厂，硅可以送往贵金属制造厂，剩下的接线盒线缆和接头在压碎取铜后送往铜制品工厂进行回收再利用。目前，根据层压件分离方式的不同，废旧晶体硅光伏组件的回收方式可分为热处理法、化学溶解法及物理分离法3种。其中，热处理法分为低温热处理法和高温热处理法。低温热处理法是利用EVA经过加热后会逐渐软化的特点，通过加热层压件来软化其中的EVA，实现层压件中前玻璃、太阳电池及背板(或背玻璃)的分离。目前采用该处理方法时，加热设备一般使用流化床反应器，也有使用射频电流加热板或红外加热器的。虽然低温热处理法较为简单、实用，但存在EVA的去除不够彻底、玻璃和太阳电池的表面常有少量残留的情况。高温热处理法是利用EVA在高温下会逐渐分解的特点从而去除EVA。目前，高温热处理法主要分为无氧高温热处理法和有氧高温热处理法，采用这2种处理方法时EVA的去除率均已达到99％以上。但是，在高温热处理法中，耗能较多，且会产生一些有害气体。

为解决上述技术问题，专利申请CN115634911A公开了一种光伏组件回收处理用热处理装置，该装置中设置有可移动的分割片，分割片的下端设置有排气孔，通过排气孔排出热风，热风温度控制在220-240℃，EVA受热后发生膨胀并慢慢融化，随着分割片的下移，EVA自上而下的融化并流下，高速热风对玻璃板以及硅板上顺次吹扫，能够有效的吹走EVA，避免残留。在上述专利申请中，虽然未采用高温加热设备，但热风温度远超过EVA的熔融温度，EVA在高温热风的吹扫下仍然会产生有害气体，没有从根本上解决问题。此外，EVA胶膜在层压后的厚度仅为1mm左右(指玻璃层与电池板之间的EVA胶膜或电池板与背板之间的EVA胶膜)，即使受热膨胀厚度也不超过2mm，在这种厚度条件下插入能够排出热风的分割片显然不现实。

有鉴于此，如何提供一种能够在低温下高效去除EVA，避免产生有害气体的光伏组件回收处理用热处理装置，是本领域人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏组件回收处理用热处理装置，以解决现有技术存在的问题，可实现低温高效去除EVA胶膜，避免产生有害气体。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种光伏组件回收处理用热处理装置，包括：

热处理房；

振动平台，所述振动平台设置于所述热处理房内，所述振动平台能够在X轴和/或Y轴方向振动；

升降机构，所述升降机构设置于所述振动平台上；

夹持机构，所述夹持机构设置于所述升降机构上；

固定座，光伏组件能够放置在所述固定座上，所述固定座的外边缘小于所述光伏组件的外边缘，所述夹持机构能够夹持所述光伏组件的背板和电池板；或所述夹持机构能够夹持所述光伏组件的电池板；所述热处理房能够加热所述固定座所在的区域且所述热处理房的加热温度能够使所述EVA胶膜变成固态果冻胶状；

吸附机构，所述吸附机构固定设置于所述固定座上方并与所述热处理房固定连接，所述吸附机构能够吸附所述光伏组件的玻璃层或背板并带动所述玻璃层或背板向上移动；

高压吹风机构，所述高压吹风机构具有万向出风端，所述万向出风端能够朝向所述固定座以及所述固定座与所述吸附机构之间的区域。

进一步的，所述升降机构包括：

第一伸缩电机，所述第一伸缩电机固定设置于所述振动平台上表面，所述第一伸缩电机的伸缩杆竖直向上设置；

升降板，所述升降板固定设置于所述第一伸缩电机的伸缩杆上。

进一步的，所述夹持机构包括：

第二伸缩电机，所述第二伸缩电机固定设置于所述升降板上，所述第二伸缩电机的伸缩杆朝向所述固定座；

夹持板，所述夹持板与所述第二伸缩电机的伸缩杆固定连接；所述第一伸缩电机、所述升降板、所述第二伸缩电机和所述夹持板有两组并分别设置于所述固定座的左右两侧。

进一步的，所述热处理房包括：

房体；

加热柱，所述加热柱设置于所述房体内并与所述振动平台相邻设置，所述加热柱贯穿内外表面设置有多个出风孔，所述加热柱与加热风机连通或所述加热柱内设置有加热风机。

进一步的，所述吸附机构包括：

顶板，所述顶板与所述加热柱的上表面固定连接；

第三伸缩电机，所述第三伸缩电机与所述顶板固定连接，所述第三伸缩电机的伸缩杆向下延伸并与吸盘固定连接，所述吸盘与所述固定座相对应并能够吸附所述玻璃层或所述背板。

进一步的，所述高压吹风机构包括：

高压气泵，所述高压气泵的出气口与软管连通，所述软管的端头处设置有喷枪；

万向机械手，所述喷枪固定设置在所述万向机械手上，所述万向机械手能够将所述喷枪朝向所述固定座以及所述固定座与所述吸附机构之间的区域。

本发明还提供一种光伏组件回收处理用热处理方法，包括以下步骤：

S1：将去除边框和接线盒的光伏组件平放在固定座上，调节升降机构使得夹持机构与光伏组件的背板和电池板相对应；

S2：利用夹持机构将光伏组件进行固定；

S3：利用吸附机构吸附光伏组件的玻璃层；

S4：热处理房对所述固定座所在的区域进行加热并使得EVA胶膜变成固态果冻胶状；

S5：启动振动平台，所述振动平台带动所述夹持机构、所述升降机构、所述固定座以及所述光伏组件同步进行X轴和/或Y轴方向的运动，同时吸附机构向上拉拽玻璃层，直至所述电池板与所述玻璃层之间的EVA胶膜断裂；

S6：继续向上拉拽玻璃层，利用高压吹风机构将粘连在玻璃层下表面以及电池板上的EVA胶膜吹落；

S7：翻转光伏组件剩余部分，使得背板朝上，调节升降机构使得夹持机构与所述电池板相对应，利用夹持机构将所述光伏组件剩余部分固定；

S8：利用吸附机构吸附背板；

S9：启动振动平台，所述振动平台带动所述夹持机构、所述升降机构、所述固定座以及所述光伏组件剩余部分同步进行X轴和/或Y轴方向的运动，同时吸附机构向上拉拽背板，直至所述电池板与所述背板之间的EVA胶膜断裂；

S10：继续向上拉拽背板，利用高压吹风机构将粘连在背板下表面以及电池板上的EVA胶膜吹落，分别回收所述玻璃层、所述电池板和所述背板。

进一步的，在步骤S5和步骤S9中，振动平台在X轴方向和Y轴方向均匀间隔运动或在X轴方向和Y轴方向做不规则运动。

进一步的，所述热处理房对所述固定座所在的区域进行加热至73-78摄氏度。

进一步的，所述高压吹风机构的风压为8.5-8.9MPa。

本发明公开了以下技术效果：

1、利用低温将光伏组件中的EVA胶膜调整至固态果冻胶状，这种状态下的EVA胶膜接近开始熔融的状态且粘度不大，利用振动平台使得电池板与背板之间、电池板与玻璃层之间产生激烈的相对运动进而拉断中间的EVA胶膜，实现玻璃层、电池板和背板的拆解，拆解后通过高压吹风机构去除残留在玻璃层、电池板和背板上的EVA胶膜。整个过程中EVA胶膜不溶解，不会产生有害气体，振动平台拆解效率高，高压吹风机构对于固态果冻胶状的EVA胶膜去除效率高。

2、当EVA胶膜成为固态果冻胶状时，其具有良好的隔振性，能够避免与吸附机构相连接的玻璃层或背板产生共振，保证玻璃层或背板与电池板之间产生激烈的相对运动，加速中间的EVA胶膜断裂，提高整体EVA胶膜去除效率。

3、EVA胶膜去除全过程在热处理房中进行，房内温度稳定，能够保证过程中EVA胶膜始终处于固态果冻胶状，提高EVA胶膜去除率，使得EVA胶膜的去除率达到99.5以上。

4、振动平台采用在X轴方向和Y轴方向均匀间隔运动或在X轴方向和Y轴方向做不规则运动的振动模式，在这种模式下EVA胶膜接近电池板的部分和接近背板的部分或接近电池板的部分和接近玻璃层的部分会产生强烈的、多个方向的相对运动，导致EVA胶膜极易撕裂，加快玻璃层、电池板和背板的拆解速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为机械手与喷枪的连接结构示意图；

图3为光伏组件安装示意图；

其中，1、振动平台；2、固定座；3、玻璃层；4、电池板；5、EVA胶膜；6、背板；7、第一伸缩电机；8、升降板；9、第二伸缩电机；10、夹持板；11、加热柱；12、顶板；13、第三伸缩电机；14、吸盘；15、高压气泵；16、软管；17、喷枪；18、万向机械手。

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，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1-图3，本发明实施例提供一种光伏组件回收处理用热处理装置，包括：热处理房；振动平台1，振动平台1设置于热处理房内，振动平台1能够在X轴和/或Y轴方向振动；升降机构，升降机构设置于振动平台1上；夹持机构，夹持机构设置于升降机构上；固定座2，光伏组件能够放置在固定座2上，固定座2的外边缘小于光伏组件的外边缘，夹持机构能够夹持光伏组件的背板6和电池板4；或夹持机构能够夹持光伏组件的电池板4；热处理房能够加热固定座2所在的区域且热处理房的加热温度能够使EVA胶膜5变成固态果冻胶状；吸附机构，吸附机构固定设置于固定座2上方并与热处理房固定连接，吸附机构能够吸附光伏组件的玻璃层3或背板6并带动玻璃层3或背板6向上移动；高压吹风机构，高压吹风机构具有万向出风端，万向出风端能够朝向固定座2以及固定座2与吸附机构之间的区域。

如图1和图3所示，升降机构包括：第一伸缩电机7，第一伸缩电机7固定设置于振动平台1上表面，第一伸缩电机7的伸缩杆竖直向上设置；升降板8，升降板8固定设置于第一伸缩电机7的伸缩杆上。夹持机构包括：第二伸缩电机9，第二伸缩电机9固定设置于升降板8上，第二伸缩电机9的伸缩杆朝向固定座2；夹持板10，夹持板10与第二伸缩电机9的伸缩杆固定连接；第一伸缩电机7、升降板8、第二伸缩电机9和夹持板10有两组并分别设置于固定座2的左右两侧。热处理房包括：房体；加热柱11，加热柱11设置于房体内并与振动平台1相邻设置，加热柱11贯穿内外表面设置有多个出风孔，加热柱11内设置有加热风机。吸附机构包括：顶板12，顶板12与加热柱11的上表面固定连接；第三伸缩电机13，第三伸缩电机13与顶板12固定连接，第三伸缩电机13的伸缩杆向下延伸并与吸盘14固定连接，吸盘14与固定座2相对应并能够吸附玻璃层3或背板6。高压吹风机构包括：高压气泵15，高压气泵15的出气口与软管16连通，软管16的端头处设置有喷枪17；万向机械手18，喷枪17固定设置在万向机械手18上，万向机械手18能够将喷枪17朝向固定座2以及固定座2与吸附机构之间的区域。

实施例2

在本实施例中，为提高吸盘14与玻璃层3或背板6的吸附效果，第三伸缩电机13和吸盘14可以设置有多组，多组第三伸缩电机13由同一PLC控制器控制同步作用于玻璃层3或背板6，提高吸附效果。

实施例3

在本实施例中，将整体结构倒置，将吸附机构替换为弹性支撑机构，这样一来当振动平台1振动时，位于光伏组件最下方的玻璃层3或背板6可依靠自身重力撕裂EVA胶膜5，完全撕裂后由弹性支撑机构承载拆解的背板6或玻璃板，由高压吹风机构进行EVA胶膜5吹扫工作即可。

以下结合实施例1详细说明光伏组件回收处理用热处理方法，其包括以下步骤：

S1：将去除边框和接线盒的光伏组件平放在固定座2上如图3所示，调节升降机构使得夹持机构与光伏组件的背板6和电池板4相对应；

S2：启动第二伸缩电机9，位于固定座2两侧的第二伸缩电机9带动夹持板10同时向光伏组件方向移动，直至将光伏组件固定，固定后夹持机构覆盖背板6、电池板4以及两者之间的EVA胶膜5；

S3：启动第三伸缩电机13，第三伸缩电机13带动吸盘14向下移动直至吸盘14与玻璃层3抵接并与玻璃层3完成吸附；

S4：启动热处理房中加热柱11内的加热风机，热风从加热柱11的出风孔流向固定座2所在区域，在本实施例中，加热风机的温度设定为75摄氏度，在固定座2附近设置温度传感器，实际温度达到73摄氏度，持续加热10分钟后EVA胶膜5变成固态果冻胶状；

S5：启动振动平台1，振动平台1带动夹持机构、升降机构、固定座2以及光伏组件同步进行X轴和Y轴方向的运动，在本实施例中，振动平台1的移动轨迹与齿轮外廓近似，同时第三伸缩电机13轻微收缩伸缩杆，向上拉拽玻璃层3，两分钟后电池板4与玻璃层3之间的胶膜明细增厚，大约从1.2mm增加至3mm左右(EVA胶膜5原厚度大约为1mm，加热至固态果冻胶状时大约为1.2mm，受第三伸缩电机13和吸盘14的拉伸作用以及EVA胶膜5因振动平台1导致的自身部分断裂影响扩大至3mm左右)，此时第三伸缩电机13再次收缩伸缩杆，本次收缩伸缩杆的过程中EVA胶膜5受第三伸缩杆和吸盘14的拉力影响以及EVA胶膜5因振动平台1导致的自身部分断裂影响直接同步扩张至5mm左右，持续收缩第三伸缩电机13，约30秒后玻璃层3与电池板4之间的EVA胶膜5完全断裂；

S6：第三伸缩电机13继续向上拉拽玻璃层3，使得玻璃层3与下方的电池板4之间具有充足的工作空间，利用万向机械手18将喷枪17调节至工作空间中的合适位置，将风压调节至8.5MPa,将粘连在玻璃层3下表面以及电池板4上的EVA胶膜5吹落即可；

S7：翻转光伏组件剩余部分，启动第二伸缩电机9，位于固定座2两侧的第二伸缩电机9带动夹持板10同时向光伏组件方向移动，直至将光伏组件固定，固定后夹持机构覆盖电池板4；

S8：启动第三伸缩电机13，第三伸缩电机13带动吸盘14向下移动直至吸盘14与背板6抵接并与背板6完成吸附；

S9：启动振动平台1，振动平台1带动夹持机构、升降机构、固定座2以及光伏组件同步进行X轴和Y轴方向的运动，在本实施例中，振动平台1的移动轨迹与齿轮外廓近似，同时第三伸缩电机13轻微收缩伸缩杆，向上拉拽玻璃层3，1分钟后电池板4与玻璃层3之间的胶膜明细增厚，大约从1.4mm增加至3.5mm左右(EVA胶膜5原厚度大约为1mm，由于这部分EVA胶膜5的加热时间较长，因此能够加热至大约为1.4mm，受第三伸缩电机13和吸盘14的拉伸作用以及EVA胶膜5因振动平台1导致的自身部分断裂影响扩大至3.5mm左右)，此时第三伸缩电机13再次收缩伸缩杆，本次收缩伸缩杆的过程中EVA胶膜5受第三伸缩杆和吸盘14的拉力影响以及EVA胶膜5因振动平台1导致的自身部分断裂影响直接同步扩张至5mm左右，持续收缩第三伸缩电机13，约30秒后背板6与电池板4之间的EVA胶膜5完全断裂；

S10：第三伸缩电机13继续向上拉拽背板6，使得背板6与下方的电池板4之间具有充足的工作空间，利用万向机械手18将喷枪17调节至工作空间中的合适位置，将风压调节至8.5MPa,将粘连在背板6下表面以及电池板4上的EVA胶膜5吹落即可，分别回收玻璃层3、电池板4和背板6。

除最开始将EVA胶膜5加热至固态果冻胶状耗时十分钟外，整个光伏组件拆解、去除EVA胶膜5的总时长不超过15分钟，拆解速度快、EVA胶膜5去除速度快、去除效率高。热处理房可设置合适的容积，同时对多个光伏组件进行加热、拆解和EVA胶膜5去除。

在其他的一些实施例中，热处理房对固定座2所在的区域进行加热至73-78摄氏度。高压吹风机构的风压为8.5-8.9MPa。温度处于73-78摄氏度可保证EVA胶膜5既不会熔化产生有害气体，又能够处于固态果冻胶状，有利于加快EVA胶膜5的去除速度，提高EVA胶膜5的去除率。风压处于8.5-8.9MPa可保证固态果冻胶状的EVA胶膜5能够被风枪快速、轻松的吹落且不会对电池板4或背板6造成损伤。

以下采用实施例1公开的设备在不同的温度和风压下进行EVA胶膜5去除试验，结果如下(由于背板6强度较高，因此只对玻璃层3是否有损伤进行检测)：

由上表可知，采用实施例1在73摄氏度，8.5MPa风压的条件下EVA胶膜5去除率最低，为99.6％，将温度上调或将风压上调均可有效提高EVA胶膜5去除率。其中，当温度为75摄氏度，风压为8.9MPa时EVA胶膜5去除率最大，达到了99.9％，除极小顽固EVA胶膜5颗粒外基本全部去除。

当温度超过78摄氏度时，EVA胶膜5开始融化，产生有害气体，因此不记录EVA胶膜5去除率，在实际应用时需摒弃该方案。当风压超过8.9MPa时，玻璃层3表面产生划痕，在实际使用实时同样摒弃掉。

本发明公开了一种光伏组件回收处理用热处理装置及方法，利用低温将光伏组件中的EVA胶膜5调整至固态果冻胶状，这种状态下的EVA胶膜5接近开始熔融的状态且粘度不大，利用振动平台1使得电池板4与背板6之间、电池板4与玻璃层3之间产生激烈的相对运动进而拉断中间的EVA胶膜5，实现玻璃层3、电池板4和背板6的拆解，拆解后通过高压吹风机构去除残留在玻璃层3、电池板4和背板6上的EVA胶膜5。整个过程中EVA胶膜5不溶解，不会产生有害气体，振动平台1拆解效率高，高压吹风机构对于固态果冻胶状的EVA胶膜5去除效率高。当EVA胶膜5成为固态果冻胶状时，其具有良好的隔振性，能够避免与吸附机构相连接的玻璃层3或背板6产生共振，保证玻璃层3或背板6与电池板4之间产生激烈的相对运动，加速中间的EVA胶膜5断裂，提高整体EVA胶膜5去除效率。EVA胶膜5去除全过程在热处理房中进行，房内温度稳定，能够保证过程中EVA胶膜5始终处于固态果冻胶状，提高EVA胶膜5去除率，使得EVA胶膜5的去除率达到99.5以上。振动平台1采用在X轴方向和Y轴方向均匀间隔运动或在X轴方向和Y轴方向做不规则运动的振动模式，在这种模式下EVA胶膜5接近电池板4的部分和接近背板6的部分或接近电池板4的部分和接近玻璃层3的部分会产生强烈的、多个方向的相对运动，导致EVA胶膜5极易撕裂，加快玻璃层3、电池板4和背板6的拆解速度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。