机械式玻璃背板光伏组件的分层问题：迈向材料回收

《Advanced Energy and Sustainability Research》：Mechanical Glass-Backsheet Photovoltaic Modules Delamination: Toward Materials Recycling

光伏废料回收技术：基于磨砂的机械剥离方法及其工业应用

　　随着太阳能技术的迅速发展，光伏（PV）发电已成为全球范围内最经济的电力生产方式之一。近年来，全球光伏组件的安装量已超过500 GW/year，这意味着到2050年，如果没有高效的回收解决方案，将有超过8000万吨的光伏组件等待回收。光伏组件通常由多个层组成，包括玻璃、封装材料、电池片、背板和金属组件等。目前，针对光伏组件的回收技术尚未完全成熟，尤其是在成本、回收率、环境影响以及材料纯度等方面仍存在挑战。因此，开发一种高效、经济且环保的回收技术显得尤为重要。

在这一背景下，法国国家科学研究中心（CEA）研发了一种基于砂磨技术的新型光伏组件回收方法。该技术通过高速运行的大尺寸砂带，选择性地去除光伏组件中的不同层，从而收集大部分材料为粉末形式。这种方法特别适用于目前市场上占主导地位的玻璃/背板（Glass//Backsheet）结构的光伏组件。为了验证该技术的可行性，欧盟资助的EVERPV项目中，一家工业合作伙伴ENVIE 2?E Aquitaine在法国专门设计并安装了一条试点生产线，用于处理这种类型的光伏组件。

在EVERPV项目中，试点生产线的目标是实现光伏组件的全面回收，包括铝框、铜线、接线盒、玻璃、PET材料、氟化物、封装材料、银和硅等关键原材料。通过这一技术，能够将这些材料高效地分离出来，为后续的再利用提供条件。特别是在目前光伏组件回收仍处于初级阶段的情况下，这种技术不仅有助于提升材料回收率，还为实现循环经济目标提供了新的思路。

在实验阶段，研究团队首先使用实验室规模的砂磨设备对20×20厘米的小型光伏组件进行了初步测试。实验结果显示，通过砂磨可以有效地将背板从组件中去除，并获得干净的玻璃层和不同层的粉末。这些粉末能够很好地与原始材料分离，表明该技术具有良好的可行性。基于这些初步成果，团队进一步采购了工业级砂磨设备，以模拟实际大规模回收过程。

在实际的试点规模操作中，该设备能够对真实退役光伏组件的背板进行砂磨处理。为了确保高效回收，研究团队通过逐步去除0.3毫米的材料，并观察其对组件背面的影响，最终确定了最佳的砂磨参数。实验结果显示，经过砂磨处理后，背板材料能够被有效地分离，而不会影响到下方的电池片和铜线。通过这种方式，可以确保材料的高纯度回收，从而为后续的再利用提供保障。

在对回收材料进行分析时，团队采用了一系列技术手段，包括筛分、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）等，以确定不同材料的组成和纯度。筛分技术用于初步分离粉末中的大块材料，确保后续分析的准确性。FTIR光谱分析用于快速识别粉末中的聚合物成分，而DSC则用于定量分析。这些方法的结合，使得研究团队能够更全面地了解回收材料的特性。

在回收过程中，研究团队还发现，背板材料通常包含多种聚合物，如PET、EVA和PVDF等。其中，PET是最常见的材料，但其纯度在实际回收过程中往往受到其他材料的干扰。因此，研究团队尝试了不同的分离方法，包括使用水力旋风分离器和自制的湿密度分离技术。这些方法在一定程度上提高了PET的纯度，使其能够满足工业回收标准。

在EVACELL粉末的处理方面，研究团队采用化学和物理方法进行材料分离。首先，通过燃烧处理去除封装材料EVA，使得金属成分得以保留。随后，使用化学溶剂将EVA与金属成分分离，并通过液相处理进一步提取金属元素。通过这些步骤，团队成功地将银和硅从其他金属中分离出来，并实现了较高的纯度。这些金属成分可以进一步通过电化学方法进行提纯，为工业应用提供高质量的原材料。

从实验结果来看，该砂磨技术在实验室和试点规模均表现出良好的性能。在实验室阶段，团队能够成功地分离出高纯度的背板粉末和EVACELL粉末，并通过不同的分离技术提高材料的纯度。在试点规模的处理中，设备的精度和效率得到了验证，能够实现每分钟处理一个光伏组件的吞吐量。这种高效性对于未来大规模的光伏组件回收具有重要意义。

此外，该技术的经济性也得到了关注。研究团队发现，通过优化砂磨参数和回收流程，可以显著降低砂带的使用成本。每条砂带的使用寿命可达200个光伏组件，这使得整体回收成本控制在每块组件2美元以内。这种成本优势对于推动光伏组件回收的工业化发展至关重要。

从材料回收的角度来看，该技术不仅能够回收高价值的金属，如银、铜、铝、锡和铅，还能够回收高价值的聚合物材料，如PET、EVA和PVDF。这些材料的回收对于减少资源浪费和推动循环经济具有重要意义。尤其是银，作为光伏组件中最重要的金属之一，其回收率和纯度直接影响到整个回收过程的经济效益。

在实际应用中，团队与多家工业合作伙伴合作，探索这些回收材料的再利用途径。例如，通过化学回收，团队能够将PET转化为再生的对苯二甲酸（PTA），用于生产新的PET薄膜。这些薄膜可以再次用于光伏组件的背板制造，从而实现材料的闭环回收。同时，氟化聚合物也可以用于涂层或其他复合材料，为其他工业领域提供资源。

整体来看，这项基于砂磨技术的新型光伏组件回收方法，为解决当前光伏回收技术中的瓶颈问题提供了可行的解决方案。它不仅能够高效地分离出多种材料，还能在较低的成本下实现高纯度回收。这种技术的应用，有助于提升光伏产业的可持续性，并推动绿色能源的发展。随着未来更多类似技术的推广和应用，光伏组件的回收和再利用将成为实现资源循环利用的重要环节。