太阳能光伏组件的回收路线

太阳能光伏组件有二十五年的质保寿命，现在正往三十年延伸。三十年很长，很了不起，但毕竟不是永生。事实上第一批大规模使用的光伏系统，已经逐渐到了退休的年龄了。组件失效了以后怎么办?填埋?那还叫什么绿色能源!回收?会不会是赔本生意?本文就光伏组件的回收进行探讨，看完本文立即完成扫盲。
 
为什么要回收
 
1. 社会影响。很早期的迷思说“光伏发电是绿色能源根本就是骗人啊，生产本来就是个耗能大户，若干年失效以后还要产生垃圾。”这个兔子都辟谣到口干舌燥了——晶硅提纯早就降低能耗了，生产工艺排污早就解决了，将失效组件的回收工艺算进去，能量回收期也不会超过5年，如果是阳光充足的热带地区，可能1年都要不到。话虽如此，但可见这个辩论的重要前提是：组件是要回收的，否则还叫什么再生能源!
 
2. 经济影响。欧盟对组件回收是有硬性要求的，这个要求正在拓展到其他的光伏市场。具体操作怎么搞，谁来买单?权衡各种方案以后，最终是决定向组件生厂商追加回收成本。组件生厂商又不傻，当然是给批发商加价咯，批发商不傻当然是给零售商加价咯，零售商不傻当然是给用户加价咯。所以最后归根到底是用户买单。最后就是度电成本提升，影响光伏发电收益。所以组件回收降本是有直接经济效益的——这是回收技术发展的源动力。
 
预计组件回收的高潮会于2030年到来，赚钱的生意，不能不干。
 
回收的思路
 
1. 有效分离贵重材料再利用。虽然光伏组件因为各种原因失效了，但是铝合金是不会跑的，玻璃总是在的，电池片和上面的金属材料都原封不动在那里。用最实惠的办法把值钱的东西分开再利用，是回收的基本思路。
 
2. 尽量完全回收，尽量零垃圾填埋。不用解释了。
 
回收的方法
 
(完整理想的组件回收流程图，越往后对技术要求越高，废料越少，同时理论收益也越高。Huang, Solar Energy, 2017)
 
1. 简单粗暴一刀切。无论什么回收技术方案，第一步一定是拿掉塑料接线盒，这是和光伏组件其他材料最不搭杠，而且最好分离的部分。第二步是拆铝边框，最值钱而且好拆。
 
拿掉以后呢?现有最成熟、最简单粗暴、同时收益最少的办法就是整体碾压切成渣，做成玻璃。反正玻璃是氧化硅，里面的电池大部分也是硅，烧一烧又成玻璃了，顶多有一点有机胶膜和背板的杂质，高温下也没有了。但是贵重的金属电极材料比如银、铜、铝、锡、铅等等就可惜咯，统统也当成杂质处理了。玻璃的价值含量是相当低的。
 
2. 重新利用组件里面的电池。很多时候失效的组件是因为背板不行了，胶膜变色了，玻璃坏了，但电池本身依旧坚挺。而电池又是组件里面最值钱的部分。自然而然的思路就是，重新回收电池再利用。可是，要把组件拆了不损害里面的电池，这很难!撕开背板后，要么泡盐酸去掉EVA胶膜(耗时，损害金属电极);要么有机溶剂去掉EVA(更耗时);要么超声波超掉EVA(费电);要么加热热解EVA(电池基本上就废了)。理想很丰满，现实很骨感，想要回收性能不受影响的电池，基本上做不到!
 
3. 重新利用组件里面的硅片。既然电池收不回来，那我们就退而求其次，重新再利用电池里面最值钱的部分——硅片。回收以后把硅片重新做成电池。这就需要各种化学方法去掉氮化硅、金属电极、发射极和背电场。具体的搭配可能是氢氟酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾等等。现实再次骨感了一把——人算不如天算，随着技术的发展和降本的要求，硅片的厚度从300微米降到200微米以下而且还要继续降低，导致的后果就是硅片根本就经不起化学处理的折腾——碎碎碎!这条路，再次堵死。
 
4. 重新利用太阳能级硅。既然硅片也收不回来，那就再退一步，我们回收太阳能级硅吧。虽然说还要重新拉单晶或者铸锭然后切片，至少提纯的步骤我们省下来了啊!这个方案，就是现今主流的方向。碎就让它碎吧，碎了我们重新拉晶或者铸锭就好了。和上一种方法一样，正面发射极和背电场是不能要的。用氢氧化钠快速的去掉几个微米的表层，再用方阻检测是不是完全去掉了发射极和背电场，就可以制成可资利用的太阳能级硅了。
 
至于金属回收的部分，一般是用硝酸从电池片上拿掉，再用电解萃取(electrowinning)的办法收集高纯度的金属材料。
 
回收效果
 
这么一套工艺下来，玻璃、铝框、接线盒几乎完全回收，聚合物分解掉(当做燃料了所以也不太耗能)， 太阳能级纯度的硅回收90%，银和铜的回收超过70%，效果非常好。
 
总结
 
基本上，回收的材料的价值，按照现在的市场价，会有每块组件11到12美元的收益。这基本上是解决掉了组件回收经济上最大的障碍，使得失效组件回收成为有利可图的生意！平价上网的这条路必然是越走越顺。
 
来源：PV兔子