您好,欢迎访问苏州午日新能源科技有限公司官网!   关键词:回收太阳能板 | 光伏板回收 | 太阳能发电板回收价格 | 光伏组件回收
18762349599
18762349599
回收太阳能板-光伏发电板回收-二手太阳能光伏板回收-苏州午日新能源科技有限公司
您的位置:主页 > 新闻动态 > 公司新闻 >

新闻动态

联系我们

回收太阳能板-光伏发电板回收-二手太阳能光伏板回收-苏州午日新能源科技有限公司

地址:苏州市环庆路1588号
手机:18762349599

咨询热线18762349599

从回收光伏组件模块中回收有价值的金属

发布时间:2019-11-11 17:04人气:

  回收硅,银,铜和铝等贵重金属已成为紧迫的问题,因为报废的光伏组件需要在不久的将来进行回收以满足大多数国家的法律要求。人们最感兴趣的是用于晶圆和半导体生产的高纯度硅(>99.9%)的回收和再循环。按2012年金属价格计算,晶体型光伏模块中的Si价值估计约为$95/kW。以当前30吉瓦/年的装机容量计算,光伏组件中的金属价值代表了宝贵的资源,应在未来回收。到2040年和2050年,报废光伏组件的回收将分别提供超过88,000和207,000tpa的Si。这占模块制造所需硅的50%以上。在结晶硅组件上进行的实验测试可以通过HNO3/NaOH浸出从掺杂的Si中去除Al,Ag和Ti以及其他金属离子,回收出>99.98%级的Si产物。在1520ºC的条件下,使用CaO–CaF2–SiO2炉渣混合物进行进一步的火法冶炼,以清除酸浸后的残留金属,最终可生产出>99.998%的品位Si。提出了一种基于HNO3/NaOH浸出和随后熔炼的工艺,用于从废弃或回收的光伏组件中回收Si。

 
  为了减少全球变暖的影响,世界上许多国家已经开发并使用可再生能源来减少温室气体排放。在这方面,欧洲联盟(EU)发挥了带头作用,到2020年将碳排放降低20%,这是大多数发达国家都追求的高目标。采取的众多选择之一是用太阳能替代化石燃料。可以通过通过热质或光伏(PV)设备捕获太阳能来产生电(Desideri等,2013)。根据美国能源部提交的白皮书(美国能源部,2010年),光伏技术在过去十年中已有显着进步,大大降低了太阳能电池的制造成本,从1990年代后期的8美元/瓦降低到了8美元/瓦。美国的公用事业规模系统的价格在2010年将低于$3.50/W。欧洲($5.00/W),中国($4.42/W)和日本($5.02/W)的安装成本与美国的公用事业规模项目的安装成本相当,尽管对于小型住宅应用而言,安装成本通常更高(Branker等,2011)。根据Razykov等。(2011年),光伏发电市场目前以并网住宅系统为主(>40%)。模块价格在$3.0–4.5/peakwatt范围内(系统价格在$5–7/W)。美国能源部预测,到2015年,太阳能的成本将降低至公用事业0.06美元/千瓦时,商业0.08美元/千瓦时,住宅应用0.10美元/千瓦时(Razykov等人,2011年)。这应该鼓励其他许多国家通过太阳能发电来补充其能源需求(Dincer,2011;Solangi等,2011;Wang和Qiu,2009;Tour等,2011;Liou,2010)。欧洲光伏工业协会(EPIA)预测,到2040年,光伏能源可能占世界电力需求的14%(Marwede和Reller,2012年)。
 
  在过去的15年中,全球的光伏装机容量迅速增加。根据McDonald和Pearce(2010)的数据,2009年全球光伏组件的总产量相当于7.3GW,与其他研究预测的7.437GW相当(Shiue和Lin,2012;EPIA,2012)。自2009年以来,中国和台湾一直是组件的主要生产国,占所有制造的光伏电池的49%以上。2009年,中国的产量超过了3.5吉瓦,而同年台湾的产量达到了近1.5吉瓦(生物情报服务,2011)。这些产品大部分已出口到德国和欧盟其他国家。但是,如图1所示,在未来的二十年中,主要市场(德国和意大利在欧盟,美国,日本和中国的领导地位)的太阳能预计使用量将大大增加。这些数据似乎与欧洲光伏组件回收协会(PVCycle)收集的数据非常吻合,该协会由代表欧洲90%太阳能电池生产/使用的公司组成(PVCycle,2011年)。到2011年底,光伏的年安装量已达到近30吉瓦。预计到2020年,新安装的设备将以每年25%的速度增长,到2025年将以每年12.5%的速度增长,到2030年将以9.5%的速度增长(BioIntelligenceService,2011年)。
 
  尽管这代表着将来要安装的大量PV组件,因此也代表了行业所产生的废物,但PV组件的报废淘汰仍存在时间滞后。大多数专家认为,已安装的光伏组件至少可使用25年,尽管有些人预测其使用寿命会缩短20年(Zuser和Rechberger,2011年)。毫无疑问,由于公众的接受,太阳能发展迅速。但是,公众越来越关注对金属废料(如Cd,Se,Pb和其他用于光伏组件的废料)的处理,这促使行业和政府在将来考虑对其进行安全处置或回收。例如,欧盟(Neidlein,2012年)发布了一项指令,该指令将由所有成员国的法律强制执行,以实施其供应商收集和回收光伏面板的协议。光伏组件现在被归类为电气和电子设备(WEEE),供应商必须在其使用寿命终止时对其进行收集。回收光伏模块以回收金属价值,同时将产生的废物减到最少已成为太阳能行业的主要关注点。图2显示了根据欧盟机构的预测,当前的年度新增装机容量(2010年为23.28GW)在20年(到2040年)内迅速扩展至预计的103GW(BioIntelligenceService,2011;EPIA,2012)。WEEE-PV废料已经被收集和积累起来,以便将来在其吨位具有经济可行性的情况下进行处理。
 
  与废物最小化和硅回收有关的另一个问题值得考虑,是切缝损失浆液的处理。在生产硅晶片的硅锭切割过程中,损失了30%至40%的硅。最近已经对从SiC和其他锯切材料中分离和回收高纯度Si进行了评估(Tomono等,2012;Wang等,2012;Tsai,2011a,2011b)。从切缝损失中回收高纯度Si与PV组件回收一样有吸引力,因为在晶圆生产过程中将近50%的这种金属损失。
 
  本文评估了与光伏回收相关的关键问题,旨在反映世界,尤其是韩国太阳能产业未来将面临的情况。重点放在可以从基于硅的模块中回收的金属价值的估计上。进行了测试,以确认所有金属掺杂剂的化学浸出性,并确定可以从酸蚀和纯化熔炼中回收的Si的等级。
 
  光伏废物回收的严格评估
 
  业界已经认识到影响光伏组件回收的两个主要因素。由于Cd,Pb等的污染,废物和旧模块的产生(欧盟自2012年起将其分类为WEEE,必须由供应商在报废时收集)导致了环境问题。潜在的原材料短缺也引起了业界的广泛关注。据专家称,由于产生的废物量仍然太小而无法在经济上进行回收,因此目前无法回收光伏组件。但是,根据欧洲光伏组件回收协会(PVCycle,2011年),到2030年,光伏组件产生的废物预计将超过13万吨,这对于其回收而言是可持续的水平。
 
  光伏组件中所含金属的价值
 
  光伏技术已经使用稀有或少量生产的硅和其他金属迅速发展(Paridaa等,2011)。基于CdTe和CIGS(铜,铟,镓,锗和硒)的薄膜光伏组件的回收被认为值得回收使用的高价值金属,因为它们每年仅少量生产(<2,000tpa据Berger等人所述,对于Se,<600tpa对于In,<150tpa对于Te)。(2010)。预计这两种薄膜类型的市场将从现在的<5%增长到2020年后的25%(BioIntelligenceService,2011)和到2040年达到50%(ZuserandReshberger,2011)。然而,十多年来,基于晶体硅的(c-Si)PV组件的生产一直占据主导地位(市场份额超过90%),原因是它们的成本更低且效率更高(EPIA,2012;Kang等,2012)。可以肯定地说,在2030-2050年期间,将从光伏组件回收中回收的金属主要是Si,Ag,Cu和Al。所有这些都是晶体(c-Si)太阳能电池的金属成分。
 
  原材料成本(主要是用于(c-Si)PV模块的Si)可以从产生每个峰值瓦特太阳能的数量中估算出来。美国能源部高级研究计划局在其在华盛顿特区的一次研讨会上报告的白皮书中总结了制造1W太阳能的成本组成部分(美国能源部,2010年)。根据该报告,尽管力争在2017年前将1W太阳能的成本降低至1.00美元/W,但截至2010年的生产成本为1.70美元/E,其中化学物质和金属是原材料成分(硅,铜,铝,掺杂剂,化学药品),估计为$0.54/W。
 
  根据2010年全球12GW的太阳能产量(图1),硅原料,掺杂剂和化学药品的成本(0.54美元/瓦×12×109W/年)很容易达到65亿美元。欧盟设定了从现在开始回收85%的PV废物的目标(Neidlein,2012年;BioIntelligenceService,2011年),这代表了未来应回收的硅和其他稀有金属的主要资源。。
 
  表1列出了过去15年中生产的两种主要类型的晶体(c-Si)和非晶(a-Si)PV组件生产中使用的所有金属的细目分类。可以很容易地认识到,金属回收的最大潜力来自(c-Si)PV模块,因为与其他薄膜类型相比,它们包含更多的金属价值。根据表1中汇总的数据和当前(2012年)的金属价格,如果在制造过程中使用4NSi,则这些主要金属成分(Si,Cu,Al和Ag)的价值为126.54美元/kW。因此,所有金属价值中,Si代表最大的贡献,因此构成了美国能源部(2010)报告的(c-Si)PV模块的原材料和化学成本0.54美元/瓦的约25%。
 
  值得注意的是,用于生产晶圆的高纯度硅(4N–5N)约为9吨/MW(Shiue和Lin,2012年),尽管光伏模块中最终仅有约3.07吨/MW,如图所示。表1。这表明由于在切割和制造过程中的断裂或磨损而损失了大量的Si,并且将来也可以在同一回收工厂中对其进行回收。在这方面,在晶片生产过程中高纯度硅对锯切废料(含SiC)等的损失可能占原材料的40%。晶片制造导致的切缝损失的处理最近也成为许多研究的主题(Wang等人,2012;Tomono等人,2012;Tsai,2011a,2011b;Lin等人,2010)。
 
  欧盟的目标是收集和回收85%报废的PV。将其与主要或次要资源的标准金属总回收率(80-90%)相结合,预计可从PV废物中获得70-75%的金属价值(4N-c-SiPV为126美元/kW)。恢复了。以2012年4N硅金属价格生产的光伏能源最低回收金属价值为$95/kW。
 
  图3显示了从2000年到2011年每年在世界范围内安装的光伏能源,并计划将其扩展到2016年(EPIA,2012年)。截至2016年的累计装机容量已达到274.19GW,金属价值为260.5亿美元(基于先前估算的4NSi价格的2012年现有金属价值为$95/kW)。
 
  原材料供应以及从光伏废料中回收金属的潜力
 
  Marwede和Reller(2012)预测,到2038年,该行业必须依靠所有回收的Te来满足其对新的薄膜CdTe装置的需求。Zuser和Rechberger(2011)提出了一个模型,以预测2010-2040年间光伏组件制造中所有金属的利用率。对于非Si薄膜PV,除了Te以外,所需的其他金属(Cd,Cu,In,Ga,Se)似乎也足够满足需求。然而,对于c-Si和a-SiPV而言,“现实”的最大硅需求量预测到2040年将达到445,543吨/年,这应该主要由回收的Si来满足。
 
  从发布的数据可以确定到2016年硅需求和供应的短期预测。根据生物情报服务局(BioIntelligenceService,2011)代表欧盟报告的数据(表1汇总),对(c-Si)光伏组件的要求是安装了3.069吨Si/MW。如图4所示,对2016年多晶硅需求的预测将达到17.8万吨硅/年,相当于年装机容量58.04吉瓦。根据美国地质调查局(USGS)在其《硅矿物年鉴》(2010年)中列出的这一阶段,多晶硅的供应量显示,到那时为止,多晶硅的含量是硅硅光伏电池的两倍以上。考虑到缝隙损失(在30%到40%之间)和生产过程中硅晶片/电池的破裂最多50%(Tomono等人,2012;Wang等人,2012;Tsai,2011a,2011b;Lin等人)(2010年),到2016年多晶硅的需求应该很容易满足。根据USGS矿产行业调查(USGS,2012年),全球范围内Si(高纯度二氧化硅)的资源丰富,Si的供应应足以满足所有类型Si的需求。c-Si生产成本的增加(如果有的话)是业界唯一关心的问题。在现阶段,用于制造光伏电池的高纯度多晶硅(7N–9N)似乎过剩,这导致最近价格大幅下跌(Wicht,2012;Glenn,2012)。

 
  除非大规模扩张,否则从2030年开始,韩国光伏组件的回收可能仅能回收每年25–30百万美元的金属价值(使用4N硅原料和每年安装250–300MW的金属,每年可回收95,000美元)。未来十年的太阳能应用量。在确定经过验证的回收工艺流程之前,在此阶段尚无法预计成本来恢复所描述的金属价值。
 
  拟议的光伏组件回收流程
 
  目前正在开发几种从光伏废料中回收有价值的金属成分的工艺(Berger等,2010;Kang等,2012;Klugmann-Radziemska等,2010;Klugmann-Radziemska和Ostrowski,2010)。在可以回收PV模块之前,需要结合几个处理步骤来分离金属框架,背板,EVA树脂和保护性钢化玻璃板。然后,对这些模块进行化学浸出,以生产出>99%的Si,以便回收利用。
 
  从硅电池中浸出/蚀刻金属离子
 
  在这项研究中,从破碎的硅电池中分批进行金属添加剂的蚀刻和/或浸出,以优化高纯度硅回收的条件。破碎的PV晶片在20–40ºC的温度下使用盐酸,硫酸和硝酸或苛性NaOH进行浸提,以提高浸提速率。所用酸的浓度在1至3M之间变化,处理时间在2小时内。这些浸出测试的结果总结在图8和9中,分别显示了时间和酸浓度对不同类型浸出剂的影响。仅显示了用于单晶硅电池和多晶硅电池的银和铝添加剂的典型结果,因为其他成分也被大量去除。根据所用原始样品中的有效质量和浸出溶液中的金属含量,计算金属的去除率(%)。
 
  用硝酸(氧化性酸)对金属的化学蚀刻/浸出可以用化学方程式表示
 
  1个
 
  由于形成了不溶的硫酸银或氯化银盐,硫酸和盐酸都不能有效溶解Ag。如稍后在Stabcal建模和SEM分析中所示,由于在酸处理过程中可能会形成Al-Si化合物,因此在酸浸后Al只能用NaOH完全溶解。
 
  使用硝酸作为氧化性酸能更有效地溶解大多数金属,包括银。蚀刻效率随用于铝提取的酸浓度的增加而增加,而硝酸浸出仅部分去除铝,这需要随后用NaOH处理。
 
  结论
 
  回收PV模块以回收Si是晶体硅电池的主要且最昂贵的组件,从技术上讲是可行的。硅电池可以先在硝酸中浸出,然后在氢氧化钠中浸出。尽管硝酸(最初的3M)可以去除所有的Ag,但不能完全去除Al或N。随后在NaOH中浸出会完全去除N和Al,从而生成99%的Si。随后在1520ºC下用CaO–CaF2–SiO2熔炼(HNO3+NaOH)处理过的材料,以清除所有金属杂质,从而产生>99.998%的Si。
 
  尽管回收的成本收益还取决于回收的其他方面,包括收集和分类,以将Si电池与其他附属设备分开,但是PV模块的回收对于满足世界上多个国家的法规要求是必要的。通过以符合“绿色能源”形象的光伏系统正在呈现的方式处理和回收废物,行业应从企业和社会责任的角度受益。

    本文由 回收光伏组件 整理,并不代表本站观点。欢迎有此类回收业务的联系我们! 

推荐资讯

18762349599