光伏组件回收再利用简析.pdf
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1、研究与综述光伏组件回收再利用简析刘志海中图分类号:TQ171文献标识码:A文章编号:10 0 3-19 8 7(2 0 2 4)0 1-0 0 0 9-0 6Analysis of Photovoltaic Module Recovery and ReuseLIU Zhihai国家则纷纷出台光伏行业鼓励政策,方使全球光1全球及中国光伏行业发展概况光伏(PV),也称为太阳能电池,是将太阳光能直接转化为电能的电子设备。光伏发电技术可以追溯到18 39 年法国科学家EBecquerel发现液体的光生伏特效应。19 54年5月美国贝尔实验室的恰宾、富勒和皮尔松制成效率为6%的单晶硅太阳电池,同年,维克
2、尔在玻璃上成功沉积出硫化镉薄膜,制成第一块薄膜太阳电池,之后光伏电池逐渐步人实用化。光伏发电大规模商业化应用是从德国率先开始的。2 0 0 4年,德国推出了修改的可再生能源法(EEG-2004),强制光伏发电并网,并规定了为期2 0 年的补贴方案。之后西班牙、意大利、日本等发达国家纷纷对太阳能发电进行大力扶持和推广,光伏发电行业展现强劲发展的态势,使众多光伏厂商进行产能扩张,全球光伏发电装机容量一时呈现出快速增长趋势。2 0 11年后,欧洲各国调整政府补贴政策,降低政府补贴,光伏市场出现菱缩,因之前大幅扩张而增加的产能出现严重过剩,导致全球光伏行业供需失衡。在此期间,美国、印度和亚太等发展相对
3、迟缓的地区及1995年2005年全球0.58中国一中国占比/%伏行业逐渐走出调整期,供需重新得到平衡。我国太阳电池的研究开发始于19 58 年,19 7 1年就成功地将自主研发的太阳电池首次应用于我国发射的东方红二号卫星上,后于19 7 3年开始将太阳电池用于地面。自19 8 1年开始,太阳电池及其应用开始列入国家的科技攻关计划,通过“六五”到“十一五”六个五年计划,我国在太阳电池器件和应用技术方面取得了可喜的成绩。2 0 0 0 年以后,国家科技部又启动了国家“8 6 3”计划和“9 7 3”计划,分别对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持。自2 0 13年起,我国陆续发布了国务院关于促
4、进光伏产业健康发展的若干意见国家发改委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知等产业政策,完善了光伏行业价格及竞争体系,确保市场的完善运行。综合IEA、IR E NA 及我国相关部门数据,2021年全球光伏累计装机容量9 45.6 9 GW,同比增长33.3%,是2 0 10 年的2 3.6 倍,2 0 15年的4.3倍;我国累计装机容量30 8.52 GW,同比增长2 1.3%,是2 0 10 年的30 2.4倍,2 0 15年的7.1倍,约占世界累计装机容量的32.6%。具体数据见表1、表2。表119 9 52 0 2 1年全球及中国光伏累计装机容量2000年2015年1.435.2
5、50.030.142.12.7GW2010年2020年40.13217.461.0243.542.520.02021年709.67945.69254.36308.5235.832.69全国性建材科技期刊一一玻璃表2 2 0 2 1年全球光伏当年装机容量及累计装机容量排名前10 的国家或地区当年新增装机容量/GW累计装机容量/GW排名国家或地区全球1中国2美国(3)欧盟3印度4日本5德国6巴西7澳大利亚8西班牙9韩国10法国2全全球及中国废弃光伏组件状况2.1光伏组件寿命及主要影响因素2.1.1影响光伏组件寿命的主要因素影响光伏组件寿命的主要因素有功率衰减、热斑、内部隐裂、焊接脱焊以及恶劣气候破
6、坏等。光伏组件功率衰减是指随着光照时间的增长,组件输出功率逐渐下降的现象。光伏组件的功率衰减现象主要包括组件初始光致衰减、组件老化衰减以及由于破坏性因素导致的组件功率衰减。光伏组件热斑是指组件在阳光照射下,某个单体电池片被小的物体遮盖,导致此单体电池片所能产生的电流变小,使该单体电池片带负压,成为负载,并以发热形式消耗其他单体电池片发出的能量,甚至因温度过高而被烧损。光伏组件隐裂是指电池片中出现细小裂纹,电池片的隐裂会加速电池片功率衰减,影响组件的正常使用寿命,同时电池片的隐裂会在机械载荷下扩大,有可能导致开路性破坏,隐裂还可导致热斑效应。光伏组件焊接脱焊是指由于太阳电池片之间102024年第
7、1期总第38 8 期装机容量排名173.4754.1626.8726.8013.666.545.765.504.944.904.233.35国家或地区全球1中国(2)欧盟2美国3日本4印度5德国6澳大利亚7意大利8韩国9西班牙10越南的间距设计不合理或焊接质量不良,加之长期处于温差环境经历热胀冷缩,导致焊带和电池片焊接脱焊使组件失效甚至报废。光伏组件恶劣气候破坏是指因光照(如紫外光强度)、气候现象(如长时间降水、大风、沙尘、冰電、积雪等),导致组件损坏及报废。2.1.2光伏组件的寿命业内普遍认为晶硅光伏电池的平均使用寿命是2 530 年,非晶硅光伏电池的寿命也在15年以上,其他材料的光伏电池寿
8、命为2 0 30 年。2021年2 月2 3日工业和信息化部公告2 0 2 1年第5号发布的光伏制造行业规范条件(2 0 2 1年本)规定,“组件功率质保期不低于2 5年,工艺及材料质保期不少于10 年”2022年4月1日起实施的国家标准GB55015一2021建筑节能与可再生能源利用通用规范中规定:“太阳能光伏发电系统中的光伏组件设计寿命应高于2 5年,系统中的多晶硅、单晶硅、薄膜电池组件自系统运行之日起,一年内的衰减率应分别低于2.5%、3%、5%,之后每年衰减应低于0.7%”装机容量945.69308.52178.70123.0078.4160.4059.6626.0422.5921.5
9、518.5017.40研究与综述2023年1月1日起生效的尚德太阳能光伏组具有2 5年的性能保证,双玻组件30 年的性能保件有限质量保证中承诺:尚德太阳能光伏组件证。具体数据见表3。表3尚德太阳能光伏组件有限质量保证第2 年第2 5年每年第1年衰减最大平均衰减高效单晶组件2高效单晶双面双玻组件2TOPCon单晶组件1TOPCon单晶双面双玻组件12.2全球及中国废弃光伏组件状况2.2.1全球及中国废弃光伏组件产出情况据初步推算,2 0 2 1年全球废弃光伏组件产出表42 0 10 2 0 2 1年全球及中国废弃光伏组件产出情况2010年全球废弃光伏组件/万t0.29中国废弃光伏组件/万t0.0
10、1中国占世界比例/%3.42.2.2光伏组件主要材料构成情况光伏组件通常由玻璃基板、封装材料、硅晶片(电池片)、背板和金属组成。封装材料一般选用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA),其对玻璃、电池片以及背板均具有良好的粘合性能。300W400平均质量20.13电池片0.84EVA胶片1.67铝边框2.76玻璃13.56其中背板焊带汇流条硅胶+AB胶%第2 年第30 年每年质量保证期结束时功率最大平均衰减输出不低于铭牌额0.5584.80.4584.950.489.40.487.4量约为12.42 万t,中国废弃光伏组件产出量约为2.65万t,约占全球废弃量的2 1.3%。2 0 10 2 0 2
11、1年全球及中国废弃光伏组件产出量如表4所示。2015年2019年3.888.500.421.8210.821.4对近年来的主流光伏组件参数进行简单整理,得出单玻晶硅光伏组件主要材料构成及比例如表5、表6 所示。其中玻璃质量占比最大,约为67.3%,其次是铝边框,占比约为13.7%,再次为EVA胶片占比约为8.3%。表5不同功率光伏组件的主要材料构成400W50023.280.981.943.1515.690.951.100.100.120.020.020.230.282020年10.002.2322.3500W60028.671.202.383.9419.271.350.150.030.352
12、021年12.422.6521.3600W33.461.402.774.6322.471.570.180.030.41kg11全国性建材科技期刊一一玻璃表6 不同功率光伏组件的主要材料构成比例300W400400W500电池片4.17EVA胶片8.30铝边框13.71玻璃67.36背板4.72焊带0.50汇流条0.10硅胶+AB胶1.14合计100.002.3光伏组件的主要回收方法光伏组件中的玻璃基板、硅晶片和背板中的玻璃、硅、铝、银等各组分材料,大部分能够通过回收实现循环再利用。目前,光伏组件的回收方法主要有物理法和化学法两大类,其中物理法又分为机械法和热解法两种;热解法又可分为低温热解法和
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