如何高效回收太阳能光伏板

Energist 能源学人

【内容概要】

据国家能源局2021年一季度新闻发布会消息：2020年我国光伏发电新增装机4820万千瓦。截止2020年底，全国光伏发电累计装机达到253GW，同比增长23.5%。同时在全球范围内，已安装的系统数量将进一步增加。虽然光伏的普及被视为转向可再生能源的一个重要方案，但在大量光伏到达使用寿命时如何处理它们会是一个挑战性课题。早在2016年，促进清洁能源的跨多国政府组织国际可再生能源署(International Renewable Energy Agency)的一份报告就发出了警报。根据该机构的说法，考虑到光伏的使用寿命正好是25-30年，未来几年将需要拆除21世纪初安装的光伏板。

光伏回收通常要通过粉碎组件，以逐渐减小其尺寸，从而分离可回收的材料 - 这是一个耗费能源和金钱的工业过程。来自意大利卢卡高等研究学院的研究人员正在研究一种更高效地回收光伏电池板的替代方法。对此2022年国际期刊《Engineering Fracture Mechanics》发表了题为“A humidity dose-CZM formulation to simulate new end-of-life recycling methods for photovoltaic laminates“的研究工作。

【内容详情】

1. 剥离分层

相关研究人员最近发表的这项研究强调了另一种技术的优势，即所谓的剥离技术，它涉及到光伏组件地分离。光伏回收的复杂性实际上取决于太阳能板模块的组成，通常由不同的材料构成：表面是一层钢化玻璃，将太阳能转化为电能的硅太阳能电池，，以及后面的背板。太阳能电池的两面还涂有一层额外的涂层，通常由j胶膜(乙烯-乙烯-醋酸酯或EVA)组成，它将不同的组件连接在一起，并保护它们不受外部环境条件的影响。如图1所示

图表 1 光伏模块结构示意图

2. 数值仿真

研究人员开发了一种数值模拟方法，可以计算考虑一定环境条件下剥离过程所需的能量。根据模拟，使用这种技术所需的能量甚至比粉碎光伏组件所需的能量少大约一百倍。为了得出这一结果，研究人员首先用一种新方法计算了由于湿度及温度使层合在一起的强度如何下降。因此，他们能够看到黏附强度随着湿度、温度以及暴露在这些外部介质中的时间的增加而减小。“这个模型让我们能够预测光伏组件的材料行为。通过这种方式，我们可以虚拟地设计新的回收方法，而不需要进行昂贵的实验“，该研究的作者解释道。例如，对于在温暖潮湿地区即将达到使用寿命的光伏板，剥离应该更加容易，只需要用很少的能量来分离。事实上，在这种环境条件下，EVA聚合物的粘合性能随着时间的推移会更快地退化。数值模拟清楚地表明，剥离崭新的光伏产品非常困难，因此到目前为止这种方法还没有在回收阶段引入，但EVA层在使用25-30年后的化学-物理降解会大大减小剥离的困难程度。

3. 太阳能光伏的未来

光伏组件的高效回收能够显著减少全球碳排放和能源消耗。研究者指出:“到目前为止，很多注意力都放在了环保光伏组件的生产上，但专注于组件回收处理的努力仍然有限。”“回收不仅可以有效防止光伏产品中的有毒有害物质进入地下水和土壤，从而对环境产生负面的生物化学影响，而且还可以保护银、锗、镉等有价值的金属材料，以及硅片等纯能源密集型材料。”因此，从这个角度来看，光伏的回收可以在全国产生一个新的产业链，因为我国是世界上的光伏大国，而光伏组件在其寿命结束时必须进行翻新和回收。

研究人员提出的数学模拟方法为老化光伏剥离回收的新研究铺平了道路。例如，未来的研究可能考虑在动态环境条件下剥离所需的能量，考虑到每日和季节性的温差。一般来说，当以可持续的方式回收大量产品的前景出现时(不久就会出现)，像上述建议的方法可能对市场很有用。

Liu, Z., Reinoso, J. and Paggi, M., A humidity dose-CZM formulation to simulate new end-of-life recycling methods for photovoltaic laminates. Engineering Fracture Mechanics, 2022.

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.108125

新型“离子困水”电解质，让水在锌空电池中稳定发挥性能

2023-01-07