為了減少全球變暖的影響,世界上許多國家已經開發(fā)并使用可再生能源來減少溫室氣體排放。在這方面,歐洲聯盟(EU)發(fā)揮了帶頭作用,到2020年將碳排放降低20%,這是大多數發(fā)達國家都追求的高目標。采取的眾多選擇之一是用太陽能替代化石燃料??梢酝ㄟ^通過熱質或光伏(PV)設備捕獲太陽能來產生電(Desideri等,2013)。根據美國能源部提交的白皮書(美國能源部,2010年),光伏技術在過去十年中已有顯著進步,大大降低了太陽能電池的制造成本,從1990年代后期的8美元/瓦降低到了8美元/瓦。美國的公用事業(yè)規(guī)模系統的價格在2010年將低于$3.50/W。歐洲($5.00/W),中國($4.42/W)和日本($5.02/W)的安裝成本與美國的公用事業(yè)規(guī)模項目的安裝成本相當,盡管對于小型住宅應用而言,安裝成本通常更高(Branker等,2011)。根據Razykov等。(2011年),光伏發(fā)電市場目前以并網住宅系統為主(>40%)。模塊價格在$3.0–4.5/peakwatt范圍內(系統價格在$5–7/W)。美國能源部預測,到2015年,太陽能的成本將降低至公用事業(yè)0.06美元/千瓦時,商業(yè)0.08美元/千瓦時,住宅應用0.10美元/千瓦時(Razykov等人,2011年)。這應該鼓勵其他許多國家通過太陽能發(fā)電來補充其能源需求(Dincer,2011;Solangi等,2011;Wang和Qiu,2009;Tour等,2011;Liou,2010)。歐洲光伏工業(yè)協會(EPIA)預測,到2040年,光伏能源可能占世界電力需求的14%(Marwede和Reller,2012年)。
業(yè)界已經認識到影響光伏組件回收的兩個主要因素。由于Cd,Pb等的污染,廢物和舊模塊的產生(歐盟自2012年起將其分類為WEEE,必須由供應商在報廢時收集)導致了環(huán)境問題。潛在的原材料短缺也引起了業(yè)界的廣泛關注。據專家稱,由于產生的廢物量仍然太小而無法在經濟上進行回收,因此目前無法回收光伏組件。但是,根據歐洲光伏組件回收協會(PVCycle,2011年),到2030年,光伏組件產生的廢物預計將超過13萬噸,這對于其回收而言是可持續(xù)的水平。
硅基太陽能電池板回收
硅基光伏面板的回收過程始于拆卸實際產品以分離鋁和玻璃部件。幾乎所有(95%)的玻璃都可以重復使用,而所有外部金屬零件都用于重新模制電池框架。其余材料在熱處理單元中于500°C進行處理,以簡化電池元件之間的結合。由于的熱量,封裝的塑料會蒸發(fā),從而使硅電池隨時可以進行進一步處理。支撐技術可確保甚至不浪費這種塑料,因此可將其重新用作熱源以進行進一步的熱處理。
熱處理后,將綠色硬件物理分離。其中的80%可以很容易地重復使用,而其余的則可以進一步完善。硅顆粒(稱為晶圓)會被酸腐蝕掉。破碎的晶圓將融化以再次用于制造新的硅模塊,從而使硅材料的回收率達到了85%。
太陽能電池板包含許多有價值的元素,有可能在未來的面板中重新使用。例如,稀土元素(例如鎵和銦)通常用于太陽能電池板的光伏電池中,而銅線和硅則用于電池板的布線中。銀也是一種可回收的金屬。重要的是,這些元素通常是通過采礦生產的,這是昂貴的,并且隨著地球上這些元素的供應進一步枯竭,價格會變得更高。
但是,回收太陽能電池板并不是一個簡單的過程,因為許多有價值的元素分布在整個電池板上并與其他組件結合在一起。目前,將太陽能電池板拆開以回收稀土元素,銅,硅,玻璃和其他零件,需要耗費大量人力且昂貴的過程。硅基光伏面板需要刮掉硅片然后融化,而薄膜光伏面板則需要用酸清洗以去除薄膜。
盡管如此,太陽能電池板還是可以回收利用的,大部分來自電池板的材料都可以重復使用。隨著太陽能電池板安裝數量的增加,回收材料對環(huán)境的重要性將越來越高,隨著行業(yè)規(guī)模的擴大,其回收成本也將降低。