晶硅光伏组件回收技术现状研究

庄虎梁

摘要：随着碳达峰和碳中和目标的明确提出，光伏产业迅速发展，成为绿色能源领域的一大亮点。光伏组件不仅蕴含丰富的可再生材料，如玻璃、铝和硅等，还包含诸如铟、镓这类珍贵的稀有材料。随着光伏产业原材料成本的不断攀升和市场对光伏组件的旺盛需求，合理高效的回收机制不仅可以减少资源的浪费，还能在一定程度上缓解原材料供应的压力，实现经济与环保的双赢。因此，本文将对晶硅光伏组件回收技术现状与发展趋势进行探讨。

关键词：晶硅光伏组件；回收技术；现状

前言：随着光伏产业的蓬勃发展，退役光伏组件的回收工作已经成为一个不容忽视的问题。通过政策引导、技术创新、公众参与和企业责任的多方面努力，构建一个高效、可持续的光伏组件回收体系，不仅可以最大程度地减少环境污染和资源浪费，还能推动光伏产业健康可持续发展，为实现绿色低碳的能源转型目标贡献力量。

一、晶硅光伏组件结构

在当今的光伏产业中，晶硅光伏组件以其出色的能量转换效率和技术的成熟稳定特性，占据了市场的主导地位，市场份额达到惊人的85%以上。这种组件是由边框、加强玻璃、封装材料以及太阳能电池片精密组装而成的，其制作过程涉及高度精细的工艺，将各个部分整合成最终的光伏产品。市场上，光伏组件的边框主要采用铝合金和不锈钢材质。这些材料不仅确保了光伏组件的结构稳定性，还提升了其机械强度和密封能力，极大地延长了使用寿命，同时也便于安装和运输。至于组件的封装玻璃，则主要选择低铁钢化压花玻璃，这种玻璃不光能有效地反射波长超过1200纳米的红外线，还具备出色的透光性能和防冲击、抗腐蚀性能。
    光伏组件的封装过程中，通常采用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）作为封装材料，对电池片进行封装并贴合其余部分。这一重要步骤不仅确保了光伏组件的结构牢固，还进一步提高了其透光率，从而优化了光伏组件的整体性能。至于光伏组件的核心—电池片，主要可分为单晶硅与多晶硅两大类。电池片的表层覆有导电银浆，作为正极使用，并涂有一层氮化硅薄膜以降低光的反射损失，背面则涂覆以铝浆构成背电极。这些电池片通过汇流带互相连接，最终装配成为一体的光伏组件，完成了从太阳光到电能的转换生力军的角色。

二、晶硅光伏组件回收技术发展现状

（一）物理回收

通过物理手段处理光伏组件是一种以机械操作为主的回收方式。首先，通过拆卸光伏板的金属边框和接线盒，接着对这些组件进行切割和破碎，这一步骤旨在将焊带和玻璃等不同材料分离开来。随后，运用破碎机对材料进行进一步粉碎处理，经过一系列破碎后，借助静电分离等技术，实现金属、硅片等材料的分拣。在这一系列过程之后，采用湿法冶金技术对这些分离出来的金属材料进行回收，以达到资源循环利用的目的。这种物理处理方法的核心在于通过机械分解和物理分离技术，对光伏组件进行彻底的分解和细致的分类。在整个处理流程中，将组件中的有价值材料如金属和硅片进行有效回收，同时确保其他组成部分如玻璃颗粒也得到合理利用[2]。物理方法作为一种光伏回收技术，优点在于过程简便、效率较高，且在大多数情况下能够实现材料的再利用，减少了光伏废弃物对环境的潜在影响。此外，物理方法在处理光伏组件时，避免了化学方法可能带来的环境污染问题，是一种更为环保的选择。因此，将物理方法应用于光伏组件的回收处理不仅有助于有效回收宝贵的金属等原材料，也符合可持续发展和环保的要求。通过不断优化物理方法中的技术和设备，提高分离效率和回收率，可以进一步推动光伏材料回收工作的深入进行。这对于光伏产业的可持续发展具有重要意义，既能减少对原初资源的依赖，又能降低产业运行过程中的环境风险，对实现绿色能源的可持续利用具有积极作用。

（二）热回收

热回收技术主要利用加热手段，让光伏组件中的封装材料EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）达到软化或分解的状态，从而实现光伏组件中玻璃和电池片的有效分离。采用热回收法的明显优点在于，这一方法能够实现高效率的玻烈和电池回收，保证了回收材料的完整性和纯度，从而达到较高的回收效率。然而，这种方法也存在不小的缺陷[3]。首先，热回收过程中的能源消耗较大，这增加了回收成本。其次，整个回收流程相对复杂，操作过程中会产生废气，对环境造成一定程度的影响。此外，经过热回收处理后，仍会有一定量的EVA残留，这对进一步的材料利用和环境保护构成了挑战。因此，尽管热回收技术在光伏组件回收领域展现出了其独特的优势，如高回收完整率和材料纯度，但其高能耗、操作复杂性以及伴随的环境污染问题也是不容忽视的。在实际应用中，需要对这种回收技术的利弊进行综合考量，探索和实践更为高效、环保的回收方案，以促进光伏产业的可持续发展。

（三）化学回收

化学回收技术在光伏行业内正成为一项关键技术，其基本原理是利用特定的无机酸或有机酸在一定温度环境下处理EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物），从而实现电池片与玻璃的分离。此过程不仅涉及EVA的溶解或溶胀，而且后续还需通过化学手段，如使用硝酸、氢氧化钾或者氢氧化钠等，来分离并回收电池片上的铝、铜、银等贵重材料

[4]。中国在光伏组件回收技术方面起步较晚，虽然目前只有少数企业在积极进行相关的研究与开发，并已在一定程度上实现技术突破和规模化应用，但整体来看，当前的回收技术还面临很多挑战。最主要的问题包括回收效率不高、处理成本相对较大，以及在回收过程中可能产生的废气和废水对环境造成二次污染等。因此，如何在确保低碳环保的同时，实现光伏组件的高效全面回收，成为当前光伏回收领域的一大难题。
    与国内的情况相比，国际上许多研究机构和企业已经开始探索通过整合传统方法来提升光伏组件的回收利用率。这种综合性的回收策略不仅能有效提高回收效率，同时也在努力降低操作过程中的环境风险，以期达到更为绿色和可持续的回收处理方法。此背景下，发展高效环保的化学回收技术成为行业内的一个重要目标。为此，企业和研究机构正在加大研发投入，探索更为先进的化学处理流程，比如寻找更为环保的化学试剂，优化溶解和溶胀过程，以及提高后续金属回收过程的选择性和效率。这些努力旨在最小化化学回收过程中的资源消耗和环境影响，实现光伏组件材料的最大价值回收和再利用。
    除技术创新外，解决光伏组件回收过程中的环境问题也非常关键。这意味着必须通过技术改进和工艺优化，减少在化学处理过程中的废气和废水排放，比如通过闭环循环系统和废物处理技术的应用，来实现排放的净化和资源的回收利用，进而减轻对生态环境的影响。从长期角度看，光伏组件的高效回收还需要建立起一套完整的回收系统和政策支持框架，包括但不限于光伏组件的回收标准化、回收网络构建、经济激励机制等，以便形成一个既经济又环保的光伏组件回收体系。随着技术的不断进步和环保意识的提高，光伏组件的化学回收方法正逐步向着更为高效、环保的方向发展。无论是通过化学处理技术的创新，还是通过综合回收策略和系统构建的完善，行业正共同努力克服当前的挑战，以实现光伏组件回收的最大化利用和环保化。未来，随着更多先进技术的应用和环保标准的制定，光伏组件回收领域将会更加成熟和规范，为光伏产业的可持续发展贡献力量。

三、晶硅光伏组件回收技术发展趋势探索

随着国家能源战略的持续发展，光伏产业作为绿色能源的重要组成部分，其科技创新和可持续发展能力受到高度重视。国家能源局与科技部日前联手发布《“十四五”能源领域科技创新规划》，强调了光伏组件回收与再利用技术的重要性。规划的核心在于，通过开发基于物理和化学的方法，实现一种既低成本又环保的拆解技术，目的是有效分离光伏组件中的贵重金属，如银和铜，并为光伏组件的环保处理技术及其新型材料和结构提供实验平台。鉴于当前光伏组件回收技术的发展状况，创新的方向需从低成本化、绿色化、高效化三个维度着手。首当其冲的是成本的考量，降低成本是实现经济效益最大化的核心。现阶段，光伏组件回收尚缺乏成熟的产业链，这导致在拆卸、运输和拆解等环节的成本依然高昂。因此，对于从事光伏回收的企业而言，一个有效的策略是在光伏电站集中的区域建立工厂，以达到近距离处理的目的，这样可以大大降低不必要的物流费用。再者，为了形成产业链的闭环，开发新型的资源化回收技术和模式，以及更新的处理技术和设备，对于减少整体成本也具有至关重要的作用。
    光伏组件回收作为光伏产业链的重要环节，其在整个绿色产业链中担任着至关重要的角色。在推动绿色发展的道路上，必须全面考量光伏回收过程中可能遇到的挑战，包括避免废气和废水等可能引起的二次环境污染问题，同时也不可忽视该过程中的碳排放量。通过对环保型化学试剂的深入研究和应用，我们可以在不牺牲回收效率的前提下，有效减轻对环境的影响，并降低碳的排放，从而确保光伏回收活动的环境友好性。此外，为了加速提高光伏组件的回收效率及回收材料的再利用率，并进一步促进回收行业经济效益的提升，当前亟须对现有的回收技术进行彻底的刷新和创新。目前，主流的回收技术多依赖单一处理流程，存在效率低下的问题。开发针对废弃光伏组件的综合处理技术，不但能够提升回收效率，更是光伏组件回收向高效化迈进的关键。通过整合不同科技创新，构建综合性强、操作简便的回收处理流程，能够实现对光伏组件中有价值金属的高效回收，进一步提升整个光伏产业的资源循环使用率。光伏组件回收技术的发展不只是技术层面的挑战，更关系到资源循环利用、环境保护及产业可持续发展等多个方面[5]。通过在低成本化、绿色化和高效化方面的持续努力和创新，可以显著推动光伏产业链的优化升级，为我国乃至全球的绿色能源发展贡献重要力量。随着技术的不断进步和政策的有力支持，未来光伏组件的回收处理与再利用将迎来新的发展机遇，为构建绿色、低碳、循环的能源经济体系作出更大贡献。

结语：光伏产业的迅猛扩展已经将组件的回收与再利用推到了紧迫的地位，国家将这一议题纳入了“十三五科技规划”的重点研究范畴，标志着组件回收利用技术的发展成为了国家级的重要任务。作为全球装机容量最大的国家，中国亟需加速光伏组件回收技术的研发进程，推动该技术的前进。以下是进一步的具体建议：目前，国内在该领域的技术研究还处于初级阶段，与国际技术水平存在差距。因此，紧迫的任务是加强与国际上在此领域技术较为成熟，如德国、法国、日本等国家和研究机构的合作与交流，加速技术的国际化交流及本土化研发，为我国光伏组件回收利用技术的发展奠定坚实的基础。尽管在关键的组件分离技术领域已经实现了突破，但现阶段的方法普遍存在能耗高、回收效率不高和关键设备尚待完善等问题。未来的工作重点是快速推进实验室建设，深化组件回收相关的实验研究工作，努力减少能耗，提高回收效率，打造出能够实现产业化的技术方案。通过这些策略的实施，企业可以期待国内光伏组件回收利用技术不仅能够达到国际先进水平，更能在提升国家光伏产业可持续发展水平中发挥关键作用。

参考文献：

[1]魏晓旭,王珊,高德东,等.低温条件下废旧晶硅光伏组件破碎实验研究[J].青海大学学报,2024,42(01):17-23+49.

[2]张晟郅,张承龙,王瑞雪,等.退役晶硅光伏组件接线盒和边框自动化拆解设备设计[J].有色金属(冶炼部分),2024,(01):98-105.

[3]廖源泉,丁杏,谢振勇.废弃光伏组件自动化回收的工艺路线研究[J].有色设备,2023,37(06):12-15.

[4]李旭东,刘丁璞,焦福强,等.晶硅光伏组件回收技术现状研究及展望[J].再生资源与循环经济,2023,16(06):40-43.

[5]郑璐,马昀锋,杨紫琪,等.晶硅光伏组件回收技术发展现状及展望[J].电源技术,2020,44(05):778-780.

课题基金：1、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金（产业前瞻与关键核心技术攻关-竞争项目）（项目编号：BE2022044）：退役光伏组件低碳拆解及高值化利用关键技术研发

2、2022年产业技术基础公共服务平台项目（项目编号：2022-227-218）：面向智能光伏的组件回收技术标准、碳足迹核算验证与成果产业化公共服务平台