【光伏组件回收】SE:一种利用绿色试剂EGDA分离光伏组件层的新方法—Rui Min

文摘 2025-01-04 18:30 北京

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.02.024

【作者单位】

中国科学技术大学等

【论文摘要】

随着使用寿命有限的光伏（PV）组件数量显著增加，含有有价值及有害成分的废旧光伏组件的回收已成为一个关键问题。最有价值的资源集中在通过乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）与其他层粘合在一起的太阳能电池上。为了有效回收可用资源和有害成分以实现资源再利用和环境保护，应实现光伏组件中不同层的有效分离。在多种层分离方法中，化学方法因其能耗低而颇具前景。然而，化学方法中使用的大多数分离试剂都是有毒的，如甲苯、1,2-二氯苯和三氯乙烯。本研究提出了一种使用绿色试剂乙二醇二乙酸酯（EGDA，C6H8O4）来完成层分离的新方法。通过X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱（XRF）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱以及扫描电子显微镜/能量散射光谱（SEM/EDS）对不同层的成分进行表征，以探索资源的分布情况。同时，比较了三种不同的层分离方法：使用1,2-二氯苯、使用EGDA以及直接热解。此外，还研究了温度、超声场和固液比对玻璃剥离率的影响。再者，与水相比，EGDA在玻璃上具有更好的润湿性，这意味着EGDA能更容易地渗透到玻璃-EVA间隙中。最后，通过SEM、FTIR和气相色谱-质谱联用（GC–MS）探索了EGDA进行层分离的机理。该过程具有资源可持续性，有望大规模应用。

【实验方法】

分离方法：

提前手动拆除光伏组件的铝框和接线盒。为了解研究中使用的光伏组件各层的特性，从而便于研究层分离，使用金属剪刀从光伏组件上切下了三块约20毫米×20毫米大小的样品。称重后，通过热处理去除了EVA薄膜和背板。分离出其他组件，以便使用电子天平分析硅基太阳能电池主要成分的质量比例。使用乙二醇二乙酸酯（EGDA，沸点：190.9℃）和1,2-二氯苯（沸点：179℃）进行分离实验，以排除试剂沸点差异的影响。为比较两种试剂和直接热解的分离效果，使用金属剪刀切下约20毫米×20毫米大小的光伏组件碎片。然后在100℃、130℃和160℃（固液比：1/15（g/ml），无超声场）的温度下进行实验，目的是研究玻璃剥离率随时间的变化。在温度为130℃且无超声场的条件下，研究了不同固液比（1/15、1/20、1/25）对玻璃剥离率的影响。最后，研究了不同超声功率（300W、600W、900W）对玻璃剥离率的影响。

使用称重法计算玻璃剥离率，即通过电子天平称量分离前后玻璃的质量。光伏组件玻璃的剥离率由公式（1）确定：分离率（%）=（1-Gb/Ga）×100（1），其中，Gb为未分离的光伏组件碎片的质量（每10分钟记录一组数据），Ga为光伏组件碎片的总质量。在切割样品的过程中，玻璃破损是不可避免的。

实验所需的温度由恒温循环装置控制。使用二甲基硅油作为加热介质。超声功率由恒温超声反应器（发生器）和振幅变压器控制。分离实验在夹套玻璃反应器中进行。为减少加热过程中有机试剂的挥发，在分离实验期间使用玻璃表面皿盖住容器的上表面。玻璃分离后剩余的碎片被放入箱式炉中，以去除残留的EVA薄膜和背板，从而获得硅基太阳能电池。

【图文摘取】

【主要结论】

在本文中，乙二醇二乙酸酯（EGDA）因其分子结构与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）的分子结构相似而被选为层分离试剂。EGDA在玻璃上具有良好的润湿性，使其更容易穿透玻璃与EVA薄膜之间的间隙，同时其高沸点也为操作提供了更宽泛的环境。分析了不同层的组成，为层分离研究提供了参考。比较了使用1,2-二氯苯、直接热解和使用EGDA试剂这三种去除玻璃的方法的效果。还研究了温度、超声场和固液比对玻璃剥离速率的影响。结果表明，随着温度的升高和超声功率也能加速玻璃的分离，而固液比对此过程没有影响。最后，提出了一种使用乙二醇二乙酸酯（EGDA）作为分离试剂的光伏组件回收新方法，该方法有望得到大规模应用。

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