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太陽能板回收技術

林姿伶/ 發布日期:2020/05/21/ 瀏覽次數:134

一、    前言

太陽能是目前全球使用第三大的可再生能源,僅次於水力、風能,且太陽能產生的碳排放量較低,具安全、高效率之特點,因此,前景備受看好。太陽能板的平均面板壽命為25年,再過15年,將有約3.5千萬塊太陽能板的壽命終止,若是處理不當,恐將造成環境污染。

二、市場概況

依據Energy Strategy Reviews期刊文獻推估,在2017年,全球太陽能裝置容量約為400 GW,前三大國家分別為中國、美國、日本(如圖1所示);然而,在2050年,全球太陽能裝置容量將達到4500 GW,估計全球太陽能板之廢料將達到7.8千萬噸。

 

三、回收處理方法

太陽能板的結構組件包含框架、電池、背板、保護膜、導體、玻璃蓋,其中的框架、電池、導體分別由鋁材料、矽材料、銅材料製造,而背板與薄膜則是由聚合物或塑料基材製造。當太陽能板使用壽命結束時,為了防止組件中的有害化學物質滲入地下,導致水污染,因此,研究人員開發出下列太陽能板回收方法(回收流程如圖2所示)。

(一)物理性分離:手動拆卸太陽能板的鋁框架、接線盒、嵌入式電纜,各別進行切割、壓碎,以及檢查分類,分離出鋁、銅、玻璃、矽、塑料。而回收的電池零組件,可用於太陽能板外部接線盒與太陽能電池元件的更換,以修復的方 式協助老舊太陽能板增加輸出功率。
(二)熱處理:研究人員使用管狀高溫爐(high temperature lenton tubular furnace)來加熱,通入不同比例的氮氣、氧氣混合物,去除塑料基材,回收多晶矽材料,於過程中,碳排放量低,兼顧技術與環境目標,另有研究人員成功地將回收的晶片用於製造太陽能板,並發現電池效率與原始產品的效率相似;另外,亦有研究人員使用機械,在將玻璃壓碎至小於1公厘的過程中,並逐步提高加熱溫度與加熱速率,回收玻璃及金屬液體混合物,其中,矽晶太陽能板與碲化鎘(CdTe)太陽能板的玻璃回收率可達到91%;還有,研究人員使用熱裂解方法,去除不需要的塑料,並將玻璃與模組分離,再使用篩子對金屬顆粒進行分離與分級,其中鋁、銀、銅、錫、矽的回收率超過95%。
(三)化學處理:在去除EVA塑料方面,研究人員使用不同類型的有機溶劑,去除至太陽能板上的EVA塑料,留下太陽能板的其他零組件,亦有研究人員加入超音波的輔助處理,加速EVA塑料的溶解速度,目的皆為讓太陽能矽晶基板回收後,可有效地再被使用。另外,在回收金屬方面,研究人員將已經過熱處理之電路板,再使用酸浸泡,讓金屬的溶解更快速、有效,以回收銅和錫;另有研究人員在硫酸鹽溶液的混和金屬,使用不同類型的離子交換樹脂,於不同的時段分離出鎘(Cd)金屬與碲(Te)金屬,其金屬回收率達到90%以上,再透過加入碳酸鈉、硫化鈉,使碲(Te)回收率高達95%至97%;還有研究人員,將銅銦鎵硒(CIGS)材料透過電解反應,以及氧化、蒸餾的方式,得到銅(Cu)金屬、硒(Se)金屬、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(InO)混合物。

在上述的太陽能板回收過程中,於物理或機械的製程,會產生大量的玻璃灰塵,並成為噪音污染的來源,亦或在熱處理或化學處理中,會產生大量難以處理的有機熔融廢料,仍待研究人員持續研發與創新,改善問題,提升太陽能板回收技術的競爭優勢。

四、未來展望

太陽能板的報廢與回收已成為全球極為重視之環境議題,目前,歐盟國家已訂定歐盟WEEE環保指令,嚴格管控廢棄電子產品,提供太陽能板的處置準則,而韓國、日本、澳洲等國家亦跟進,未來,期望透過更多國家的加入,訂定嚴格的法令標準,再加上太陽能板回收技術持續的成長進步,進而減少廢棄物,落實循環經濟,讓太陽能邁向永續的再生能源發展。

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