光伏发电现状及退役组件回收研究进展学术报告

本文由李尚杰（河海大学电气与动力工程学院）、葛立超（河海大学，通信作者）、姚磊、冯红翠（南京工业职业技术大学）、刘炎泉（南京工程学院）、刘惠文、汪洋、许昌共同完成，发表于《洁净煤技术》（ISSN 1006-6772，CN 11-3676/TD），网络首发日期为2025年9月1日。文章聚焦全球能源转型背景下光伏组件的规模化退役问题，系统综述了晶体硅光伏组件的回收技术进展，重点探讨了EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物，ethylene vinyl acetate）胶膜去除方法与贵金属提取工艺，旨在为行业提供绿色回收解决方案。

学术背景与研究目标

光伏发电作为太阳能利用的核心形式，近年来装机量爆发式增长。中国2024年光伏发电量达8340亿千瓦时，占全国总发电量的8.9%。然而，光伏组件寿命约25年，早期安装的组件即将集中退役，预计2050年中国将成为全球退役组件最多的国家之一。退役组件若直接填埋或焚烧，其中的铅（Pb）、镉（Cd）等有毒金属将污染环境，而硅（Si）、银（Ag）、铝（Al）等材料具有显著回收价值。当前，欧盟已通过《废弃电子电气设备指令》强制回收，中国亦发布《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》（2023年），但技术层面仍面临EVA胶膜粘结难、含氟背板处理复杂等挑战。本文旨在对比物理、热、化学分层技术的优劣，提出高效节能的回收流程，推动光伏行业可持续发展。

核心内容与论据

1. 光伏组件结构与回收必要性

晶体硅组件占全球市场90%以上，其层状结构包括玻璃、EVA胶膜、电池片、背板（含氟或无氟）、铝框架等。EVA胶膜作为粘结层，透光率超90%，但降解后发黄降低效率。组件退役后，1吨材料含玻璃（75%-80%）、铝（8%-13%）、硅（3%-4%）及贵金属（如焊带中的银），总价值约3300-5000元。直接填埋会导致重金属渗漏，而回收可减少原材料开采压力（如2040年铜需求预计增长3倍）。

2. 回收技术分类与对比

（1）物理分层
- 切割法：加热至200℃的“热刀”切割EVA，40秒内分离玻璃（日本NPC公司技术），但难以规模化。
- 破碎法：双叶片转子破碎机可回收80%玻璃（Granata et al.），但金属富集率低（仅30% Ag）。
- 高压脉冲破碎：通过界面薄弱点选择性破碎，300次脉冲后铜（Cu）富集率达99%，银（Ag）达60%（Nevala et al.）。

（2）热分层
- 两步法：先210℃软化EVA剥离含氟背板，再500℃氮气（N₂）热解1小时，EVA去除率超99%（Wang et al.）。热解气体产物主要为乙酸（300-400℃）和烯烃（＞410℃）。
- 燃烧法：600℃氧化气氛燃烧30分钟能耗更低（Riech et al.），但含氟背板需预先机械铣削以避免有毒气体（Fiandra et al.）。

（3）化学分层
- 有机溶剂法：三氯乙烯（C₂HCl₃）80℃浸泡7-10天可完整回收电池（Doi et al.）；甲苯辅以超声波（200W）60分钟内溶解EVA（Azeumo et al.）。
- 无机溶剂法：氢氧化钾-乙醇溶液200℃处理3小时，硅片氧化程度更低（Yan et al.）。

技术对比：物理法成本低但回收率不均；热法EVA去除彻底但能耗高；化学法效率高但溶剂毒性需控制。

3. 材料回收流程

• 拆卸：机械自动化拆除铝框架和接线盒（40秒/组件）。
  
• 分层：优先热解或化学法处理含氟背板，再通过湿法冶金（如酸浸）提取硅片和银（回收率＞89.41%）。
  
• 分选：静电分离、重介质分选进一步提纯材料。
  

研究价值与创新点

1. 系统性综述：首次整合拆卸、分层、分选、提取全流程，提出“先背板后EVA”的分步处理策略。
   
2. 技术优化：对比不同分层方法的能耗与回收率，指出高压脉冲破碎对金属富集的优势，及微波辅助化学法的时效性（2小时 vs 传统7天）。
   
3. 环保导向：强调含氟背板预处理必要性，推荐KOH-乙醇溶液等低毒替代溶剂。
   

行业意义

本文为光伏组件回收提供了标准化技术路线，助力实现《巴黎协定》减排目标。建议政策层面完善全国性回收法规，企业联合开发低成本分层装备，推动“光伏-回收”产业链闭环。未来需探索钙钛矿组件回收及EVA降解催化技术，以应对下一代光伏材料挑战。

（注：全文基于假设的2050年退役数据及2023年技术经济性分析，实际应用需结合实时政策与技术进步。）