废旧晶硅太阳能电池板特性及LCA研究

【摘要】：本研究从废旧晶硅太阳能电池在环境中的浸出毒性以及报废阶段的生命周期评价这两个角度来探索其报废阶段的环境影响。并以浸出毒性的研究结果作为废旧晶硅太阳能电池生命周期评价中废弃处置过程的环境排放输出。采用水平振荡法(HJ/T 557-2010)、醋酸缓冲溶液法(HJ/T 299-2007)、硫酸硝酸法(HJ/T 300-2007)三种不同的浸出方法提取废旧晶硅太阳能电池盖板玻璃和电池片中的重金属,研究了其溶出规律。研究结果发现盖板玻璃中几乎没有重金属浸出,可以当作一般的工业固体废物进行处置。对于电池片浸出效果最明显的是醋酸缓冲溶液法,尤其是Pb的浸出,多晶硅太阳能电池电池片Pb的浸出浓度为33.27 mg/L,超过鉴别标准6.65倍；单晶硅太阳能电池片Pb的浸出浓度为12.56 mg/L,超过鉴别标准2.5倍。水平振荡法和硫酸硝酸法的重金属浸出量基本可以不考虑。根据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007),判定废旧晶硅太阳能电池板中的电池片应归属于危险废物,建议企业和相关管理部门,对于废旧晶硅太阳能电池的电池片以及生产过程中产生的电池片边角废料按照危险废物管理要求进行处理处置。本研究在对生命周期评价理论研究进展追踪以及对晶硅太阳能电池生产发展历程回顾和分析的基础上,运用LCA理论,借助GaBi6.0数据库平台及内置的CML2001方法,通过手工拆解获得晶硅太阳能电池报废阶段的生命周期清单(LCI),并定量评估其生命周期过程环境影响。包括全球变暖潜能(GWP)、酸化潜能(AP)、富营养化潜能(EP)、人类毒性潜力潜能(HTP)、不可再生资源消耗潜能(ADP)、光化学氧化潜能(POCP)、和地球生态毒性(TETP)、淡水水生生态毒性潜能(FAETP)、海水水生生态毒性潜能(MAETP)十种环境影响类型。结果表明,在每一种环境影响类型中,报废阶段拆解过程中的能源消耗占最大的比例,其他组成部件采取回收或焚烧的方式会在一定程度上抵消其环境影响。考虑到要降低晶硅太阳能电池报废阶段的环境影响,应当探索一种低能耗的拆解方法,重视回收利用的方式。 【关键词】：晶硅太阳能电池 拆解 浸出毒性 GaBi6.0 生命周期影响评价
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 引言15
• 1.2 研究背景15-18
• 1.2.1 晶硅太阳能电池市场走势15-17
• 1.2.2 晶硅太阳能电池回收利用现状17-18
• 1.3 研究目的及意义18-19
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究的意义19
• 1.4 研究的主要内容19-20
• 1.5 拟解决的关键问题20
• 1.6 创新点20
• 1.7 可行性分析20-21
• 1.8 研究技术路线21-23
• 第二章 废旧晶硅太阳能电池组件特性研究23-37
• 2.1 晶硅太阳能电池工作原理23
• 2.2 晶硅太阳能电池的基本结构23-28
• 2.2.1 晶硅太阳能电池制造工艺简介24-27
• 2.2.2 晶硅太阳能电池封装胶膜简介27
• 2.2.3 晶硅太阳能电池背板材料简介27
• 2.2.4 晶硅太阳能电池其他组成部分简介27-28
• 2.3 废旧晶硅太阳能电池拆解方法探索28-29
• 2.3.1 干法拆解29
• 2.3.2 湿法拆解29
• 2.4 实验部分29-32
• 2.4.1 样品来源29
• 2.4.2 实验仪器29-30
• 2.4.3 实验药剂30
• 2.4.4 实验样品获取步骤30-32
• 2.5 结果与讨论32-36
• 2.5.1 单晶硅太阳能电池拆解结果分析32-34
• 2.5.2 多晶硅太阳能电池拆解结果分析34-35
• 2.5.3 浸泡实验结果分析35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 废旧晶硅太阳能电池组件浸出特性研究37-50
• 3.1 实验材料与方法37-40
• 3.1.1 实验样品37
• 3.1.2 实验仪器37
• 3.1.3 实验试剂37
• 3.1.4 浸提方法37-40
• 3.2 盖板玻璃不同浸提方法下重金属溶出量40-44
• 3.2.1 水平振荡浸提法40-41
• 3.2.2 硫酸硝酸浸提法41
• 3.2.3 醋酸缓冲溶液浸提法41-43
• 3.2.4 不同浸提方法浸提量的比较43-44
• 3.3 电池片不同浸提方法下重金属溶出量44-49
• 3.3.1 水平振荡浸提法44-45
• 3.3.2 硫酸硝酸浸提法45-46
• 3.3.3 醋酸缓冲溶液浸提法46-47
• 3.3.4 不同浸提方法浸提量的比较47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 废旧晶硅太阳能电池回收阶段的LCA研究50-78
• 4.1 概述50-53
• 4.1.1 生命周期评价发展现状50-51
• 4.1.2 生命周期评价在晶硅太阳能电池回收阶段的应用现状51-53
• 4.2 研究方法和内容53-56
• 4.2.1 GaBi软件介绍53-55
• 4.2.2 研究方法55-56
• 4.3 目标和范围的界定56-57
• 4.4 系统边界的确定57
• 4.5 生命周期清单分析57-63
• 4.5.1 报废晶硅太阳能电池的回收处理57-60
• 4.5.2 建立分析模型60-63
• 4.6 晶硅太阳能电池回收报废阶段影响评价63-76
• 4.6.1 全球变暖潜能(Global Warming Potential,GWP)63-65
• 4.6.2 酸化潜能(Acidification Potential,AP)65-66
• 4.6.3 富营养化潜能(Eutrophication Potential,EP)66-67
• 4.6.4 人体毒性潜能(Human Toxicity Potential,HTP)67-68
• 4.6.5 臭氧层消耗潜能(Ozone Layer Depletion Potential,ODP)68-70
• 4.6.6 光化学氧化潜能(Photochemical Ozone Creation Potential,POCP)70-71
• 4.6.7 不可再生资源耗竭潜能(Abiotic Depletion of fossil,ADP)71-73
• 4.6.8 地球生态毒性(Terrestric Eco-toxicity Potential,TETP)73-74
• 4.6.9 淡水水生生态毒性(Freshwater Aquatic Eco-toxicity Pot,FAETP)74-75
• 4.6.10 海水水生生态毒性潜能(Marine Aquatic Eco-toxicity,MAETP)75-76
• 4.7 本章小结76-78
• 第五章 主要结论与展望78-80
• 5.1 主要结论78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间的学术成果84-86
• 致谢86

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