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科技專案成果

為退休太陽能板找出路 易拆解模組回收率全球第一
發佈日期:2022-10-28
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2021
簡介:
在經濟部技術處科技專案支持下,工研院成功開發易拆解太陽能模組設計,可完整拆解玻璃面板和電池片,回收率創全球第一,打造太陽能板除役後的新商機。

特色:

工研院 ▶ 開發全循環易拆解太陽能光電模組

* 技術特色 
以全新複合型封裝膜材料,替代傳統熱固型封裝膜,打造易拆解的太陽能板模組,完整回收率創全球第一。

* 產業擴散  
每百萬瓩(GW)太陽能模組,估計可創造24億元的再生材料價值,技術移轉材料大廠三芳化學,並串聯聯合再生能源、元晶等模組廠開發太陽能板。

工研院研發全循環之太陽能光電模組,採用創新複合膜材,讓太陽能板各層材料容易分離,大幅提升回收價值。

▲ 工研院研發全循環之太陽能光電模組,採用創新複合膜材,讓太陽能板各層材料容易分離,大幅提升回收價值。
 

屋頂上一片片太陽能板,扮演綠電來源的重要角色。呼應淨零減碳趨勢,近年各國大力推動太陽光電,連帶讓太陽能板在未來除役後的大量回收問題浮上檯面,預估至2050年,全球將累積1億噸的太陽能模組廢棄垃圾,造成環境莫大衝擊。

在經濟部技術處科技專案支持下,工研院成功開發易拆解太陽能模組設計,可完整拆解玻璃面板和電池片,回收率創全球第一,打造太陽能板除役後的新商機。

開發全新複合型材料 替代傳統封裝膜

工研院材化所副組長曹申指出,為了抵擋長期戶外日曬雨淋,太陽能板傳統封裝方式需將各層材料緊密膠合,卻也導致太陽能板在廢棄回收時,難以順利分離。回收業者大多只取最容易分離的外圍鋁框,其餘皆打碎處理,裡頭最有價的材料-電池晶片的矽跟銀,無法完整取出,導致回收價值驟降。

造成太陽能板回收障礙的關鍵,就在於膠合的封裝膜。工研院材化所研究員劉怡君表示,太陽能板共有五層結構,分別是玻璃、上封裝膜、電池晶片、下封裝膜和背板,傳統封裝使用熱固型材料EVA,將各層緊密封合,但熱固型材料具有高交聯性,「高分子鏈像是彼此手牽手拉得緊,很難分離。」

於是工研院從源頭封裝膜材料下手,選用熱塑型材料TPE,因其受熱後具有流動性,可形成緩衝會保護電池不破片。但如何使熱塑性材料和傳統熱固型EVA一樣具有高可靠度與耐耗性,是材料設計上的最大挑戰。特別是在高溼高熱的環境之下,太陽能板各層結構可能因此就會黏不緊而發生脫層。

為此研發團隊結合TPE和EVA,形成全新的複合型材料,不斷嘗試各種材料組合,找到最佳的黃金配方,在太陽能板上同樣安全耐候,並優化膜材組合來因應一般、高溼、高鹽、高溫等多種場域特性。

助攻傳產升級 強化國際連結

有了易拆解的複合膜材料後,不僅整片玻璃面板可完整分離,還能在拆解回收的電池片中取得7N高純度矽晶片,並成功再次應用於太陽能矽晶棒的生產,使退役太陽能模組幾乎達到零廢棄,估算每百萬瓩(GW)太陽能模組,可創造新臺幣24億元的再生材料價值。

2021年工研院協助材料大廠三芳化學承接國產膜材配方與製程,串聯模組廠聯合再生與元晶科技,開發太陽能板,並已送德國太陽能系統驗證機構TÜV認證,預計2022年取得認證後,即可量產供貨。

身為全球最大的鞋用人工皮革大廠,三芳化學副總經理鄭國光表示,雖然鞋材也有薄膜技術,「但跟太陽能光電要求的品質規格大不相同!在透光度、純度、收縮率上都要更嚴格控制。」有了工研院最關鍵的材料配方,三芳先從EVA開始熟悉太陽能薄膜,未來再跨入TPE複合膜材,協助公司搶攻未來再生能源的商機。

「易拆解的太陽能模組設計,可完整拆解玻璃面板和電池晶片,達到幾近零廢棄,不僅讓太陽光電產業更加永續,也創造太陽能板除役後的新商機。」

這項技術也受到國際關注,有「全球最具創新研究機構」美譽的法國原子能和替代能源委員會(CEA),表達合作意願,雙方已簽約將在法國南部進行高溫場域驗證,為全球太陽能板回收問題找到低碳循環解方。
 

2021年於澎湖科大進行戶外嚴苛環境場域驗證測試拆解太陽能模組。

▲ 2021年於澎湖科大進行戶外嚴苛環境場域驗證測試拆解太陽能模組。
 


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