光伏储能是我国在双碳政策下实现能源绿色转型的主要领域,随着国家“双碳”战略目标的布局,《智能光伏产业创新发展行动计划(2021-2025年)》和《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》等政策出台,风光储已是写在国家顶层设计中的发展方向。
我国光伏产业处于迅速爆发阶段
目前我国光伏装机容量已连续9年稳居世界首位。如青海塔拉滩光伏电站,一个光伏电站的面积就达608平方公里,相当于一个新加坡的大小。
而在这个高速发展的产业中,同样有着激光清洗的广阔天地:
1.光伏生产环节:
三代太阳能电池CIGS后端处理
在第三代太阳能电池中,CIGS薄膜具有较广泛的应用,既可单独作为薄膜太阳能电池使用,也可与钙钛矿材料集成,作为CIGS-钙钛矿叠层电池使用。
在CIGS薄膜太阳能组件的生产过程中,覆盖玻璃的钼层必须暴露在光电二极管各自的太阳能组件背电极区域,沿着平行于长玻璃边缘的区域,用于随后的导电带的焊接或导电胶合。这需要在不破坏下面的钼层的情况下,选择性地去除CIGS吸收器和透明前电极(TCO)仅有的几微米厚的薄层。
水滴激光对此进行了相应测试,工艺测试结果证明在特定工艺下的激光清洗技术可满足无损伤的钼曝光。
CIGS薄膜生产环节中的钼层
并且在不同功率下,激光清洗工艺还可用于太阳能电池板封装过程中去除玻璃面板边缘完整的CIGS层堆叠以提供电气隔离,消除在层叠边缘形成短路的风险。 清洗过程中同样可达到玻璃表面干净无损的最终效果,有助于生产可靠、耐用的CIGS模块。
2.光伏运维环节:
自动化电池板表面激光除尘装置
为获得更高的太阳辐射量,光伏电站多建在纬度较低、地势较高的地区,这些地区尘土污染严重。会严重影响发电效率,降低光伏组件寿命,热斑效应存在引发火灾的风险隐患。研究显示,光伏面板上的积尘能降低7%—40%的发电效率。
目前市面上常见的光伏面板清洗方式为用水冲洗,具体可细分为人工使用毛刷或高压水枪清洗、工程车辆进行机器冲洗喷洒和小型清洗机器人等不同方式。都存在清洗效率较为低下,整体清洗效果较为参差,成本相对高昂等问题。
人工清洗不能保证无死角,且易损伤表面
在该领域激光清洗已有成熟的解决替代方案,具体方式为将激光清洗机器人集成安装在光伏组件阵列上,机器人直接行走在跨串轨道上或通过机械臂远距离扫描光伏面板实现清洗目的。
整个清洁过程不仅无需水和化学药剂,而且机器人不直接接触光伏面板,从而进一步避免了传统清洁方式对面板的物理损伤,全方位提升光伏发电的整体效率和可靠性。
3.光伏回收环节:
一代硅晶电池胶膜激光剥离装置
随着三代太阳能电池工艺逐渐成熟,最早的一代硅晶光伏面板使用年限普遍达到15年左右,即将达到使用寿命。2030年,全球光伏组件回收将达800万吨左右,迎来回收大潮。2050年,全球将会有将近8000万吨的光伏组件进入回收阶段,约43亿块报废光伏组件需要处理。如今,这一新兴产业已经处于爆发的前夕。
光伏组件中玻璃约占70%、铝材占比18%、硅材料占比3.5%,有色金属铜约占1.5%,稀有金属约占1%、黏合封胶占比6%,整体材料由玻璃、铝、硅等材料,以及银、铟、铅、硒和镉等稀有元素组成。
组件回收并不是件容易的事,EVA和POE粘结胶膜有着绝缘和耐高低温的特性,和脆弱的硅片之间如何有效分离,涉及到“有机粘结胶膜结构与表面粘结特性演化及解粘结机理”,硅材料/有机粉体粘附界面的亚微观分离或剥离特性”等多个命题,到目前都未能达到满意的效果。
粘结胶膜目前没有比激光清洗更合适的处理方法
目前光伏回收主要采用物理分离和有机溶剂溶解法。
物理分离法是指将组件经破碎、金属剥离、湿法冶金分离等步骤来回收金属。实验表明此方法仅可获得17.4%的金属回收率,回收率极低。
有机溶剂溶解法是指选择几种有机溶剂浸泡去除背板的晶硅电池片,用有机溶剂溶解封装材料EVA,使玻璃与电池片分离,此方法可以获取整块完整的电池片,但相应的作为耗材的化学溶剂价值不菲,且对环境环保存在一定的影响。
这两种方案因为各自的局限,并不能满足产业化需求。
激光清洗在这方面同样具有得天独厚的替代优势。激光能使胶膜变性脱粘,在不损伤硅片的情况下完成硅板与胶膜的剥离。而通过这一方式所得的玻璃面板表面也会更加完整无损伤,拥有较好的表面清洁度。
水滴激光实测回收率>98%
相较于目前主流的机械破碎和溶剂浸泡而言,激光清洗技术不仅有着接近百分百的硅片回收率,而且作业工序有了较大程度的简化,可进一步提升回收效率。
激光清洗设备在光伏的生产、使用和回收全过程中都可对原有工艺进行更优替代。且根源于激光清洗这一技术本身的特性,无需耗材、只需接电,不产生二次污染。它将是一条切实可行的能耗低、污染极小、经济可行的光伏行业工艺替代的技术路径。
水滴激光作为国内激光清洗领域的头部领军企业,拥有众多国内指标性领先产品,在光伏行业中已成功帮助多家企业进行工艺升级,实现降本增效。
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