Application of electrodynamic fragmentation to process precomminuted photovoltaic modules : a process parameter study

There is an increasing demand for the usage of photovoltaic (PV) modules due to the global high energy requirement. Therefore, the waste generation from used PV modules raises a concern as the standard method of disposal is landfilling. Hence, recycling waste solar modules is essential. During PV recycling, comminution plays a significant role which facilitates effective material recovery. However, due to the special arrangements of layers inside the PV modules, the utilization of traditional crushing techniques has become difficult. While electrodynamic fragmentation has shown great potential as a novel comminution technique, its application in the PV recycling industry remains limited. This study investigates the use of electrodynamic fragmentation (EDF) as a method for comminuting waste PV modules and compares it with a conventional impact crusher. EDF experiments were conducted by selFrag Lab 2.1 at two voltage levels, 150 kV and 200 kV, with different pulse settings of 100, 150, 175 and 200 pulses. The resulting fine fractions were analyzed through visual observations, particle size distribution, swim-sink analysis, microscopic imaging and quantification. The same procedure was continued with the Impact crusher to compare the two comminution methods. The optimum performance was observed at 200 kV with 175 pulses. Fully liberated glass and metal particles were concentrated in the coarser fractions, while Silicon was in the finer fractions. Swim-sink analysis, microscopic imaging and quantification further revealed complete material liberation in EDF samples, unlike the impact crusher output, which showed poor liberation and mixed particles across all size ranges.Aurinkosähkömoduulien (PV) kysyntä kasvaa maailmanlaajuisen korkean energiantarpeen vuoksi. Siksi käytettyjen aurinkopaneelien jätteen syntyminen herättää huolta, sillä tavanomainen hävitysmenetelmä on kaatopaikkasijoitus. Siksi aurinkopaneelijätteiden kierrätys on olennaista. Aurinkopaneelien kierrätyksessä hienontamisella on merkittävä rooli, mikä helpottaa tehokasta materiaalien talteenottoa. Aurinkopaneelien sisällä olevien kerrosten erityisjärjestelyjen vuoksi perinteisten murskaustekniikoiden käyttö on kuitenkin vaikeutunut. Vaikka sähködynaaminen pilkkominen on osoittanut suurta potentiaalia uutena hienonnustekniikkana, sen soveltaminen aurinkopaneelien kierrätysteollisuudessa on edelleen rajallista. Tässä tutkimuksessa tutkitaan sähködynaamisen pilkkomisen (EDF) käyttöä aurinkopaneelijätteiden hienontamiseen ja verrataan sitä perinteiseen iskumurskaimeen. EDF-kokeet suoritettiin selFrag Lab 2.1 -laitteella kahdella jännitetasolla, 150 kV ja 200 kV, eri pulssiasetuksilla: 100, 150, 175 ja 200 pulssia. Tuloksena olevat hienojakeet analysoitiin visuaalisten havaintojen, hiukkaskokojakauman, uppoutumisanalyysin, mikroskooppisen kuvantamisen ja kvantifioinnin avulla. Samaa menetelmää jatkettiin iskumurskaimella kahden jauhatusmenetelmän vertailemiseksi. Optimaalinen suorituskyky havaittiin 200 kV:n jännitteellä 175 pulssilla. Täysin vapautuneet lasi- ja metallihiukkaset olivat väkevöityneet karkeampiin jakeisiin, kun taas pii oli hienompiin jakeisiin. Uintiallasanalyysi, mikroskooppinen kuvantaminen ja kvantifiointi paljastivat edelleen täydellisen materiaalin vapautumisen EDF-näytteissä, toisin kuin iskumurskaimen tuotoksessa, jossa vapautuminen oli heikkoa ja hiukkaset sekoittuivat kaikilla kokoalueilla.Aufgrund des weltweit hohen Energiebedarfs steigt die Nachfrage nach Photovoltaik(PV)-Modulen. Der Anfall an gebrauchten PV-Modulen ist problematisch, da die Deponierung die Standardentsorgung ist. Aus diesem Grund ist das Recycling von Alt-PV-Modulen unerlässlich. Beim PV-Recycling spielt die Zerkleinerung eine wichtige Rolle, da sie eine effektive Materialrückgewinnung ermöglicht. Aufgrund der speziellen Schichtanordnung der PV-Module gestaltet sich der Einsatz herkömmlicher Zerkleinerungsverfahren jedoch schwierig. Obwohl die elektrodynamische Fragmentierung großes Potenzial als neuartige Zerkleinerungstechnik gezeigt hat, ist ihre Anwendung in der PVRecyclingindustrie noch begrenzt. Diese Masterarbeit untersucht den Einsatz der elektrodynamischen Fragmentierung (EDF) als Methode zur Zerkleinerung von Alt-PV-Modulen und vergleicht sie mit einem konventionellen Prallbrecher. EDF-Experimente wurden mittels der selFrag Lab 2.1 bei zwei Spannungsstufen, 150 kV und 200 kV, mit unterschiedlichen Pulseinstellungen von 100, 150, 175 und 200 Pulsen durchgeführt. Die resultierenden Feinfraktionen wurden zunächst mittels visueller Begutachtung, in weiterer folge durch Ermittlung und vergleichende Gegenüberstellung der Partikelgrößenverteilungen, von Ergebnissen aus der Schwimm-Sink-Analyse, Betrachtung mit mikroskopischer Bildgebung und Bildquantifizierung analysiert. Darüber hinaus wurden die mit der EDF ermittelten Ergebnisse mit jenen mit dem Prallbrecher verglichen, um die Einsatzmöglichkeiten und -grenzen der beiden Zerkleinerungsmethoden zu evaluieren. Die optimale Leistung beim Einsatz der EDF wurde bei 200 kV mit 175 Impulsen beobachtet. Vollständig freigesetzte Glas- und Metallpartikel konzentrierten sich in den gröberen Fraktionen, während Silizium sich in den feineren Fraktionen anreichert. Schwimm-Sink-Analyse, mikroskopische Bildgebung und Quantifizierung zeigten zudem einen vollständigen Aufschluss in den EDF-Proben, im Gegensatz zum Prallbrecher-Ergebnis, das eine schlechtere Freilegung und verwachsene Partikel über alle Größenbereiche hinweg aufwies.