中國(guó)廢舊光伏組件回收現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展

鹿希雨

摘 要：隨著可再生能源的廣泛應(yīng)用，截止2018年底中國(guó)的光伏裝機(jī)容量已達(dá)1.74億千瓦，未來(lái)還將持續(xù)增加，隨之而來(lái)的問(wèn)題是上世紀(jì)末第一批光伏器件的廢舊以及因前些年急功近利的光伏熱所產(chǎn)生的一部分缺少維護(hù)的光伏組件提前大規(guī)模報(bào)廢，設(shè)備得不到良好的處理，會(huì)帶來(lái)資源浪費(fèi)，環(huán)境污染等一系列嚴(yán)峻問(wèn)題。本文就光伏組件的廢舊處理問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析并給出建議。

關(guān)鍵詞：廢舊光伏組件 ；回收；資源再利用

1光伏組件廢舊現(xiàn)狀

1.1光伏組件理想壽命

光伏組件中電器元件設(shè)計(jì)壽命大于25年，逆變器的壽命為25年（中途更換一次），內(nèi)部電容使用壽命為15年左右，光伏電站使用的蓄電池正常壽命為10～15年1，且在考慮到光伏電池本身的效率衰減問(wèn)題，目前普遍認(rèn)為的光伏組件理想壽命為20年左右。

1.2光伏組件實(shí)際壽命

理想的壽命雖考慮到組件的老化和衰減問(wèn)題，但仍處于良好維護(hù)，無(wú)外界損壞，制造工藝精細(xì)的假設(shè)下，而實(shí)際運(yùn)行的電站還存在大量問(wèn)題使光伏組件提前報(bào)廢。

1.2.1電場(chǎng)維護(hù)不佳

目前存在大型電站因運(yùn)維工作量大而導(dǎo)致的不能及時(shí)維護(hù)，小型分布式電站因無(wú)專(zhuān)業(yè)運(yùn)維人而使組件得不到恰當(dāng)維護(hù)。

甚至出現(xiàn)大量因以賺取國(guó)家補(bǔ)助而建立的電站，建成便開(kāi)始荒廢，使得組件迅速老舊報(bào)廢。

1.2.2生產(chǎn)工藝不達(dá)標(biāo)

在前些年國(guó)家政策對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)的大力扶持之下，部分企業(yè)急功近利，紛紛建立生產(chǎn)線(xiàn)。本理論上500～600家企業(yè)和行業(yè)需求量，實(shí)際卻出現(xiàn)近10萬(wàn)家光伏企業(yè)。而很大一部分的企業(yè)工藝，用料等都不符合標(biāo)準(zhǔn)，除去電池效率低下，因工藝如組裝封裝性能不達(dá)標(biāo)2等而在造成電池投入運(yùn)行后紛紛暴露各種性能問(wèn)題，甚至報(bào)廢。

1.2.3外界環(huán)境對(duì)光伏板損壞

目前大型電站都建筑在荒漠，戈壁，山地上，其強(qiáng)勁的風(fēng)沙對(duì)光伏組件產(chǎn)生極大的損壞；以及太陽(yáng)能光伏板中因飛鳥(niǎo)，灰塵落葉等遮擋物使器件局部發(fā)熱所引起的熱斑效應(yīng)，使實(shí)際的太陽(yáng)電池壽命會(huì)至少減少10%左右。3

1.3光伏組件報(bào)廢浪潮提前到來(lái)

目前中國(guó)的光伏器件的報(bào)廢來(lái)源主要有以下兩種，一是上世紀(jì)末第一批光伏組件的服務(wù)期滿(mǎn)，二是在“光伏熱”下大量工藝不合格的器件在投入運(yùn)行中的迅速損壞。在2020年后晶硅光伏組件的廢棄量將顯著增加，若在運(yùn)行一般的情況下，預(yù)計(jì)到2034年累計(jì)廢棄量將超過(guò)70GW。光伏器件的報(bào)廢問(wèn)題已經(jīng)是十分嚴(yán)峻的問(wèn)題。4

2光伏組件報(bào)廢的資源環(huán)境問(wèn)題

2.1資源問(wèn)題

因國(guó)內(nèi)幾乎尚無(wú)致力于光伏電站廢棄處理的公司，一般光伏組件報(bào)廢后，采取就地?cái)R置的措施。

不可再發(fā)電的光伏組件，仍占用一定面積，是對(duì)于國(guó)土資源的極大浪費(fèi)。其次光伏電廠(chǎng)中用來(lái)固定組件的混凝土樁得不到良好處理，會(huì)廢棄在土地中，限制土地資源的再利用。

除過(guò)對(duì)于土地資源的浪費(fèi)外，還有對(duì)于材料資源的浪費(fèi)。就目前的晶硅電池的組成而言，若將太陽(yáng)電池個(gè)部分分解提煉后各項(xiàng)資源的重量比為：玻璃70%，鋁10%，硅5%，粘合封膠10%，其他5%。而廢棄后的這些資源將會(huì)因不到重復(fù)利用而浪費(fèi)。5

2.2環(huán)境問(wèn)題

在晶硅太陽(yáng)電池的制備中，部分步驟涉及到一些具有對(duì)于環(huán)境有污染破環(huán)的酸性試劑；以及如非晶硅，CdTe，以及CIGS光伏電池會(huì)產(chǎn)生酸性氣體包括二氧化硫，氮氧化物等的排放，且通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫室氣體的排放速率較酸性氣體的排放速率更高6；

廢舊光伏組件除去電池釋放的污染性物質(zhì)，組件中的蓄電池也是環(huán)境的重要污染源，以青海省為例，有調(diào)查顯示廢棄電池組件中的蓄電池對(duì)土壤，地下水，草原生態(tài)環(huán)境造成污染破壞7，其次堿性混凝土樁也會(huì)對(duì)土壤構(gòu)成影響和污染。

從上述我們可以看出，廢舊的光伏組件會(huì)對(duì)資源和環(huán)境造成極大的影響，在大規(guī)模光伏組件的浪潮到來(lái)時(shí)，如何合理的進(jìn)行設(shè)備回收，無(wú)害化處理，再利用成為目前光伏應(yīng)該高度重視以及亟待解決的問(wèn)題。

3光伏設(shè)備回收處理技術(shù)

3.1光伏電池的回收處理

太陽(yáng)電池的密封性能好，EVA膠膜和背板，玻璃和EVA膠膜的剝離強(qiáng)度分別達(dá)到20N/cm和30N/cm。必先進(jìn)行電池的拆解才可回收利用。8目前以破壞EVA膠膜為核心的技術(shù)分為物理分離，化學(xué)分離法，物理和化學(xué)法結(jié)合的方法。

3.1.1物理拆解法

一般采用粉碎篩選法。

通過(guò)粉碎機(jī)進(jìn)行機(jī)械處理后，采用雙輥式高壓靜電分選裝置，可回收廢舊電池中的額金屬和非金屬。實(shí)驗(yàn)表明此方法能獲得的最高效率為金屬17.4%，非金屬18.29%。9

3.1.2化學(xué)拆解法

對(duì)于PVB膠膜可將其溶解在大多數(shù)醇，酮，醚，酯類(lèi)有機(jī)溶劑中； EVA膠膜可在有機(jī)溶劑中發(fā)生物理性狀變化，從中回收鋼化玻璃，使EVA膠膜膨脹再通過(guò)熱分解法出去膠膜。將得到的光伏電池室溫下浸于添加表面活性劑的化學(xué)腐蝕液20分鐘，可回收86%純度達(dá)99.999%的硅。10

3.1.3物理和化學(xué)法結(jié)合拆解法

以多晶硅組件為例，首先采用對(duì)去除背板的電池高溫焚燒的熱處理，經(jīng)濟(jì)高效的拆卸組件，接著對(duì)分離后的電池片進(jìn)行化學(xué)處理，分離鋁背電極，銀電極，減發(fā)膜，和p-n結(jié)，得到純硅。

以CIGS電池組件為例，首先通過(guò)粉碎機(jī)和錘膜機(jī)進(jìn)行機(jī)械處理后，再加入硫酸，雙氧水進(jìn)行氧化，將CIGS和玻璃，EVA分離，再進(jìn)行固液分離后經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)換為可利用物質(zhì)。11

目前熱處理步驟，實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)熱處處理去除背板后硅片的完整性更高12。

3.2非光伏電池組件的回收方式

3.2.1蓄電池回收

當(dāng)前我們尚未形成較為規(guī)范的回收市場(chǎng)，回收率低且不具備專(zhuān)業(yè)拆解技術(shù)。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家尤為重視廢舊蓄電池回收處理。有火法，濕法，干濕結(jié)合的工藝。在完備的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備下，于密封負(fù)壓下對(duì)廢舊鉛蓄電池進(jìn)行粉碎，再通過(guò)分選技術(shù)將合金顆粒，鉛泥，塑料，硫酸溶液等進(jìn)行分離，且將廢氣廢水等處理后排放。13目前濕法結(jié)合電解法的工藝結(jié)合，可使95%～97%鉛得到回收。14

3.2.2其他組件的回收

典型的晶體硅太陽(yáng)能電池板有65-75%的玻璃、10-15%的鋁制框架、10%的塑料。進(jìn)行分拆、分揀后可會(huì)被送往不同的行業(yè)進(jìn)行再利用。其中，三分之二的玻璃回收后成為了碎玻璃，被送往玻璃制造業(yè)；鋁制框架被送往鋁精煉廠(chǎng)；廢塑料可作為燃料使用在水泥廠(chǎng)；最后，剩下的纜線(xiàn)和接頭會(huì)被壓碎后以銅珠的形式出售。15

4光伏組件回收的困難

4.1技術(shù)因素

目前，對(duì)于光伏電池回收的技術(shù)大多尚處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，就上面所提到各種拆解方法而言，還分別存有一定弊端。如化學(xué)法中試劑昂貴且有毒，且有機(jī)酸無(wú)機(jī)酸僅針對(duì)EVA分離而未考慮邊框拆除，晶硅再利用；涉及熱處理的步驟，會(huì)產(chǎn)生有害氣體。

4.2 政策和經(jīng)濟(jì)因素

目前大多數(shù)的目光還都聚焦在如何體改光伏的轉(zhuǎn)換效率，怎樣改進(jìn)工藝，如何減少生產(chǎn)中的環(huán)境問(wèn)題。甚少有人關(guān)注到廢棄光伏電池的處理問(wèn)題。我國(guó)目前并未具有較為完整的廢棄光伏組件管理回收的方向指示以及相關(guān)政策法律。使得光伏組件廢棄回收處于無(wú)指導(dǎo)思想，無(wú)足夠重視，無(wú)專(zhuān)門(mén)管理組織的混亂境況。

其次，相較于擁有補(bǔ)貼的光伏電廠(chǎng)建立，廢舊回收因尚未形成完整體系導(dǎo)致運(yùn)輸和回收成本過(guò)高以及本身可獲得利潤(rùn)較小的原因，相關(guān)企業(yè)目前積極性不高，市場(chǎng)卻少動(dòng)力。

5.對(duì)光伏廢舊回收的建議和展望

針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)將有大批光伏組件老舊廢棄的棘手現(xiàn)狀，卻因技術(shù)和政策等原因形成大規(guī)模回收產(chǎn)業(yè)困難重重的問(wèn)題。主要有以下建議

首先，結(jié)合我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)際情況，盡快組織起相關(guān)管理機(jī)構(gòu)，并由其探索出臺(tái)相關(guān)的指導(dǎo)思想。如日本2000便由日本太陽(yáng)能發(fā)電協(xié)會(huì)（JPEA）組建了太陽(yáng)能電池循環(huán)再利用試驗(yàn)小組，進(jìn)行太陽(yáng)能電池使用后處理方法的調(diào)查，最終發(fā)行《關(guān)于太陽(yáng)能電池類(lèi)物品廢棄處理的法律事項(xiàng)》。2015年日本太陽(yáng)能發(fā)電協(xié)會(huì)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和行業(yè)團(tuán)體合作，制定了“光伏發(fā)電設(shè)備的拆除、搬運(yùn)及處理方法的相關(guān)指導(dǎo)方針。以及歐盟2012年重新修訂了《歐洲廢棄電子電器產(chǎn)品管理?xiàng)l例》（WEEE 2.0），將太陽(yáng)能光伏組件納入管理范圍，出臺(tái)了強(qiáng)制回收光伏組件的相關(guān)規(guī)定。借鑒國(guó)外前例，開(kāi)展政策研究，制定行業(yè)規(guī)范，完善回收體系要求。

在回收政策的加持下，應(yīng)重視對(duì)于回收技術(shù)的研究。加大對(duì)于廢舊太陽(yáng)電池清潔高效回收方向研究的鼓勵(lì)指引，以及科研經(jīng)費(fèi)上的投入。針對(duì)目前各種回收技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，分析建立適于我國(guó)的技術(shù)方案，進(jìn)而對(duì)工藝條件和設(shè)備開(kāi)發(fā)進(jìn)行針對(duì)性完善。

未來(lái)，光伏企業(yè)將建立一個(gè)完備的回收體系，有規(guī)劃性的在光伏組件廢舊后進(jìn)行清潔無(wú)污染的回收積極再利用。甚至可以學(xué)習(xí)美國(guó)First Solar在出售建立電廠(chǎng)之初便預(yù)留回收的費(fèi)用，在中國(guó)聯(lián)合光伏生產(chǎn)商和回收利用企業(yè)，形成完備的光伏生命周期管理。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文希望能夠使我國(guó)光伏廢舊組件的回收利用的嚴(yán)峻問(wèn)題得到重視，不再任其自然發(fā)展而導(dǎo)致各種能源和環(huán)境問(wèn)題。形成完備的光伏生命周期管理，在逐漸成熟的回收技術(shù)和明確的政策指引規(guī)范下，最大限度降低廢舊光伏板對(duì)環(huán)境的影響，提高對(duì)于資源的再利用率，減少對(duì)原生礦等資源的進(jìn)一步消耗。達(dá)到有準(zhǔn)備的應(yīng)對(duì)光伏廢舊浪潮，使光伏資源真正做到清潔能源，使資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

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