退役光伏組件回收利用新模式探索

文｜ 王冬容

站在能源革命的新起點上，中國能源行業(yè)正在進行翻天覆地的變革，本文以貫徹習近平生態(tài)文明思想為指引，從加大退役光伏組件再利用的角度，重新定義光伏組件的“全生命周期”，探索退役光伏組件回收利用與無害化處理的新技術、新路徑、新模式，如何在保障能源安全的基礎上，加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系，推動節(jié)能減排和經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型，擁抱“零碳零廢”新時代。

加大退役光伏組件利用的背景

能源清潔低碳轉型步伐加快

“雙碳”目標下，能源電力行業(yè)正面臨百年未有之大變局。能源清潔低碳轉型步伐加快，光伏等新能源在電源結構中的占比不斷提高。國家能源局提供的一組數(shù)據(jù)顯示，煤炭消費比重從2014年的65.8%下降到2021年的56%，年均下降1.4個百分點，這7年是歷史上下降最快的時期；清潔能源消費比重同期從16.9%上升到25.5%，占能源消費增量的60%以上。

光伏產(chǎn)業(yè)步入快速增長通道

在各種可再生能源中，太陽能以其清潔、安全、取之不盡、用之不竭等顯著優(yōu)勢，成為發(fā)展最快的可再生能源。我國更是成為了光伏制造與發(fā)電大國，2021年光伏組件產(chǎn)量達181.8吉瓦，占全球總產(chǎn)量的82.3%，累計光伏裝機量達3.06億千瓦，占世界裝機總量的35.6%。2022年，我國光伏產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持強勁發(fā)展勢頭，上半年電池片產(chǎn)量約為135.5吉瓦，同比增長46.6%；組件產(chǎn)量約123.6吉瓦，同比增長54.1%；在應用端，上半年我國光伏發(fā)電新增裝機30.88吉瓦，同比增長137.4%；我國累計光伏裝機容量穩(wěn)居世界第一。

安全處置退役光伏組件迫在眉睫

按照一般的技術標準，光伏組件的壽命為20～25年。從退役趨勢來看，全球范圍內于21世紀初安裝的光伏組件正在分批進入“退役期”，退役高峰將出現(xiàn)在2030年以后。

我國光伏大規(guī)模裝機始于2011年，據(jù)測算，目前我國廢舊光伏組件年產(chǎn)生量約為3萬噸，2030年累計退役量可能達到150萬噸，2040年達到700萬噸，2050年達到2000萬噸，退役高峰將出現(xiàn)在“十五五”中后期。

隨著光伏裝機以每年新增幾百吉瓦的發(fā)展態(tài)勢來看，未來全球每年將面臨如何處理千萬噸以上的退役光伏組件難題，若不加以妥善處理，將會對生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。

發(fā)展光伏組件回收再利用行業(yè)的必要性

光伏組件的回收與無害化處理是目前全球產(chǎn)業(yè)界與環(huán)保界關注的焦點。據(jù)歐盟相關組織的研究顯示，在廢舊光伏組件中，玻璃約占總重量的70%，鋁材料約占18%，半導體材料約占4%，大部分具有循環(huán)再造的可能。特別是還包含銀、銦、鎵等稀有金屬，回收價值較高，如果不對其進行回收利用，將造成極大的資源浪費。具體而言，發(fā)展光伏組件回收再利用具有以下三點益處。

資源將被循環(huán)高效利用

光伏發(fā)電在獲得大規(guī)模應用的同時，也大幅度增加了稀有金屬的消耗，這些材料在其他尖端技術領域也有著廣泛的應用。光伏組件退役或報廢后，對其進行循環(huán)再利用可有效節(jié)約資源，減少對原生資源的過度開采，降低增量耗能, 減輕對生態(tài)環(huán)境的影響及破壞。

形成新的產(chǎn)業(yè)鏈條

退役廢舊光伏組件回收處理的整個運作與管理流程，涉及鑒定、回收、物流、處理及再利用等多個作業(yè)面與作業(yè)環(huán)節(jié)，既需要大量人員參與，也需要與經(jīng)濟社會各產(chǎn)業(yè)進行聯(lián)動，這樣不僅能催生出新型的產(chǎn)業(yè)鏈條，還可以為社會創(chuàng)造更多工作崗位，拉動就業(yè)。

實現(xiàn)光伏生命周期全綠色

與傳統(tǒng)火電相比，新能源代表著低碳甚至零碳以及綠色發(fā)展。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)只有在光伏組件前端加工制造、系統(tǒng)安裝、綠色運營、綠色回收等所有環(huán)節(jié)，即從源頭到終端全部達到環(huán)境友好的要求，才可成為真正意義上的綠色能源。做好光伏產(chǎn)業(yè)鏈的最后一環(huán)——退役與廢舊光伏組件的回收利用意義重大。

我國光伏組件回收產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

我國光伏組件尚未進入大規(guī)模退役階段，廢舊組件產(chǎn)生量少且分布分散，回收再利用行業(yè)的發(fā)展相對較為遲緩，尚未建立有效回收體系，這一點與光伏產(chǎn)業(yè)自身的蓬勃發(fā)展形成了鮮明對比。

現(xiàn)存回收產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

目前廢棄光伏組件回收技術主要有物理法、熱解法和化學法三種，但相關技術的產(chǎn)業(yè)化應用尚不成熟，且回收處理成本較高。廢舊光伏組件拆除得到的邊框、接線盒等可回收利用鋁、銅等元素，資源化利用技術成熟。但光伏層壓件需采用物理、化學或熱處理法拆解為光伏玻璃、太陽能電池和背板等，從中提取硅、銀、銅等有價元素，這一技術仍處于研發(fā)階段。目前，國內已建成5條拆解資源化利用示范線，年處理能力1.7萬噸,銅、銀等回收率可達到90%以上，但產(chǎn)業(yè)整體仍處于發(fā)展初期。

現(xiàn)存回收方法存在的弊端

上述幾種方法都存在一定的弊端，如物理法通過粉碎電池板，通過分選技術將金屬物、硅粉、背板顆粒及EVA顆粒等進行分離，這只能得到不同成分的混合物，并沒有將各成分進行充分分離；熱解法利用高溫使EVA封裝材料發(fā)生熱解，將電池片與蓋板玻璃、鋁框、背板等分開，會伴隨有害氣體的產(chǎn)生，處理不善將會造成大氣污染；化學法通過有機酸溶液、無機堿溶液，將光伏組件EVA、TPT、銀等分解出來，在得到完整的或者純度較高的硅晶片的同時，也會產(chǎn)生有機廢液。

探索退役光伏組件再利用的最優(yōu)解——光伏功能材料

中國電力國際發(fā)展有限公司（以下簡稱中國電力）不僅追求能源生產(chǎn)端的低碳、零碳，也追求退役產(chǎn)品的零廢化處理。今年，中國電力成立了新源勁吾（北京）科技有限公司（以下簡稱新源勁吾），從光伏組件退役到最終拆解等全過程進行突破與創(chuàng)新，并增加了“彩色功能化與綜合利用”環(huán)節(jié)，延長了光伏組件服役壽命和全生命周期綠色能源生產(chǎn)量，將光伏電站以及組件的全生命周期重新定義為前期設計、系統(tǒng)集成、建設施工、運營維護、退役綜合利用、回收拆解共六大環(huán)節(jié)，這六大環(huán)節(jié)有效貫穿光伏電站與組件全生命周期。

光伏功能材料技術介紹

光伏功能材料技術獨有的全彩微圖層技術、封裝技術及獨自設計開發(fā)的生產(chǎn)工藝，可實現(xiàn)單晶硅、多晶硅等晶硅類組件及碲化鎘、銅錮鎵硒、鈣鈦礦等非晶硅組件光伏產(chǎn)品的全彩微圖層生產(chǎn)和加工，且產(chǎn)品達到全國乃至全球最高及最均勻的透光率，形成高透光、高彩色附著度、不產(chǎn)生熱斑效應的全彩效果，將光伏產(chǎn)品打造成為與建筑景觀、周邊環(huán)境充分融合的新型綠色功能材料。產(chǎn)品通過了SGS溫度震蕩、鹽霧、UV紫外線、耐刮與效率等的測試。

光伏功能材料應用場景

光伏功能材料技術賦予了光伏組件退役后進行綜合利用的新思路、新辦法、新模式，可以將退役、廢舊、庫存呆滯品、次級品太陽能組件轉變?yōu)榭裳h(huán)利用的新型、全彩光伏功能材料，同時對于正品太陽能光伏組件和碲化鎘發(fā)電玻璃，可通過圖案式的技術再加工，形成全彩光伏建筑材料、裝潢裝飾材料、展示標牌材料等，可廣泛運用于BIPV、門面裝飾、路標、廣告牌、消費藝術品等。特別是將BIPV從狹義的“屋面發(fā)電”打造為全立體的“五面發(fā)電”，全面提高了綠電產(chǎn)量。

通過將每年的光伏退役組件或電站的替換光伏組件加工再利用，形成光伏產(chǎn)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟價值鏈閉環(huán)，創(chuàng)造性地開辟了產(chǎn)品應用新市場，成為廢舊光伏組件回收再利用行業(yè)發(fā)展的新趨勢，充分滿足了智慧城市以及綠色循環(huán)經(jīng)濟的應用要求。

光伏功能材料技術的市場獨占性

光伏功能材料技術在世界范圍內具有市場獨占性，是光伏組件材料應用的革命性技術。山西大同未來能源館、廣東清遠奧體中心、江西瑞昌碼頭工業(yè)區(qū)與電子商務樓、云南麗江水泥廠、福建湄洲島風雨廊等國內眾多彩色化光伏建筑，均使用了新源勁吾技術的產(chǎn)品。在今年第三屆中國國際太陽能十項全能競賽上，清華大學參賽作品使用了新源勁吾技術加工的仿鋁材光伏發(fā)電建材產(chǎn)品，是本次大賽中唯一的彩色光伏產(chǎn)品，在眾多參賽作品中脫穎而出，榮獲第三名。

微能源網(wǎng)及國家能源安全的重要落子

實踐證明，全彩光伏功能材料技術可以更好地布局城市低碳綠色應用場景，更快地推進城市近“零”碳排放區(qū)建設，大幅節(jié)省電力擴容費，緩解拉閘限電帶來的影響，既起到削峰填谷的作用，也提升了城市清潔能源消費占比，讓城市的每一棟建筑、每一個標牌都成為微型發(fā)電廠，實現(xiàn)了從耗能建筑到節(jié)能建筑再到創(chuàng)能建筑的轉變，搶占碳排放權交易制高點。

同時，這項技術還有效地推動了微能源網(wǎng)的布局建設，與主干大電網(wǎng)有效協(xié)同，可充分保障國家能源的整體安全。

綜上所述，光伏功能材料技術產(chǎn)品與其他產(chǎn)品最大的不同是具備發(fā)電的功能，該技術創(chuàng)新是對光伏全產(chǎn)業(yè)鏈的補充，填補了次級組件和退役光伏在最終回收利用之間的產(chǎn)業(yè)鏈空白，有效地延長光伏組件的生命周期，增加光伏組件全生命周期發(fā)電量。

在中國電力與新源勁吾未提出全彩光伏理念之前，光伏是光伏，建材是建材，廣告牌是廣告牌，而新理念是“建材+能源”“廣告+能源”，是將原材料轉變?yōu)楫a(chǎn)生能源的新材料的全新理念，它既能適應廢棄光伏組件回收行業(yè)快速發(fā)展的需要，降低污染排放，也符合“綠色建筑”市場需要，與城市美化結合，減碳成效、市場價值與經(jīng)濟效益明顯。

在尋求綠色低碳解決方案的過程中，需要相關企業(yè)加大技術創(chuàng)新力度，需要加快研發(fā)廢舊光伏組件資源高效、高純度分離、再生資源多元化高值利用、新型光伏組件回收利用等新技術，以促進光伏組件實現(xiàn)綠色低碳資源化利用，助力我國光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)提升競爭力，實現(xiàn)全鏈條綠色發(fā)展。