挖掘太阳能废料潜力,光伏组件回收成为未来光伏行业发展必然

细说光伏 2022-12-20
2558 字丨阅读本文需 7 分钟

近年来,太阳能行业的强劲增长,尤其是在过去的十年中,以环境问题为由对 "循环经济 "的不断呼吁成为太阳能回收行业的预兆。

国际可再生能源机构的一份报告指出,2030年,从废弃太阳能组件中回收的原材料的价值就有可能增至4.5亿美元。就实用性而言,这或相当于今天生产约6000万块新太阳能组件所需的原材料的数量。至2050年,这些价值可能会急剧上升,达到约150亿美元,相当于约20亿块组件。

与此同时,从环境角度也可以看到回收的利益。至少有90%的材料可以被重新利用。将太阳能组件从垃圾填埋场转移到回收站可以节省垃圾填埋场的空间。

有毒金属,例如铅和镉,也可能存在于太阳能组件中,无意识地丢弃是有害的。此外,考虑到太阳能的指数式增长,应迅速扩大回收规模。

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光伏产业发展情况及回收的必要性

近年来,随新能源行业不断发展,光伏组件需求与比重越来越大。截止2019年底,我国光伏新增装机30.1GW,累计装机205GW。随光伏市场不断扩大,可预期未来寿命期满后退役晶硅光伏组件数量将急剧增加。如何处理废弃组件成为关注重点。

依据科技部“十二五”863 项目研究成果,2030年我国退役光伏组件预计将超 60 GW,产生玻璃、塑料、铝、铜、硅、银等组分总质量超过200万吨。国际可再生能源署(IRENA: International Renewable Energy Agency)、国际能源署(IEA-PVPS)2016年也联合发布《End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels》报告,预测世界光伏组件报废量到2050年将达到7800万吨;以价值计,到2030年,可从光伏组件回收技术中获取原材料累计可达4.5亿美元(按2016年价格),到2050年,可回收物累计将超过150亿美元,这相当于目前生产6000万块新组件所需原材料的价值。

光伏组件材料包含玻璃、硅、银、铜、铝等有价值组分,大部分物质通过适当回收,实现循环再利用,可有效缓解生态环境压力、降低光伏全产业链能耗等指标,进一步优化光伏组件全生命周期的绿色节能特性。因此,光伏组件的回收与无害化处理是产业界和环境界核心问题之一。

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挖掘太阳能废料潜力,哪些可以被回收?

太阳能组件是由从铝到塑料在内的多种原材料制成的。

今天,大多数太阳能组件使用晶硅太阳能技术,这需要铝边框、玻璃、铜线、聚合物层、背板、硅太阳能电池和塑料接线盒等封装材料。

这些部件中的大多数都可以被回收利用。其中,玻璃占了太阳能组件的大部分重量(约75%)。玻璃回收已经是一个成熟的行业,除此之外,其他可以很容易地再次被商业化使用的材料包括铝边框、铜线和塑料接线盒。

但还有一些其他材料的回收也是一个挑战,例如银和内部的铜,它们是位于太阳能电池内的宝贵成分。然而,它们的数量非常少。此外,太阳能组件还使用包括铝、锡、碲和锑在内的重要材料,还有一些薄膜组件中的镓和铟。其他可回收的部件包括逆变器、支架和备用电池系统。

如此广泛的可回收组件使我们必须制定理想的政策措施来管理和挖掘太阳能废料行业的潜力。这样一来,在处理可能产生的废物的同时,还可以实现循环太阳能产业。

03

各国太阳能回收发展

太阳能回收行业将很快成为重要行业之一,有些国家和地区已经意识到并开始回收太阳能,但有些地区仍然落在后面。

欧洲

欧洲在电动车回收行业中领先于同行。欧盟的《废弃电气和电子设备指令》(WEEE)推动成立了一个名为PV Cycle的成员组织,用于建立一个强大的回收基础设施。一些私营公司已在欧洲启动了回收行业。

例如,ROSI Solar公司正在建造一处每年可以回收3000吨太阳能组件的新工厂。ROSI还获得了欧盟的首个 "未来工业奖",用于欧盟地平线计划支持下的技术研究。

像FLAXRES这样的新创业公司也在不断涌现。该公司已经在德累斯顿的一个试验工厂开始了工业化运作,每天能够回收10吨太阳能组件。

美国

美国的太阳能组件回收公司正在开发处理太阳能组件的技术和基础设施。例如,一家回收公司SOLARCYCLE正与Sunrun等太阳能供应商合作,旨在收回约95%的太阳能组件价值。

政府的一项研究指出,由于政府的适度支持,到2040年,回收材料可以满足美国国内30-50%的太阳能制造需求。

中国

随着旧的可再生能源发电系统寿命临近末期,中国面临着从退役风力涡轮机到退役太阳能组件的废物浪潮。

在今年早些时候的政策中,中国政府制定了促进退役太阳能和风能设施再利用技术开发以及改善电动车电池回收系统的计划。至2035年,中国可能会有105万吨退役的太阳能组件,这对中国来说是一个巨大的担忧。

据悉,中国首个多晶硅(太阳能电池的一种关键材料)回收试点项目已于今年1月投入使用。

印度

印度有望成为五大光伏垃圾制造国之一,其目标是到2030年每年增加25GW太阳能容量。尽管如此,印度目前将太阳能废物视为电子废物的一部分,而不是一个单独的实体。

此外,在印度,还没有商业化的在运太阳能电子垃圾原料回收设施。一家私营公司已在泰米尔纳德邦钦奈的Gummidipoondi建立了一处太阳能组件回收和材料回收的试点厂。

今年早些时候,一组印度科学家开发了一个公式,除了回收银之外,他们通过利用一个三步骤的连续工艺还能够提取99.98%的纯硅。

04

光伏组件回收与处置存在问题与建议

随着近年来中国市场的快速发展,实际数据将会更大,光伏组件回收高峰时间将来得更早。但在光伏装机总量逐年快速递增的同时,相关组件回收与处置却存在不少问题。

第一,缺乏政策支持,相关回收产业尚处于起步阶段。由于缺乏政策指导,多数退役光伏组件或积压堆放或焚烧掩埋,对环境造成极大的隐患。虽然近两年我国发布了相关国家回收标准,但处理细则及标准体系仍待完善。

第二,回收技术路线不完善。目前我国光伏领域科研机构和生产企业把主要精力放在了如何提高光伏组件转换效率、降低成本和提高设备可靠性上,在减少光伏组件污染和回收利用方面做的工作较少,导致回收技术路线不完善,技术创新后劲不足,现有的技术方法在使用推广中可行性不高。

第三,回收经济收益低。由于很大一部分组件建于偏僻的西北地区或位于屋顶之上,收集、运输成本高,加上技术尚不成熟,投资消耗较大,回收物质的纯度不高,以及尚未形成规模,在没有补贴的情况下,光伏组件回收成本高居不下,许多材料回收出售后价格低于回收成本。

此外,回收企业普遍存在“小、散、差”等问题,报废组件的来源和成分不清楚,各品牌和型号散乱堆放,这样既降低了回收效率又增加了环境污染。

针对这些问题,建议:

一是提前谋划,将退役光伏组件的处理处置纳入光伏产业发展规划中,提前谋划回收利用企业数量和产业规模,合理布局,尽快形成与退役规模相匹配的高效回收和分质利用产业规模。

二是完善技术标准和支持政策,出台政策支持鼓励科技研发和技术攻关,进一步明确通用技术标准要求和判废标准,发布技术指南和实用技术目录。通过中央财政补贴和税收减免等政策支持鼓励更多的企业参与资源化利用。

三是建立信息化服务平台,提高回收企业组织化水平,提升废旧组件回收的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理能力,开展信息采集、数据分析、流向监测,建立更加高效完善的回收网络体系。

文章来源: PV-Tech,常州君合科技,世界光伏

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