鹿希雨

摘 要：隨著可再生能源的廣泛應用，截止2018年底中國的光伏裝機容量已達1.74億千瓦，未來還將持續(xù)增加，隨之而來的問題是上世紀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生的一部分缺少維護的光伏組件提前大規(guī)模報廢，設備得不到良好的處理，會帶來資源浪費，環(huán)境污染等一系列嚴峻問題。本文就光伏組件的廢舊處理問題進行詳細分析并給出建議。

關鍵詞：廢舊光伏組件 ；回收；資源再利用

1光伏組件廢舊現狀

1.1光伏組件理想壽命

光伏組件中電器元件設計壽命大于25年，逆變器的壽命為25年（中途更換一次），內部電容使用壽命為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題，目前普遍認為的光伏組件理想壽命為20年左右。

1.2光伏組件實際壽命

理想的壽命雖考慮到組件的老化和衰減問題，但仍處于良好維護，無外界損壞，制造工藝精細的假設下，而實際運行的電站還存在大量問題使光伏組件提前報廢。

1.2.1電場維護不佳

目前存在大型電站因運維工作量大而導致的不能及時維護，小型分布式電站因無專業(yè)運維人而使組件得不到恰當維護。

甚至出現大量因以賺取國家補助而建立的電站，建成便開始荒廢，使得組件迅速老舊報廢。

1.2.2生產工藝不達標

在前些年國家政策對于光伏產業(yè)的大力扶持之下，部分企業(yè)急功近利，紛紛建立生產線。本理論上500～600家企業(yè)和行業(yè)需求量，實際卻出現近10萬家光伏企業(yè)。而很大一部分的企業(yè)工藝，用料等都不符合標準，除去電池效率低下，因工藝如組裝封裝性能不達標2等而在造成電池投入運行后紛紛暴露各種性能問題，甚至報廢。

1.2.3外界環(huán)境對光伏板損壞

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

1.3光伏組件報廢浪潮提前到來

目前中國的光伏器件的報廢來源主要有以下兩種，一是上世紀末第一批光伏組件的服務期滿，二是在“光伏熱”下大量工藝不合格的器件在投入運行中的迅速損壞。在2020年后晶硅光伏組件的廢棄量將顯著增加，若在運行一般的情況下，預計到2034年累計廢棄量將超過70GW。光伏器件的報廢問題已經是十分嚴峻的問題。4

2光伏組件報廢的資源環(huán)境問題

2.1資源問題

因國內幾乎尚無致力于光伏電站廢棄處理的公司，一般光伏組件報廢后，采取就地擱置的措施。

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

除過對于土地資源的浪費外，還有對于材料資源的浪費。就目前的晶硅電池的組成而言，若將太陽電池個部分分解提煉后各項資源的重量比為：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因不到重復利用而浪費。5

2.2環(huán)境問題

在晶硅太陽電池的制備中，部分步驟涉及到一些具有對于環(huán)境有污染破環(huán)的酸性試劑；以及如非晶硅，CdTe，以及CIGS光伏電池會產生酸性氣體包括二氧化硫，氮氧化物等的排放，且通過實驗發(fā)現，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，組件中的蓄電池也是環(huán)境的重要污染源，以青海省為例，有調查顯示廢棄電池組件中的蓄電池對土壤，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對土壤構成影響和污染。

從上述我們可以看出，廢舊的光伏組件會對資源和環(huán)境造成極大的影響，在大規(guī)模光伏組件的浪潮到來時，如何合理的進行設備回收，無害化處理，再利用成為目前光伏應該高度重視以及亟待解決的問題。

3光伏設備回收處理技術

3.1光伏電池的回收處理

太陽電池的密封性能好，EVA膠膜和背板，玻璃和EVA膠膜的剝離強度分別達到20N/cm和30N/cm。必先進行電池的拆解才可回收利用。8目前以破壞EVA膠膜為核心的技術分為物理分離，化學分離法，物理和化學法結合的方法。

3.1.1物理拆解法

一般采用粉碎篩選法。

通過粉碎機進行機械處理后，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。實驗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化學拆解法

對于PVB膠膜可將其溶解在大多數醇，酮，醚，酯類有機溶劑中； EVA膠膜可在有機溶劑中發(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腐蝕液20分鐘，可回收86%純度達99.999%的硅。10

3.1.3物理和化學法結合拆解法

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

以CIGS電池組件為例，首先通過粉碎機和錘膜機進行機械處理后，再加入硫酸，雙氧水進行氧化，將CIGS和玻璃，EVA分離，再進行固液分離后經過物理化學反應后轉換為可利用物質。11

目前熱處理步驟，實驗證明通過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

當前我們尚未形成較為規(guī)范的回收市場，回收率低且不具備專業(yè)拆解技術。

國外發(fā)達國家尤為重視廢舊蓄電池回收處理。有火法，濕法，干濕結合的工藝。在完備的自動化機械設備下，于密封負壓下對廢舊鉛蓄電池進行粉碎，再通過分選技術將合金顆粒，鉛泥，塑料，硫酸溶液等進行分離，且將廢氣廢水等處理后排放。13目前濕法結合電解法的工藝結合，可使95%～97%鉛得到回收。14

3.2.2其他組件的回收

典型的晶體硅太陽能電池板有65-75%的玻璃、10-15%的鋁制框架、10%的塑料。進行分拆、分揀后可會被送往不同的行業(yè)進行再利用。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；廢塑料可作為燃料使用在水泥廠；最后，剩下的纜線和接頭會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技術因素

目前，對于光伏電池回收的技術大多尚處于實驗室探索階段，就上面所提到各種拆解方法而言，還分別存有一定弊端。如化學法中試劑昂貴且有毒，且有機酸無機酸僅針對EVA分離而未考慮邊框拆除，晶硅再利用；涉及熱處理的步驟，會產生有害氣體。

4.2 政策和經濟因素

目前大多數的目光還都聚焦在如何體改光伏的轉換效率，怎樣改進工藝，如何減少生產中的環(huán)境問題。甚少有人關注到廢棄光伏電池的處理問題。我國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政策法律。使得光伏組件廢棄回收處于無指導思想，無足夠重視，無專門管理組織的混亂境況。

其次，相較于擁有補貼的光伏電廠建立，廢舊回收因尚未形成完整體系導致運輸和回收成本過高以及本身可獲得利潤較小的原因，相關企業(yè)目前積極性不高，市場卻少動力。

5.對光伏廢舊回收的建議和展望

針對現階段我國將有大批光伏組件老舊廢棄的棘手現狀，卻因技術和政策等原因形成大規(guī)?；厥债a業(yè)困難重重的問題。主要有以下建議

首先，結合我國光伏產業(yè)實際情況，盡快組織起相關管理機構，并由其探索出臺相關的指導思想。如日本2000便由日本太陽能發(fā)電協(xié)會（JPEA）組建了太陽能電池循環(huán)再利用試驗小組，進行太陽能電池使用后處理方法的調查，最終發(fā)行《關于太陽能電池類物品廢棄處理的法律事項》。2015年日本太陽能發(fā)電協(xié)會與經濟產業(yè)省和行業(yè)團體合作，制定了“光伏發(fā)電設備的拆除、搬運及處理方法的相關指導方針。以及歐盟2012年重新修訂了《歐洲廢棄電子電器產品管理條例》（WEEE 2.0），將太陽能光伏組件納入管理范圍，出臺了強制回收光伏組件的相關規(guī)定。借鑒國外前例，開展政策研究，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，應重視對于回收技術的研究。加大對于廢舊太陽電池清潔高效回收方向研究的鼓勵指引，以及科研經費上的投入。針對目前各種回收技術進行試驗評估，分析建立適于我國的技術方案，進而對工藝條件和設備開發(fā)進行針對性完善。

未來，光伏企業(yè)將建立一個完備的回收體系，有規(guī)劃性的在光伏組件廢舊后進行清潔無污染的回收積極再利用。甚至可以學習美國First Solar在出售建立電廠之初便預留回收的費用，在中國聯合光伏生產商和回收利用企業(yè)，形成完備的光伏生命周期管理。

6結語

通過本文希望能夠使我國光伏廢舊組件的回收利用的嚴峻問題得到重視，不再任其自然發(fā)展而導致各種能源和環(huán)境問題。形成完備的光伏生命周期管理，在逐漸成熟的回收技術和明確的政策指引規(guī)范下，最大限度降低廢舊光伏板對環(huán)境的影響，提高對于資源的再利用率，減少對原生礦等資源的進一步消耗。達到有準備的應對光伏廢舊浪潮，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。

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