晶體硅光伏組件的全壽命周期介紹(2)

3.6 光伏發電系統性能穩定、可靠，使用壽命長

目前世界上普遍認為晶體硅光伏組件的平均壽命是25～30年。這里所說的組件25年壽命期是指組件的功率質保期，即25年后組件的功率不低于初始功率的80%，而不是指組件完全不發電或很少發電。實際上光伏組件效率衰減是一個緩慢的過程，因此光伏組件完全可以在30年甚至更長時間內為人類持續提供清潔電力。

3.7 光伏發電為局地微氣候環境改善帶來正能量

1)光伏發電系統在自身發電過程中，不但不會對周圍環境產生不利影響，還可以對局地微氣候環境起到改善作用。光伏組件的遮蓋使得光伏電站場內淺層土壤溫度保持穩定，土壤水分蒸發量減少，近地表空氣晝夜溫差縮小，這些空氣和土壤、溫、濕度條件綜合在一起，有助于土壤涵養水分和微生物的滋養，對于改善光伏電站局地生態環境起到了積極作用。

2)光伏發電系統在發電過程中不會對人體產生電磁危害。光伏組件本身在發電時并不產生任何電磁輻射，但是為了將光伏組件所發的直流電轉變為交流電并實現和電網的連接，通常需要很多的電子器件，這些電子器件在運行時會產生少量電磁輻射。

這里用光伏發電系統的電磁環境指代存在于光伏系統周邊的由于運行產生的電磁現象的總和。

圖9 光伏發電為局地微氣候環境改善帶來正能量

經科學測定，太陽能光伏發電系統的電磁環境低于各項指標的限值，在工頻段，太陽能光伏電站電磁場輻射值甚至低于常用家用電器[2]，不會對人身健康產生影響。

4 光伏組件的回收和再利用

太陽能光伏組件的壽命約為25年，隨著光伏行業的快速發展，未來會有大量的退役光伏組件面臨回收再利用的問題。據研究預測，到2034年，我國將產生至少6萬kW的廢棄光伏組件。光伏組件中的硅、銀、銅、鋁等有價值的資源，大部分都能通過回收實現物料循環再利用，可節約資源，減少原生資源的開采及降低資源提煉的耗能，從而減輕由此帶來的對生態環境的影響和破壞。因此，光伏組件的回收與無害化處理是當前國際國內產業界和環境界十分關注的問題，對于有效緩解資源供應的緊張及減少環境污染有著重要的意義。

國際上對于光伏組件回收技術的研究已有10多年，歐洲、美國、日本及韓國等國家和地區都積極開展了相關的研究工作。歐盟修訂了報廢電子電氣設備(WEEE)指令，自2014年2月起全面正式生效。WEEE 修訂版第一次將光伏組件納入其中，規定報廢的光伏組件和家用電器作為一類產品進行強制回收處理。因此，國際上對于光伏組件回收的技術和政策都有了一定基礎。在我國，隨著近幾年光伏行業的迅猛發展，光伏組件回收的技術和政策體系也逐步受到關注。科技部和環保部都于近期部署了相應的研究項目開展工作，致力于探索能耗低、污染小、經濟可行的光伏組件回收再利用技術路徑。圖10為晶體硅光伏組件全生命周期示意圖。

圖10 晶體硅光伏組件全生命周期示意圖

光伏組件的回收處理方法有熱分解法、無機化學法、有機化學法和深冷靜電分離法等。其中，熱分解法與無機化學法的有機結合是較常用的方法，目前已經應用于工業化生產當中。

熱分解法是將光伏組件放入加熱爐中，通過一定的溫度控制，使EVA和背板材料分解去除，可有效分離硅電池、金屬邊框、鋼化玻璃和鍍錫銅線，對剩余的每部分材料分別回收處理。無機化學法主要是對硅電池進行資源化回收，通過酸堿作用，可分步回收電池中的鋁、銀金屬，再去除硅表面的雜質，得到高純度的多晶硅，實現太陽電池高純多晶硅的再生利用。

2012 年，中國環境科學研究院采用熱分解法實現了對光伏組件的拆解回收，如圖11所示。

拆解后可回收的資源如圖12所示。

圖11 熱分解法對光伏組件的拆解回收

圖12 拆解后可回收的資源

5 節能減排

5.1 能量回收期

即光伏發電系統幾年內就能將自己生命周期內消耗的能量回收回來。光伏系統的能量回收期不僅考慮了光伏制造過程的能源消耗，也考慮了除光伏組件外其他部件的能量消耗。顯然，回收期越短越好。

能量回收期是判斷可再生能源的指標之一。歐洲光伏產業協會EIPA 的研究表明，根據光伏系統的類型和安裝位置，不同類型的光伏系統的能量回收期為0.5～1.4年[3]。

根據南開大學最新一項關于我國晶體硅光伏系統能量回收期的測算結果[4]：我國多晶硅光伏系統的能量回收期為1.6～2.3年。

圖13 能量回收期的測算方法

5.2 節能減排潛力

光伏發電過程中不會排放溫室氣體和其他廢氣、廢水，光伏電力是真正的環境友好型綠色電力。

美國可再生能源國家實驗室(NREL)基于對13個不同類型的多晶硅光伏系統(歐洲2005～2006年制造水平)的全生命周期CO2排放的研究，在太陽輻射量為每年1700 kWh/m2、系統壽命為30年、組件效率為13.2%～14.0%、系統發電效率為75%～80%的條件下，得出結論，多晶硅光伏系統全生命周期內，每發電1 kWh，產生的CO2的平均值為45 g；而以煤為原料的火力發電全生命周期內，每發電1 kWh，產生的CO2的平均值為1000 g[5]。

根據環保部2012年環保公益性行業科研專項“新能源行業環境影響和管理研究”成果顯示(我國2012～2013年制造水平)，在太陽輻射量為每年1700 kWh/m2、系統壽命為30年、組件效率為13.2%～14.0%、系統發電效率為80%的條件下，多晶硅光伏系統全生命周期內，每發電1 kWh，產生的CO2的平均值為31 g；而以煤為原料的火力發電全生命周期內，每發電1 kWh，產生的CO2的平均值為1149 g。

同時研究結果還顯示，安裝1 m2太陽能光伏組件替代火力發電，可減少7412 kg CO2排放，減少4.8 kg PM2.5排放量。形象地說，安裝1 m2太陽能光伏組件相當于每年植樹造林約2.8棵，減少行車3.5萬km(國Ⅳ標準)；30年內植樹造林100 m2，減少開車百萬km。

圖14 光伏電力是真正的環境友好型綠色電力

5.3 荒漠資源潛力

我國約12%的國土面積為不能用于耕作的沙漠、戈壁和灘涂，總面積約為128萬km2。其中，戈壁面積為57萬km2，開發利用5%的戈壁面積可安裝超過15億kW的太陽能光伏發電系統，按照我國戈壁地區平均年等效利用小時數1600 h計算，則年發電量可以達到2.4萬億kWh，約相當于27.5個三峽電站的全年發電量[6](按照三峽電站2015年全年發電870億kWh估算)。

圖15 荒漠資源潛力

5.4 建筑資源潛力

圖16 建筑資源潛力

按照國家住宅與居住環境工程技術研究中心推算數據，2020 年我國建筑總面積將達到700億m2。其中，可利用的南墻和屋面面積為300億m2，按照可利用面積的20%用于安裝光伏系統計算，則屆時可安裝光伏的面積約為60億m2。根據每20 m2安裝1 kW光伏系統進行計算，2020年建筑光伏系統最大裝機容量可高達3億kW。由于80%的屋面面積位于我國中東部地區，因此，建筑光伏的主要建設區域在中東部地區。按照中東部地區年平均等效利用小時數為1300 h計算，2020年建筑光伏年發電量約為3億kW×1300 h=3900 億kWh，約相當于4.5 個三峽電站的全年發電量(按照三峽電站2015年全年發電870億kWh估算)。

5.5 投資回收期

對于分布式光伏系統，一般家庭分布式光伏發電系統安裝容量為3～10 kW，按成本為6～7元/W來計算，系統投資為2萬～7萬元。根據光照條件、用戶側電價、補貼及系統成本的不同，約10年即可回收成本；按照光伏系統的壽命期25年計算，余下的15年間所產生的電量收入會成為利潤。對于安裝在普通工商業用戶的分布式光伏系統，因為其享受的電網零售電價較普通居民用戶要高，在現有分布式電價補貼機制下，其系統投資回收期更短，約為8年。

對于大型光伏電站，按照初投資6500元/kW計算，在標桿上網電價為0.65元/kWh的太陽能資源Ⅰ類地區，如我國西部甘肅、青海、新疆等省份，年等效利用小時數為1500 h，投資回收期約為6年；按照光伏系統壽命期25年計算，余下的約19年所產生的電量收入會成為利潤。

圖17 投資回收期

5.6 我國太陽能“十三五”發展規劃

圖18 中長期光伏發展規劃目標

在歐洲，自2010年起光伏發電已經成為第一大新增裝機電源，預計到2030年，歐洲光伏累計裝機容量將達到3.97億kW，其發電量可滿足歐洲15%的用電需求，相當于減少5億t/年原油消耗量。美國計劃在2020年前實現太陽能發電成本與傳統能源可競爭，2030年光伏累計裝機容量達到3億kW，發電量可滿足美國11%的用電需求。2050年，預計歐美光伏累計裝機容量將超過15億kW，發電量可滿足其30% 的用電需求，光伏發電將成為全球主要能源之一[7]。

根據國家能源局2017年1月發布的《能源發展“十三五”規劃》及《可再生能源發展“十三五”規劃》，到2020 年光伏累計裝機將達到1.1億kW，預計2030 年、2050年我國光伏累計裝機容量將分別達到4億kW和10億kW。