光伏發(fā)電系統(tǒng)易回收設(shè)計(jì)研究

（水發(fā)興業(yè)能源（珠海）有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

在國(guó)外，歐洲和日本等地區(qū)較早開始研究并進(jìn)行光伏系統(tǒng)中光伏組件的回收。

歐洲：2012年太陽(yáng)能光伏組件被納入《歐盟廢棄電子電器產(chǎn)品管理?xiàng)l例》(WEEE)，要求2019年以前電子產(chǎn)品回收率需要達(dá)到85%以上，其中材料的再循環(huán)率要達(dá)到80%以上。

日本：2004年底日本全國(guó)發(fā)行《關(guān)于太陽(yáng)能電池類物品廢棄處理的法律事項(xiàng)》；2015年起致力于“再生技術(shù)（Reborn Technology）”來(lái)建造太陽(yáng)能電站；2018年6月，Next Energy首個(gè)使用回收舊組件建造的光伏電站投入運(yùn)營(yíng)。

基于以上背景，我們提出光伏發(fā)電系統(tǒng)的易回收設(shè)計(jì)研究，從光伏組件、支架及基礎(chǔ)、電力電纜、電氣設(shè)備、通信裝置、施工工藝、其他等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，探索光伏發(fā)電系統(tǒng)的易回收設(shè)計(jì)要點(diǎn)，尋求經(jīng)濟(jì)可行，技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的一套光伏發(fā)電系統(tǒng)易回收設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方案。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)易回收設(shè)計(jì)可行性分析

1.1 技術(shù)可行性

（1）光伏組件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)光伏組件的制造過程是高能耗的過程，同時(shí)在光伏發(fā)電系統(tǒng)服務(wù)期滿后，背板廢料傳統(tǒng)背板含氟，回收難，難于分解，也將造成對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)時(shí)間污染；現(xiàn)通過對(duì)背板材料的研究，研發(fā)出一類無(wú)污染易回收的材料，如PO背板，其具有不開裂、不脫層、綠色環(huán)保、易回收、主要性能指標(biāo)是傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的兩倍以上，PO背板的應(yīng)用將有機(jī)會(huì)為組件企業(yè)帶來(lái)凈利大幅增長(zhǎng)；

（2）支架及基礎(chǔ)。為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)，主要考慮支架的可拆卸性，有較為成熟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范可參考進(jìn)行易回收設(shè)計(jì)；

（3）系統(tǒng)集成線路。為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要考慮線路的可維護(hù)性，也有較為成熟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范可參考進(jìn)行易回收設(shè)計(jì)；

（4）電氣設(shè)備。主要電氣設(shè)備的可替換性及安裝的可維護(hù)性，也有較為成熟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范可參考進(jìn)行易回收設(shè)計(jì)；

（5）智能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要開發(fā)一套集發(fā)電數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、站控?cái)?shù)據(jù)一體化的智能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，收集高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；公司內(nèi)部具備軟件開發(fā)的人才及技術(shù)平臺(tái)。

經(jīng)以上技術(shù)分析，高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的[1]。

1.2 經(jīng)濟(jì)可行性

（1）在當(dāng)前技術(shù)條件下，高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)集成增量成本不高于0.1元/Wp，按普通光伏發(fā)電系統(tǒng)4元/Wp成本核算，增量成本不高于2.5%，而高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)在25年壽命周期內(nèi)可提高發(fā)電收益4%，同時(shí)壽命周期到了后，系統(tǒng)可回收率可達(dá)60%以上；

（2）未來(lái)，隨著高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣，增量成本將越來(lái)越低。

經(jīng)以上經(jīng)濟(jì)分析，高效易回收光伏發(fā)電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)易回收設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 光伏組件

（1）光伏組件應(yīng)選用可替換性強(qiáng)的光伏組件。（2）光伏組件壽命周期內(nèi)衰減率不應(yīng)高于20%，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效益達(dá)到預(yù)期。（3）光伏組件背板宜采用易分離、無(wú)污染材質(zhì)，如不含氟、鉛材料背板。確保光伏組件在壽命周期結(jié)束時(shí)，組件回收較容易，且不易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。（4）邊框宜采用可回收性強(qiáng)的材料，如鋁合金材質(zhì)邊框。（5）光伏組件面板宜采用超白玻璃。確保光伏組件最大限度地接收太陽(yáng)能輻照，提高發(fā)電效益。

2.2 支架及設(shè)備基礎(chǔ)

支架及設(shè)備基礎(chǔ)盡量減少混凝土材料，應(yīng)采用易拆卸、回收率高鋼制、鋁制或其他材料，如螺旋鋼樁，鋁合金夾具等[2]。過去很多部分光伏系統(tǒng)采用混凝土材料，混凝土在壽命周期結(jié)束后需填埋處理，難于再利用。鋼制、鋁制等材料的基礎(chǔ)回爐再造技術(shù)難度小，成本低，可回收利用率高[3]。

2.3 光伏支架

（1）支架應(yīng)采用易拆卸、回收率高的鋼制、鋁制或其他材料制作，如鋼材，鋁合金支架等。（2）支架與基礎(chǔ)、支架之間的連接件固定宜采用螺栓固定，減少焊接設(shè)計(jì)。（3）光伏組件與支架之間宜采用易拆卸的連接方式[4]。

2.4 電氣設(shè)備

光伏逆變器選型：（1）宜選用更換性強(qiáng)的逆變器，以便于維護(hù)及回收應(yīng)用。（2）采用大型逆變器時(shí)，應(yīng)預(yù)留足夠的安裝運(yùn)維通道。

配電裝置：（1）直流匯流箱、交流匯流箱宜采用不銹鋼材質(zhì)箱體，熔斷器及斷路器等元器件宜采用通用的可更換性元件。（2）交流配電柜等配電裝置斷路器等元器件應(yīng)采用通用的可更換性元件。（3）變壓器室外安裝時(shí)，宜采用箱式變壓器，并預(yù)留足夠的安裝運(yùn)維通道；室內(nèi)安裝時(shí)，宜采用干式變壓器。

電氣設(shè)備與固定支架的連接宜采用螺栓連接。電氣設(shè)備壽命周期完結(jié)時(shí)，其電子元器件應(yīng)滿足GB/T 32886的回收要求[5]。

2.5 電纜選型

直流電纜：（1）組串側(cè)電纜宜選用光伏專用電纜。（2）直流匯流箱輸出直流電纜宜采用非鎧裝低煙無(wú)鹵阻燃電纜。

交流電纜：（1）低壓交流電纜宜采用非鎧裝低煙無(wú)鹵阻燃電纜。（2）高壓交流電纜宜采用鎧裝低煙無(wú)鹵阻燃電纜。（3）架空電纜宜采用鋁絞線。

電纜絕緣層及護(hù)套層宜采用無(wú)污染、低污染的材料。電纜敷設(shè)用槽盒應(yīng)采用回收率高、無(wú)污染的鋼制、鋁制或其他材料制作，電纜架空線路宜采用金屬塔架設(shè)[6]。

2.6 監(jiān)控系統(tǒng)

（1）宜采用通信一體化設(shè)計(jì)，含視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控及站控等功能。（2）光伏場(chǎng)區(qū)宜采取無(wú)線通信模式。（3）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)建立云監(jiān)控平臺(tái)。（4）監(jiān)控軟件應(yīng)滿足可再生自適應(yīng)運(yùn)行及更新要求。（5）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)備份及搬遷功能。

2.7 其他

（1）設(shè)備及材料的外包裝材料應(yīng)選擇回收利用率較高、無(wú)毒無(wú)害、低毒低害的材料，如再生金屬、再生紙制品，再生塑料和再生發(fā)泡材料等。（2）其他輔助材料應(yīng)選擇回收利用率較高、無(wú)毒無(wú)害、低毒低害的材料。

2.8 施工工藝

（1）應(yīng)全面實(shí)施綠色施工，滿足《關(guān)于印發(fā)〈綠色施工導(dǎo)則〉的通知》建質(zhì)[2007]223號(hào)的要求。（2）施工機(jī)具應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)、高效節(jié)能的機(jī)具。（3）施工工藝應(yīng)制定高效、環(huán)保、能耗小的施工工藝。（4）光伏組件運(yùn)輸及二次搬運(yùn)過程應(yīng)嚴(yán)格遵守產(chǎn)品搬運(yùn)操作規(guī)程，避免造成光伏組件的隱裂。（5）不得在光伏組件上面進(jìn)行任何作業(yè)，不得在光伏組件上堆放任何材料或雜物。（6）電纜敷設(shè)應(yīng)采用以下幾種敷設(shè)方式：槽盒內(nèi)敷設(shè)、電纜溝內(nèi)敷設(shè)、架空敷設(shè)，不宜采用直埋方式敷設(shè)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過在光伏組件、支架及基礎(chǔ)、電力電纜、電氣設(shè)備、通信裝置、施工工藝等其他環(huán)節(jié)的研究，光伏發(fā)電系統(tǒng)的易回收設(shè)計(jì)方案，具備經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，可大力推廣應(yīng)用。