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作者：记者 倪伟波综合报道 来源： 发布时间：2018-7-3 11:42:43
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自本世纪初以来，世界范围内安装的太阳能电池板的数量一直呈指数级增长，预计未来几十年仍将保持这样的发展态势。据统计，截至2015年底，全球太阳能装机容量约为222GW。而根据国际可再生能源机构最近的一份报告估计，到2050年这个数字将可能达到4500GW。
然而，产生电力的太阳能电池板并非“长生不老”。根据美国能源部的统计，太阳能电池板在正常使用环境下，工作寿命约为25至30年，具体取决于其使用环境。高温可能加速太阳能电池板的老化过程，而其他负面因素（如雪或沙尘暴的重量等）可能会导致太阳能电池板表面和内部电路的材料老损，逐渐降低电池板的功率输出。
这就意味着，在当前安装的一些太阳能电池板不久之后就会“退休”。而且，每年都会有越来越多的产品从服务中退出，比如玻璃和金属光伏组件很快就会增加到数百万。
可以说，太阳能电池板老化的问题已成为世界各国面临的最严重的问题之一。“这些问题离我们不再遥远，我们即将面临废物管理的问题，”国家可再生能源（IREA）实验室的资深科学家、太阳能专家Garvin Heath说。“可以公平地说，这一问题正开始被越来越多的人所承认，我们很快就需要着手解决这个问题。”
回收再利用
许多人正在寻找的解决方案是回收利用。
但是随着光伏板安装的增加，未来对其的最终处置的需求同样也在日益增加，然而目前处理这些光伏组件的能力尚显不足。“有一些基础设施，在这一点上，我认为做的还不够好，”Heath说。
部分问题在于太阳能电池板的回收非常复杂。太阳能电池板是由许多材料制成。目前，被业界普遍接受的太阳能光伏电池大体上可分为三代：第一代为硅晶太阳能电池，第二代为薄膜太阳能电池，高倍聚光电池、有机太阳能电池、柔性太阳能电池、染料敏化纳米太阳能电池等新技术则统称为第三代太阳能电池。
现在，市场上普遍应用的是第一代硅晶太阳能电池。这是由纯的结晶硅组成，并且用粘合剂和密封剂包裹起来，使它们很难被分离。而且，太阳能电板上包含的某些重金属（如镉和铅），如果不能得到正确地回收循环再利用的话，一旦流入环境中，会对环境造成很大的危害。
“这些面板的寿命，它们的组装方式以及制造方式使它们在回收利用时面临很大的困难，”美国最大的电子产品回收业务之一——ECS Refing特殊项目总监Mark Robards说。面板是通过机械强行拆开，并且用酸进行分解从而分离出晶体硅——这是大多数光伏制造商所使用的半导体材料。热系统用于燃烧将它们粘合到其电枢上的粘结剂，酸性湿法冶金系统则用于分离贵金属。
据Robards介绍，被分离出来的材料中有近75%是玻璃。玻璃很容易被回收到新产品中，但其转售价值也很低。随着太阳能电池板技术的进步，制造商们正在努力寻找、使用对回收商有价值的部件（比如铜和银）的方法。
“所以这些东西的基础商品价值一直不断下降，”Robards说。回收商能回收的价值越低，回收的积极性就越低。
尽管面临挑战，ECS一直在提高其光伏再生能力。“未来几年，这是一个相当不错的增长领域，但在2020年左右或更久的时候，这个领域会出现爆炸式增长，”Robards说。
当然，除了从环境效应方面考虑，巨大的经济效益也驱使了太阳能行业不少公司着手太阳能电池板的回收再利用。2016年，据国际可再生能源机构和国际能源机构的太阳能光伏系统项目（IEA-PVPS）发布的《产品生命终期管理：太阳能光伏板》报告预计，如果对太阳能光伏板材料进行适当地回收和再利用，到2050年，光伏板废物量在全球商品市场价值将达到150亿美元。
培训与成本
在市场稳定之前，回收商很难将更多的业务集中在太阳能电池板上。但是，为了确保他们能提前做好准备，太阳能行业正在制定计划，以培训商业回收公司了解制造商的产品以及如何分解这些产品，美国太阳能产业协会（该协会代表太阳能公司和光伏制造商）规范和标准资深总监Evelyn Butler如是介绍。
Butler表示，该协会还与回收商合作，共享他们正在处理的零部件和材料的数据，以便他们能够开始跟踪并预测其损耗。“在这一过程中，我们仍处于起步阶段，但我们希望在未来5到10年内，将能够提供有关这方面的行业数据，”她说。
一些光伏公司正在领导他们自己的回收工作。First Solar公司就是其中的佼佼者。
作为一家全球领先的太阳能光伏产品解决方案的供应商，First Solar公司长期以来一直为其产品提供回收服务，其产品分布在全球35个国家。为了减少对环境的影响，该公司一方面在生产和制造光伏组件过程中采用创新的制造工艺，保证其产品具有最低的碳足迹、最低的生命周期用水量以及最快的能量回收时间；另一方面，开发了一整套环保生产、运维、回收产品的方案，努力创建环保生产、环保销售的理念。
“我们公司已经安装了超过1亿个模块，但它们可能还需要10到15年的时间才能到达其生命周期的终点，”他说。“随着时间的推移，我们的技术成本不断下降，但与此同时，废料的数量也在不断增加。”
Raju说，该公司的长期目标是确保这一过程便宜且高效，足以应对预计将激增的“退役”太阳能电池板。“总成本必须非常低，这样人们就不会要考虑除了回收利用以外的其他选择。在过去的8年里，我看到了这种成本的大幅削减，”他说。
First Solar公司负责回收业务的主管Sukhwant Raju表示，多年来，该公司的回收流程已逐渐得到改善。公司自己运营的光伏电站，其产品回收率很高，90%的半导体材料继续使用在新生产的光伏模块上，90%的玻璃也可以重复使用。
法律与法规
值得注意的是，在美国，大多数这些进展都是在没有法规指导的情况下获得的。目前，对于不符合危险废物标准的光伏板的报废管理，还没有联邦标准或要求。对于那些无害的废物，也没有制定任何重要的国家规定。
Heath指出，华盛顿州于2017年通过了一项立法，要求制造商为该州出售的太阳能电池板的回收和循环利用提供资金。这是迄今为止有关太阳能电池板回收的最先进的立法，不过这一法规预计到2021年才能全面实施。Heath还表示，华盛顿州并不是依赖太阳能的最大的州之一。在美国主要使用太阳能的州——加利福尼亚州，通过这样的立法可能还需要几年的时间。
不过，在美国以外，还有一个可遵循的指导方针。欧盟早在2003年就曾通过一项环保指令——《废弃电子电气设备指令》，该指令要求，制造商必须考虑到产品废弃时所造成的环境污染问题，要为其在欧洲市场上销售的处于产品生命终期的太阳能电池板提供回收费用支持。
在Raju看来，短期内美国不太可能出现类似的联邦法规。但是，鉴于未来几十年预计将有大量太阳能电池板会无法使用，专家们预测，涵盖面更广的规则将是不可避免的。
“我认为这只是时间问题，”Raju说。“如果10年后我们没有类似的计划，我个人会感到非常惊讶。”■
《科学新闻》 (科学新闻2018年6月刊 能源)
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